淺談LED燈具在道路照明上的節能應用

殷美潔

摘 要：由于LED材料的多種優勢其被廣泛的運用于各種發光設備之中，使得現在的燈具形態和性能上都有突破性的進展。文章先從LED技術原理及其發展進行介紹，然后對LED技術的優勢進行剖析，并結合現行國家標準和規范，分析LED燈具在城市道路照明上應用的注意事項，結合城市道路照明實際情況，探索在當前技術條件下LED燈具在城市道路照明應用的發展方向。

關鍵詞：LED燈具；道路照明；節能；應用

隨著LED及光電一體技術的發展和產品的創新，智能照明控制系統得到了蓬勃的發展，智能照明產品由于其功耗、體積、操控及聯網等各方面性能的優勢，已經被廣泛滲透到家庭、辦公建筑和公共的設施等諸多領域，給燈具設計領域帶來了前所未有的改變。曾經諾貝爾物理學獎授予“高效藍色發光二極管”的發明者，頒獎詞介紹道“高效的藍色發光二極管的發明，讓明亮且節能的白色光源成為可能。如果說白熾燈照亮了整個20世紀，那么21世紀將是LED燈的時代。”

一、LED燈具在市場上的應用情況

自2008年起，LED燈具在我市的實際應用已經長達六年，最早的LED路燈是由生產企業在花園路試裝的32套LED燈具（已更換11套），2009年起通過工程招投標方式建設了一批新建道路的LED路燈。截至2013年底LED路燈盞數達到5577余盞，占全市路燈的22%。從使用效果來看，早期安裝LED路燈的道路照度明顯偏低，燈具品質普遍不高。

分析其原因有：1、早期LED技術水平不高；2、片面夸大LED 的節能效果，在實際工程實踐中以犧牲照度來換取節能。3、2009年后由于采用低價中標，采購的LED燈具品質不高。這些LED燈具的應用給道路照明工作者帶來一些困惑。困惑一：花大價錢買來的LED路燈卻比高壓鈉燈暗。（實際測量的路面照度偏低）；困惑二：與LED燈具長壽命低維護成本相悖，驅動電源故障率較高且維修成本高；困惑三：缺乏統一的標準，各元器件交互性差，無法在現場快速更換維修，亮燈率難以保證。

二、LED燈具技術指標分析

（一）光效對比

1、LED燈具光效

（1）LED燈具的光效定義：在燈具的聲稱使用條件下，燈具發出的總光通量與其所耗的電功率之比。注：不可更換光源的燈具使用燈具的光效來表示燈具的出光效率。

（2）LED燈具目前廠家宣稱的光效可達到110lm/w，到底有多少？在這里我們參考美國能源署2013在市場上對LED PAR 38燈隨機抽樣檢測的數據，多數產品因為近期的產品都未達到要求。

（3）道路照明燈具性能等級的相應要求提出的“不能更換光源的LED燈具的光效90lm/W”。

可以說我國的LED產品已達到國際一流的光效指標。

2、高壓鈉燈包括燈具效率和光源效率

（1）道路與街路照明燈具性能要求燈具效率為75%[2]。

（2）高壓鈉燈能效限定值及能效等級明確400W高壓鈉燈光效為120 lm/w[3]；高壓鈉燈整燈光效0.75*120=90lm/w。

3、國家“十二五”城市綠色照明規劃綱要”對兩種路燈燈具的節能要求

推進高效照明節能產品的應用，城市照明高光效、長壽命光源的應用率不低于90%。在滿足配光要求的前提下，高壓鈉燈和金屬鹵化物燈光源的道路照明燈具的效率不低于75%，半導體路燈燈具的系統效能不低于90lm/W。[4]

（二）壽命比對

燈具的壽命應立足于整燈各部件壽命綜合考慮。高壓鈉燈壽命最短的燈泡使用壽命約3～4年。LED燈具驅動電路（以電子元器件為主）的壽命也是3年左右。所以整燈來看，LED燈具的使用壽命與高壓鈉燈相當。

（三）費用比對

1、建設成本LED路燈高于高壓鈉燈

一款LED路燈目前價格在7000元～9000元，高壓鈉燈價格約4000元～5000元，就現狀而言，LED路燈明顯高于高壓鈉燈。

2、維護成本

電源更換成本高達600元/套。整流器和燈泡全套僅120元/套，維修費用明顯偏高。

初步結論：從光源的效率來看，大功率高壓鈉燈燈具和LED燈具光效來相當，小功率LED燈具光效高于高壓鈉燈；二者使用壽命相當、LED燈具建設成本和維修成本略高于鈉燈燈具。隨著LED技術的發展其光效提升空間很大，工程造價也在不斷下降。現階段我們仍需以科學的眼光分析，尋找最能發揮LED燈具優勢的領域。

三、LED燈具在道路照明上的節能應用建議

1、發揮LED燈具在小功率照明燈具上的高光效優勢

循序漸進，首先在城市次干道、支路和小區道路上應用。城市支路的路燈功率一般為100w或150w高壓鈉燈其光效93lm/w和103lm/w，燈具效率75%，整燈光效為70 lm/w和77 lm/w。小功率LED燈具由于散熱要求低，光效達到90lm/w以上是可以保證。相對高壓可實現22%～14%的節能。

2、發揮LED路燈的配光優勢

充分利用LED燈的定向投光優勢，通過調整芯片光源的排列位置、角度，可以快速低成本地提高光的利用率。今年我們結合我市太白大道中華燈改造，對原有65w節能燈進行LED節能改造（30W），由于市場上的LED玉米燈均為直型，光線大部分射到天上去了，實際照到路面上的光不到30%。我們進行了簡單的角度優化（增加傾角）可大幅提高光的利用率，提高路面照度，降低光源功率。

3、利用現有設計規范節能指標

現行設計標準將照明功率密度（LPD）作為照明節能的評價指標[5]。

機動車交通道路照明應以照明功率密度（LPD）作為照明節能的評價指標。

由于高壓鈉燈產品規格是固定為1000w、400w、250w、150w、100w、70w等，在設備選擇上沒有LED燈具靈活，例如：以一條雙向6車道道路為例，道路單側寬12米，設計桿高12米，桿距36米，對應的面積為12*36=432（平方米）。道路照度要求20LX，LPD功率密度為0.7（W/m2），432*0.7=302W計算功率為302w，由于高壓鈉燈沒有300w規格，若采用200+100或150+150等雙光源不僅光效大幅下降，且不便維護。多數設計均選用400w鈉燈進行高配，不僅過度消耗的能源，也造成道路照度偏高的弊端。

LED燈具是由一定數量的光珠組成，單顆粒功率為1或1.2W左右，可根據要求進行任意組合。可實現25%的節能。

4、完善相關標準

LED產業的高速發展以及照明市場的無序競爭迫切需要建立一套完整產品標準。

LED燈具缺少統一的技術標準，每個廠家按自己的標準生產產品，配件的交互性差。一旦出現損壞無法進行現場維修，同時配件的價格偏高，無法保證亮燈率。

5、逐步形成我國LED燈具質量評價體系

參照美國能源之星逐步建立LED燈具的質量認證體系，幫助優質產品優先進入應用市場。

LED燈具和智能控制系統發展和應用日益受到人們普遍的重視與關注，LED照明技術作為低污染、低排放、低能耗的綠色能源被越來越多的經濟領域推廣使用，為我國發展新的經濟模式提供了有力的條件。LED燈具的能耗低，反應迅速，能夠使用的時間長，并且LED燈具的發光效率非常的高，如果能把LED燈具大范圍推廣的話，這將對我們國家的環保事業和經濟建設事業有著深遠的影響。

參考文獻：

[1]GB7000.1-2007燈具 第1部分 一般要求與試驗GB7000.1-2007燈具 第1部分 一般要求與試驗.

[2]《道路與街路照明燈具性能要求》GB/T 24827-2009.

[3]《高壓鈉燈能效限定值及能效等級》GB19573-2004.

[4]十二五”城市綠色照明規劃綱要.

[5]《城市道路照明設計標準》CJJ45-2006.