LED路灯与高压钠灯路灯能效比较分析

李保军 牟达名 姚怡良 田松林

(1.深圳市计量质量检测研究院，深圳 518055;2.深圳市半导体照明 (LED)及光电性能检测公共技术平台，深圳 518055)

1 前言

近几年来，LED应用领域跨越至照明光源市场。LED路灯作为一种节能产品，各地政府都在积极推动其发展和使用，大有替代传统高压钠灯的趋势。LED路灯如果替代传统的高压钠灯，是否能实现真正的节能，节能量是多少，成为政府各级主管部门和业内人士普遍关注的问题。

为了解决以上问题，本文通过对市政主干道路在用LED路灯进行了现场测试，并现场拆下两盏LED路灯带回实验室进行了数据验证，然后与传统高压钠灯路灯的照度计算数据进行了分析比较，得出了其节能效果参数，为深圳市政府推广LED路灯提供了参考数据。

2 现场测试

2.1 准备工作

(1)现场参数确认

测试前对在用LED路灯的电表安装控制、线路布置、电表准确度等情况进行了详细分析，确认电表所读取和控制路灯的数量，关闭其他连接到该电表的所有其他负载，为准确计算LED路灯能效做准备。

(2)灯杆参数测试

对在用灯杆的高度、间距、悬挑长度、悬挑角度等进行测量，获取灯具安装使用情况，同时为模拟比对收集数据。

(3)路面布点

该路段为双向8车道，灯具采用双侧对称布灯，中间有隔离带。因此，依据GB/T5700—2008《照明测量方法》标准要求，我们选取单侧4车道作为测试对象，选择该路段典型区域作为测试区域。为了保证后续比对工作的准确性，道路布点相对较密。将两灯杆之间的区域划分成纵向15等分，横向16等分的矩形网格，采用四角布点法布点，测试每点的照度值(布点示意图详见图1)，总计测试272个点。

图1 照度现场测试布点图

(4)单灯检测

现场测试完后拆下两盏LED路灯，送实验室进行配光性能测试、实验室照度测试和模拟比对。

2.2 现场测试结果

(1)功率密度

照明功率密度是单个灯具输入功率 (包括光源和灯的控制装置，单位:瓦)与道路的宽度 (单位:米)和相邻两个路灯间距 (单位:米)的乘积的比值。该路段为单侧布灯，照明功率密度的计算区域如图2。

图2 路灯单侧排布时照明功率密度的计算区域

根据道路布灯情况，所选测试区域灯杆间距:29.4m，测试道路宽度:14.4m，单个灯具实测平均输入功率:205.68W，计算得出照明功率密度:0.49W/m2。

(2)路面照度

根据前期的道路的布点情况，采用照度计测试每个点的路面照度，详细测试结果见表1，该数据已经扣除当时背景照度0.18 lx。

表1 实测照度值 (按照图1照度测试布点图排序，单位:lx)

(3)平均照度

依据 GB/T5700—2008《照明测量方法》标准要求的计算方法，采用四角布点法计算平均照度，计算公式如下:

式中 Eav——平均照度;

Eθ——测量区域四个角处的测点照度;

E0——除Eθ外，四条边上的测点照度;

E——四条边以内的测点照度;

M——纵向网格数;

N——横向网格数。

计算得平均照度值为26 lx。

(4)照度均匀度

照度均匀度为最小照度与平均照度的比值。该区域的平均照度值为26 lx，最小照度为11.3 lx，故照度均匀度为0.43。

3 实验室测试

3.1 实验室照度验证

为了验证现场取样测试的准确性，确定其余周边灯具对所测区域光照度的贡献量，本次测试取下所测区域的两盏LED路灯，在实验室单独安装此灯具进行照度测试。

为了验证现场测试的准确性，实验室测试布点方式、数量与现场测试完全相同，得到实验室测试照度平均值为26 lx，与现场测试结果一致，因此，可得出结论一:在单侧布灯的路灯正常点亮时，相邻灯具对测试区域的光照度贡献非常小，可忽略不计。该验证结论为软件模拟道路照明提供了基础。

3.2 灯具配光性能测试

为了在DIALux软件中模拟LED路灯的照明情况，验证计算照度与实测照度的一致性，本次研究中用分布光度计进行配光曲线测试，得到配光曲线如图3、和图4。同时得到两盏LED路灯配光曲线的IES文件，为下一步的模拟工作奠定了基础。

4 LED路灯照度计算

图3 1号LED路灯配光曲线

图4 2号LED路灯配光曲线

我们对LED路灯的计算数据和实测数据进行比较。由结论一可知，相邻灯具对测试区域的光照度影响较小，因此，此次模拟灯具数量为两盏LED路灯，模拟3D效果图如图5。

模拟参数中的灯具的安装距离，高度，悬挑长度和角度以及道路宽度与现场实测完全相同详细模拟过程参数详见表6。得到详细模拟照度数据见表2，数据比较表格见表3。

表2 LED路灯照度模拟数据 (单位:lx)

图5 LED路灯模拟效果图 (3D)

表3 LED路灯实测数据和模拟数据比较

结论二:由以上数据可看出，LED路灯的模拟结果和现场测试及实验室测试的结果符合，因此可得出采用软件模拟高压钠灯的数据与LED路灯的模拟数据进行比较是可行的。

5 高压钠灯照度模拟

由实验室照度验证得到的结论一与LED路灯照度模拟验证得到的结论二作为理论依据，接下来我们需要寻找与LED路灯照度较接近的高压钠灯来进行模拟试验比较。在DIALux软件的灯具库中，经过试验，在市场用量比较大两种品牌 Philips和Schreder中找到两款高压钠灯灯具，计算得到的平均照度为26 lx(Philips)和24lx(Schreder)。详细数据见表4和表5。模拟过程主要参数见表6。高压钠灯配光曲线见图6和图7。

图6 高压钠灯配光曲线 (Schreder)

表4 高压钠灯 (Philips)照度模拟数据 (单位:lx)

表5 高压钠灯 (Schr eder)照度模拟数据 (单位:lx)

表6 模拟过程主要参数

图7 高压钠灯配光曲线 (Philips)

6 能效分析

根据本次的模拟结果计算比较，此次进行模拟的LED路灯要比所选取的两款高压钠灯均节能24.1%，计算方法:详细比对数据见表7。

7 总结

本文通过严密的论证过程，对在用LED路灯进行现场测试，实验室数据验证，软件照度模拟验证等方法，首先得出照度模拟的可行性和数据的可信度。以此为基础，对高压钠灯进行照度模拟，并与在用LED路灯的实测结果进行比较分析，得出LED路灯比高压钠灯的节能数据。

表7 模拟结果比较

［1］GB/T5700—2008．照明测量方法．

［2］GB/T24827—2009．道路与街路照明灯具性能要求．

［3］CJJ45—2006．城市道路照明设计标准．