浅谈LED路灯在光明新区市政道路的应用

陈文健

(深圳市光明新区建筑工务和土地开发中心，深圳518107)

0 引言

LED作为一种新光源，有着高效、节能、环保、寿命长等特点，目前有取代传统光源的趋势。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中，LED路灯等半导体照明产品被明确列入“重点领域及优先主题”，并提出要“重点研究高效节能、长寿命的半导体照明产品”，科技部也启动了“十城万盏”半导体照明工程。广东省的“千里十万”LED路灯示范工程也在快速推进。作为改革开放的前沿，中国的窗口，深圳市也在大力推广LED路灯。目前，在深圳光明新区已经建成采用LED路灯的城市主干道4条，总长度达20．5公里。

根据光明新区城市主干道的LED路灯情况，总结经验，发现和解决LED路灯在实际应用中出现的问题，总结归纳出相对合理有效的解决方案。全面分析LED路灯在各个等级道路中的运用情况，以及产生的经济效益、环境效益、社会效益和存在问题，为今后LED路灯道路照明工程的建设提出指导性建议。

1 LED路灯的优越性

高压钠灯是目前主要用于城市主干道照明的光源，在CJJ 45—2006《城市道路照明设计标准》中明确规定:快速路、主干路、次干路和支路应采用高压钠灯。由于目前LED光源迅速发展，一些市政主干道也采用了LED路灯，有取代传统光源的趋势，为此，我们对LED光源和高压钠灯的技术参数作了比较。

表1 LED路灯与高压钠灯的技术参数比较表

分析表1得出以下结果:

(1)额定功率范围。传统高压钠灯有固定的几级额定功率，通常用于主干道照明的为400 W，而道路宽度的变化会使灯具布置上产生间距不统一的情况;LED光源由于其整组灯具是采用单颗或模块的形式组合而成的，额定功率可以根据实际使用需求配置，配置路灯时更加灵活。

(2)发光效率。高压钠灯一般为120 lm/W。目前市场上用于道路照明的LED光源的光效为100 lm/W左右，实验室已经可以达到200 lm/W以上，随着技术的发展，LED光源提升的空间还很大。

(3)使用寿命。LED平均寿命达5万小时，是普通高压钠灯的4倍以上，可降低灯具的维护周期和成本。但LED的平均寿命只是光源的寿命，实际灯具的寿命与其电源有很大的关系。

(4)显色指数和色温。高压钠灯色温在2 300 K～3 300 K左右，发黄光，显色指数为30，黄色的光比较柔和，穿透力较强。LED光源色温在2 300 K～8 000 K范围内可调，显色指数在60～90，更高的显色指数可以提高司机对物体的辨认能力，可调节的色温可以更好地满足司机对光线舒适度的要求。

(5)启动、再启动时间。传统高压钠灯的启动和再启动时间为几到十几分钟，LED光源则可以瞬时启动。过长的启动和再启动时间可能导致照明线路出现故障，对交通安全有较大的影响。

(6)功率因数。传统高压钠灯的功率因数在0．44左右，需要按照电容器补偿，补偿后功率因数不小于0．85;LED灯的功率因数一般都在0．95以上，用于道路照明无需再单独补偿，更高的功率因数可以更好地节约能源。

(7)电压变化对光通量的影响。传统高压钠灯对电压的要求较高，过低的电压会造成光源无法启动或光通量下降;LED光源对电压的要求相对较低，且低电压情况下不损耗光通量。

(8)频闪现象。由于两种光源的发光原理不同，高压钠灯有频闪现象，LED光源无频闪。

(9)配光曲线。高压钠灯由于光源的形状固定，配光曲线比较单一，灯具的利用率相比LED光源也较低。LED光源由于指向性强，配光相对比较灵活。

(10)灯具防护等级。灯具防护等级均可达到IP65，满足规范要求及使用要求。

2 LED路灯应用分析

在城市道路中，照明是必不可少的，良好的照明可以为驾驶人员提供可视功能和视觉舒适的环境，使行车更加安全。

2．1 道路照明的基本原则

(1)CJJ 45—2006《城市道路照明设计标准》中对各种道路等级的道路照明做出了明确的要求，具体指标如表2。

(2)在满足道路照明亮度的基础上，应符合照明均匀度要求，为驾驶人员提供可视功能和视觉舒适的环境。

(3)道路沿线相交路口、立交桥处应适当提高照度标准，以保证车辆高速行驶的安全和通行能力。

(4)选择高效光源，灯杆造型美观、经济、简单、环保。

(5)道路照明要求节能，便于维护。易于管理检修，减少维护费用。

(6)合理选用灯具及布置形式，注重灯光环境与人文的结合，与城市功能区相协调，与自然环境相融合。

表2 机动车交通道路照明标准值

2．2 传统光源照明

用于城市主干道照明传统光源采用高压钠灯，布置形式也比较统一，一般双向8车道，采用12 m单臂路灯对称布置，间距30 m左右，光源功率400 W。根据以上布置，采用DIALux软件进行计算，得到结果如表3。

表3 DIALux软件计算结果表

根据表3可以看出，其结果均满足《城市道路照明设计标准》中对主干道要求的高标准值。

2．3 LED光源照明

根据光明新区目前LED路灯运用的情况，选取光明大道、华夏路、松白路三条城市主干道进行现场测试。

2．3．1 光明大道LED路灯照明情况

光明大道为城市主干道，双向8车道，目前采用LED路灯路段总长度为3．65公里，采用13 m路灯对称布置，间距28～35 m左右，光源额定功率为207 W。

2009年4月29日我中心委托深圳电子产品质量检测中心对道路进行了现场测试，并出示了检测报告。测试范围为:单侧主路两盏路灯间距35 m×道路宽度14 m，取点90个，共测量6组数据，测量数据如表4。

表4 光明大道现场照明测试表

图1 现场照明实际效果

2．3．2 华夏路LED路灯照明情况

华夏路为城市主干道，双向8车道，目前采用LED路灯路段总长度为1．3公里，采用13 m路灯对称布置，间距28 m左右，光源额定功率为210 W。

2010年8月16日LED路灯供应商委托深圳电子产品质量检测中心对道路进行了现场测试，并出示了检测报告。测试范围为:单侧主路两盏路灯间距28 m×道路宽度14 m，取点99个，共测量3组数据，测量数据如表5。

表5 华夏路现场照明测试表

图2 现场照明实际效果

2．3．3 松白路LED路灯照明情况

松白路为城市主干道，双向8车道，目前采用LED路灯路段总长度为12公里，采用12 m路灯对称布置，间距26 m左右，光源额定功率为210 W。

2011年4月18日LED路灯供应商委托深圳电子产品质量检测中心对道路进行了现场测试，并出示了检测报告。测试范围为:单侧主路两盏路灯间距26 m×道路宽度14 m，取点99个，共测量14组数据，测量数据如表6。

表6 松白路现场照明测试表

图3 现场照明实际效果

2．4 传统路灯与LED路灯的比较

根据现场测试结果，在满足规范情况、经济效益、环境效益、社会效益几个方面对其进行分析，发现总结其优缺点。

2．4．1 技术规范的比较

经过测试的几条市政道路均为城市主干道，根据《城市道路照明设计标准》中对主干道的要求，比较情况如表7。

表7 满足规范情况比较表

在表7中可以看出，采用LED光源的道路其各项指标均可满足《城市道路照明设计标准》中对主干道的要求，但只能满足其低档值。采用高压钠灯可以满足高档值。

2．4．2 经济效益的比较

以一条1公里长、双向6车道城市主干道为例，分别采用LED路灯和高压钠灯布置，具体断面如图4-5。根据布置图，对其经济效益分析见表8。

图4 LED灯布置断面图

图5 高压钠灯布置断面图

表8 高压钠灯与LED灯投资和节能对比表

根据表8可以看出，采用LED路灯前期投资较大，前期投资相比高压钠灯而言要增加37．6%(LED灯按照每瓦30元考虑)，但使用阶段节能明显，节能在44．5%左右。采用高压钠灯照明功率密度值LPD=1．0 W/m2;采用LED灯照明功率密度值LPD=0．65 W/m2。

根据LED灯现场检测的情况来看，目前已经完工的几条LED路灯道路的平均照度都达不到30 lx，只能达到规范中的低标准值，而采用高压钠灯的主干道的平均照度均可以达到30 lx的标准。但是LED在其他方面的优势(如显色性等)可以弥补其照度不足的缺点。

2．4．3 环境及社会效益的比较

由于LED路灯节能在44．5%左右，每年每公里城市主干道可以节约电能48 000 kW·h。减少CO2排放4．6万 t(注:生产电能1 kW·h排放0．96 kg CO2)。LED由于其显色性好，视觉感受更好，可以更好改善道路交通环境，符合国家节能环保的大方针，且发展潜力巨大，其效果可见图6。

图6 采用高压钠灯与LED灯节效果对比图

3 LED路灯在应用中需要解决的问题

根据光明新区的应用情况可以看出，在城市主干道上采用LED路灯照明节能效果突出，符合城市低碳环保的发展理念，环境、社会效益明显，但在规范制定、实际测量方法、初期投资、产品研发等多个方面还存在一定的问题。

(1)根据CJJ45—2006《城市道路照明设计标准》光源的选择应符合下列规定:快速路、主干路、次干路和支路应采用高压钠灯。规范中没有涉及LED灯。建议尽快修订、完善相应LED路灯照明技术规范。

(2)由于受到目前LED发光特点以及现有技术的局限性，LED路灯目前总光通量小，在标准选择上只能采用城市主干道低档值。

(3)大功率LED路灯的体积较大，在多台风的沿海地区存在安全隐患。

(4)初期投资大，一次性投入多。

(5)LED实际灯具的寿命达不到5万小时，这与电源有很大的关系，还需厂家完善。

(6)路口段平均照度明显偏低，需厂家进一步研发新产品。

［1］ CJJ 45—2006城市道路照明设计标准［S］

［2］ CJJ 89—2001城市道路照明工程施工及验收规范［S］

［3］ 深圳市地方标准LED道路照明工程技术规范征求意见稿［S］