LED光源在城市道路照明系统中的应用研究

（南宁市城乡规划设计研究院）

LED光源在城市道路照明系统中的应用研究

黄学锦

（南宁市城乡规划设计研究院）

随着全球人口的增多，有越来越多的国家意识到了能源节约问题。LED光源就是在节约能源的一个重要代表，在我国的城市道路系统建设过程中，LED光源逐渐取代了传统的光源类型，LED光源能够最大程度的减少能源消耗，并且能够提供充足的照明，但是在很多城市还存在LED光源利用不充分或者不合理的情况，本文主要从LED的发光方式进行分析，论述了LED光源在城市道路系统中的优势以及很多城市目前需要解决的光源应用问题。

LED光源；城市道路；建设；应用

0 引言

人类用火用光的历史，可以追溯到远古时代。直到十七世纪，人类才真正使用了电灯，电灯的出现极大方便了人们的生活，让许多人感受到光明的重要性。LED是针对各个世纪灯光发展的优劣情况而产生的一种发光方式，又称之为发光二极管，发光方式是通过固体半导体进行的，最初被运用在车辆以及水下照明中。此种灯光在使用过程中有着极高的效率，并且能够最大程度上节约能耗，同时，相对于其他的电灯类型，能够有更长的使用寿命，并且在同样的时间里能够提供充足的光亮。随着LED的优点逐渐被公众认识，有越来越多的人投入到了LED光源的研究中。现如今，LED光源不管是在发光技术还是在应用效果方面，都有了较大程度的提高。正是因为LED光源的这些优点，让越来越多的城市认识到LED光源在城市建设中的重要性和必要性，开始大力推广LED光源在城市中的应用。[1]

1 LED光源的应用优势

LED光源有着很多传统光源无法比拟的优势，在其性能以及发光模式上，都有了较大的突破。LED光源与传统光源的区别如表1所示。

通过表1可以看出，LED更加的高效节能，相对于白炽灯而言，LED光源如果运行一千小时，只会消耗几度电，但是同样的使用时间，白炽灯会消耗近百度电，如果是普通的10W电灯一百小时就会消耗一度电，相对于LED光源而言，优劣对比显而易见。除此之外，LED光源具有很长的使用寿命，相对于普通的电灯而言，LED灯因为没有钨丝，没有玻璃外罩，在运输和使用过程中更加放心和安全，不会像传统电灯那样十分容易破碎、根据统计，LED灯的使用寿命可以达到五十万小时，甚至更多。根据表1可以看到，普通的电灯使用时间只有八千个小时左右，有的比较容易出现问题的电灯比如白炽灯甚至只有一千个小时的使用寿命，相对于LED灯而言，寿命很短。传统的灯光中因为建设原理的需要，会有紫外线或者是红外线，但是LED完全不会有紫外线或者红外线，不会对人体健康造成危害。因为LED灯是利用半导体进行发光的，所以其中不会存在有害物质，像是很多城市常用的高压钠灯，会含有汞等有害物质，不利于回收，如果出现问题会对人体健康造成危害。但是LED灯不会有这方面的危害，体现了绿色环保的时代要求。LED灯是没有频闪的灯光，在使用过程中不会伤害眼睛，不像白炽灯或者是其他传统电灯使用久了会伤害视力。同时，因为LED灯需要的电压和电流十分小，所以相对于其他的传统电灯来说十分安全，超高的安全系数让LED灯成为城市交通灯光系统建设的首选。[2]

表1 LED光源与传统光源的技术比较

2 LED灯在城市道路照明系统中的应用

LED光源在城市道路照明系统的应用过程中不是可以直接使用的，因为目前很多工厂产出的LED灯都是圆形投射灯光，但是这种投射方式对城市道路系统而言是十分不合理的。这种无法满足城市照明系统的LED光源，需要进行二次设计之后才可以使用。很多城市因为没有认识到LED光源这种投射弊端，所以影响了城市照明系统的发展。如图1所示。

图1 城市道路配光示意图

根据专家的分析可以看到，LED光源在城市光照系统中，主要分为投射和反射两种方式。投射式也就是由反光罩和透镜构成的，这种构成方式在应用过程中有着很大的弊端，而且不能达到直接照明的效果，所以，需要使用透镜再次进行反光处理，这种方式对于城市道路照明系统来说，需要长期维护才可以实现，所以不建议使用。如果使用反射式的LED光源，只需要给反光罩进行光学设计就可以，可以广泛应用到城市照明系统中，有着很大的优势。如果使用反射式照明系统，有很多类型的反光罩可以选择，例如圆锥曲面类型的反光罩，能够将光纤呈弧度反射，这也是很多城市最常用的一种反射类型，因为设计简单受到了很多光学设计者的喜爱。除此之外，应用较多的还有自由曲面反光罩，这种反光罩的形状比较自由，但是目前多应用于汽车照明系统中，这种构成方式比较简单。主要是通过许多小面构成一个较为复杂的光学投射面，光照的效果和强度和面与面的组合排列有很大的关系。正是因为这种反射方式方便操作，有很多城市照明光学设计者想要使用这种方式来进行道路照明系统的建设。[3]

LED光源是一种新型的技术，目前在城市道路光照系统的应用中主要有两种方式：整体配光和个体配光。

整体配光也就是将LED光源看成一个整体，按照传统灯光的排列方式来进行灯光的分布。也就是将LED光源进行反光，按照其组合排列的方式进行空间光照强度的分布，以此来达到整个道路的照明效果。如果使用整体配光的方式，那么就不需要相关的灯罩或者是其他灯具，在一定程度上精简了道路建设者的工作。这种方法容易被很多城市接受，但是因为采用的是传统灯光照明方式，在一定程度上就增加了组合散热的难度，因为很多传统电灯的散热空间所需不大，但是如果使用了LED灯之后就会增加其散热难度。原有的传统灯光组合方式已经不适用。在很多城市道路照明系统的建设中，因为需要节约空间，就会将很多灯具紧密排列，但是对于LED灯来说，是热敏感灯具，非常不适用过于紧密的空间。所以传统的这种排列方式对于LED灯来说有着很大的阻碍。如果强制在传统的空间里使用LED灯，那么会影响LED的散热，使得LED灯在使用过程中会出现这样或者那样的问题。也正是因为散热不均，所以不能实现平均光照，在很多城市的晚上，是难以实现真正的光照的。[4]

和整体配光相对的一种配光方式是个体配光。个体配光顾名思义是对每一个光源进行光学设计，可以分为照明区域分割和直接投射两种方式。直接投射方法是对每一个LED光源和相应的路面区域一一对应，通过相应的透镜设计将光源和不同的区域对应，这样就能满足整个道路的照明需要。这种方式能够充分利用LED光源的效果，实现大面积的照明。但是此种方式也具有一定的局限性，因为每一个光源的照射范围是一定的，如果超出了这个范围，就无法再进行照明。所以，对于使用范围而言，具有一定的局限。如果照明范围受到了局限，那么就需要使用相关的透镜继续来扩大照射范围，这样一来，就增加了城市光照系统的成本以及设计难度，总体来说，不太适用于城市道路系统。相对于直接投射这种方法，区域分割效果较好。区域分割是将照明区域进行系统的分割，并且利用LED光源的颗粒排列方式，按照一定的角度进行排列，可以让LED光源对制定区域进行照明，或者是让灯光均匀分布在一条街上。这样能够满足一条道路的光照需要，光源可以实现叠加，这种方式，让每一个部分都能得到照射，并且不需要透镜或者是其他的反射工具，节省了成本，降低了操作难度系数。同时这种方式突破了传统模式的散热，能让每一个LED光源都得到有效的散热。

3 LED路灯类型选择

目前所在城市路灯中使用的LED灯主要有两种类型。一种是多颗粒的LED光源，这种路灯是使用传统排列的方式来替代传统路灯。采用的是传统的设计思想和模式，对LED灯的驱动部分和散热部分进行了设计和排列，然后在光源上套上普通的灯罩，实现照明。整个实现过程没有对等的发射程度以及角度进行调整，这种类型的LED灯和传统灯具在外形上没有任何的区别，但是在整个照明效果和范围得到了大大提升，但是这种方法虽然可以替代原有的路灯，但是光的分布和传统的灯光还有一定的差距，这种方法不利于LED光源各个部分的实现，并且因为排列过于密集，不能实现良好的散热，对于城市照明系统来说，难以散热是一个很大的难点。另外一种LED路灯是多颗粒水平分布的类型，在每一颗LED灯源上都安装了透镜，这样可以在根源上改善光源的发散角度问题，也正是因为有了起到反射光源的透镜，能提升LED光源的利用率，并且发散出来的光不管是在亮度上还是范围上会好很多，但是因为透镜有旋转对称的特征，所以这种路灯类型如果透镜上有了太多的灰尘或者水珠，就无法达到很好的照明效果了。在城市道路交通照明系统中，不仅仅是有路灯这一种类型的灯光设施，还有信号灯等多种不同作用的灯。在城市交通照明系统的建设过程中应该着重提升灯光的利用效率和功能，以此来达到节约能源提升灯光利用率的作用。[5]

4 LED灯的经济效益

根据我国普通消费城市的数据统计，高压钠灯具的价格在每套1200～1500元左右，但是LED灯具的价格最高的也超不过900元，并且LED灯是按照功率大小不同来定价的，不同的功率也有不同的价格，总体的价格区间在400～800元左右。通过不同的价格差异可以看到，LED具有明显的价格优势，但是LED灯在使用之前还会有很多的附加成本，所以使用与否十分值得商榷。

5 结束语

通过本文的分析可以看到，LED灯在城市道路交通的未来发展中有着广阔的前景，但是还有很多不足之处需要改进，城市需要加强对LED光源技术方面的研究，从而能够提升城市的照明系统，规范路面交通，相应节约能源、绿色环保的号召。

[1]赵晓燕.照明LED在城市交通导向系统的应用研究[D].桂林：桂林电子科技大学,2011.

[2]车兆浚.LED光源在城市道路照明中的应用研究[D].广州：华南理工大学,2012.

[3]朱小清.LED光源在道路交通中的应用研究[D].重庆：重庆大学,2009.

[4]赖欣.1ed光源在城市广场环境设施夜景照明设计中的应用[D].上海：东华大学,2011.

[5]孙逊.LED光源在城市道路功能照明中的应用[J].山西建筑,2010(3)190-191.

2015-9-28）