LED路灯应用在寒地环境下的照明效果分析

陈 谦

(哈尔滨照明检测中心，黑龙江 哈尔滨 150080)



LED路灯应用在寒地环境下的照明效果分析

陈 谦

(哈尔滨照明检测中心，黑龙江 哈尔滨 150080)

LED路灯应用在北方寒冷地区是否影响照明效果和设备稳定性，一直是争论的焦点。本文通过大量的实地采集到的数据结果及实验室检测比对试验，分析LED路灯在应用过程中，特别是在寒地低温环境下的照明效果，客观的反映了在时间和环境温度的变化下对LED路灯的光参数与色度参数的影响。

寒地； LED路灯；平均照度；光衰

引言

道路照明质量要求较高，既要保证照明在功能上保证安全的要求，又要为使用者提供舒适、可靠的视觉效果。同时道路照明环境复杂，路灯要满足在多变恶劣环境下的适应程度，尤其在北方寒冷地区，不仅气候寒冷，而且冷热温差较大，这就给LED道路照明产品应用的耐久性和稳定性提出了更高的要求。

目前北方寒冷区域的LED道路照明产品大多数来自于南方厂商，由于地域环境气候的特殊性，一些优质的LED产品应用在北方寒冷区域出现“水土不服”的情况。国家和地方已做出了相应的规范，但由于测试环境的限制，更多的侧重于实验室环境下的产品检测。为了反映寒冷地区复杂环境下照明的真实效果，我们需要从寒地环境下的现场检测和实验室检测相结合的方法入手，建立长效的跟踪机制，采集各种气候温度条件下的光电参数，并加以总结分析，客观地反映LED路灯在寒地应用环境下的照明效果。为此，我们在哈尔滨市区建立了LED户外试验场，同时进行了长效的跟踪试验。

目前我们已经完成了5个月(1月—5月)的数据采集，检测环境冬季平均温度-14 ℃，且为冰雪路面。本文首先通过对样品的初始状态进行实验室检测，然后分别置于实验室环境和室外试验场的实际环境中，按照正常路灯的使用时间保持两地试验样品同时开关运行的工作状态，同时对室外试验场样品进行现场跟踪测试，最后将两个试验环境下的样品取下，进行实验室检测。在样品选择上使用能够反映当前技术水平，应用相对广泛的路灯产品，保证同品牌产品尽量一致的原则。室外试验场为实际标准街路，灯杆布置均匀一致。

1 总体评价

根据以上的测试方法，我们对6个规格相似、不同种类的LED路灯在相同的室外环境中采集了具有代表性的1 200多个检测数据。通过平均照度、灯下点照度和均匀度数据衡量路灯的照明效果，并针对温度的变化对于照度的影响进行了归纳分析。根据CJJ 45—2015《城市道路照明设计标准》对机动车道路照明效果的要求和测试数据，这6种样品的总体照明效果情况如表1所示。

表1 CJJ 45—2015照明效果要求对比Table 1 Comparison of lighting effect request of CJJ 45—2015

路灯按照双排相对的方式进行布置，灯杆高度8 m，间距38 m。在灯具功率选择上，为保证不降低原有环境的照明效果，除样品2和样品4无相应规格外(分别为150 W和140 W)均为额定功率100 W的灯具(原有路灯功率为250 W钠灯)，在1 516 h的燃点过程中，被测试的24个样品均处于完好状态。从表1中可以看出，试验路段中的LED路灯的平均照度，均满足在次干路等级上的照明效果要求，末次测试值较首次测试值有不同程度的降低，但最低值仍然在23 lx以上，仍然远远优于标准中对于次干路照明的要求。

照度均匀度末次测试值较初次测试值出现不同程度的降低，但是整体变化不明显。照度均匀度测试值普遍高于0.6，这与先前测试的该区域传统路灯照度均匀度为0.4相比，有了较大的提高。

应用LED路灯替代传统路灯，能够有效的降低电量消耗，在以照度和照度均匀度指标作为依据进行评价时，照明效果有了极大提升，这得益于LED灯具较高的整体光效和更合理的配光曲线。

2 时间、温度与光参数的对应关系

1)平均照度和温度变化的关系见图1。经过历时5个月的现场照度测试采样，6种样品的平均照度都出现了不同程度的降低，整体出现了照度递减的状态。在温度和路灯燃点时间的共同影响下，没有因为环境温度的升高或降低，出现照度衰减趋势的加速或减缓。相比于时间的变化，在-16 ℃～18 ℃的寒地环境中应用LED路灯，温度影响的照度变化并不明显。随着数据的不断收集丰富，我们将继续监测LED路灯随温度变化的照明情况。

图1 平均照度和温度的变化关系Fig.1 The relationship between temperature and average illuminance

2)照度维持率趋势变化见图2。通过对每种样品平均照度的变化情况加以分析，得到平均照度维持率变化的趋势，在1 000 h的老炼期内(约为到4月的燃点时间，按照哈尔滨路灯燃点时间12 h/d计算)，照度维持率均在0.90以上，其中样品2和样

图2 照度维持率的变化Fig.2 Trend of illumination maintenance rate

品4的维持率接近0.95。而1个月(约360 h)后的平均照度维持率在0.87～0.92之间，仅有2类样品在0.90以上，在这一时期内除样品1外，平均照度的环比衰减速度最高，均在4%以上。在测试过程中，每种样品的照度变化大都出现了先下降后上升的过程，而这种情况多发生在样品燃点700 h～1 000 h之间，各样品的变化差异较大。

3)室内与室外测试样品光衰的比较见表2。从实验室老化和室外试验场测试样品在燃点1 000 h后的结果来看，样品3、5、6的光衰率基本相同，通过对样品1、2、4的检测结果发现，室外试验场样品的驱动电源输出功率发生的变化，是导致该类样品与实验室样品检测结果差异较大的原因。

与照度维持率相比，实验室检测室外样品光通量计算光衰率的方式得到的结果要好于照度维持率。这是由于现场检测时环境温度的不同，影响灯具输出的光通量，随着测试时间点气温的不断升高，温度对于LED路灯发光的影响逐渐增大，导致在相同燃点时间的条件下，现场测试得到的照度衰减程度更高。

表2 室内和室外样品光衰比较Table 2 Compared with light degradation between two test sites

3 时间、温度与光色度参数的对应关系

相关色温随时间变化见图3，一般显色指数随时间变化见表3。一些研究证明，暖色温和中间色温更适合道路照明，采用3 000 K左右的暖白色，不但保持了在有雾多尘环境下的穿透能力，又在主观上提高了人们对路面视觉上的舒适程度。尤其在北方寒冷地区，冬季路面被冰雪覆盖，低色温光源照明更能够避免造成雪盲症的可能。所以本次试验选用的LED路灯的相关色温均选用暖白光。

图3 相关色温和时间的变化关系Fig.3 The relationship between time and color temperature

通过对样品相关色温的监测结果发现，虽然样品的额定色温略有不同，但是除样品2外，其余5类样品的相关色温变化趋势基本一致，均出现了色温衰减的情况。

相比传统路灯，LED路灯具有较高的显色指数，在检测的6类样品中，除样品2外显色指数均在73以上，其中样品1和样品3保持在80以上。且在各个测试周期内的变化程度较小。

表3 一般显色指数随时间的变化Table 3 The relationship between time and general colour rendering index

4 结论

综上所述，在-16℃～18℃的温度区间内LED路灯能够正常燃点工作，没有出现温度变化引起较大的照度变化波动，样品在老炼期内处于照度衰减的情况，相对于低温环境变化，路灯燃点时间对发光衰减的影响较大。

样品在低温环境下燃点1 000 h后并没有出现照度相对稳定的情况，这就需要适当延长老炼燃点的时间后对产品的初始值进行评价，我们将通过更多的数据采样来寻找样品稳定的时间。

LED路灯的光衰问题，依然是其应用过程中的主要瓶颈，研究方向应该以LED路灯整体及各部分组件入手。尤其在北方寒冷地区，如何提高LED路灯组件的环境适应性、耐受性及保证在恶劣环境下运行的稳定性，将是减缓LED路灯光衰的研究重点。由于环境温度的影响，通过光通量维持率的方式来评价的光衰值相比照度维持值的方式计算的光衰值更接近于真实的光衰率。

LED路灯作为一种新的照明产品，其光电和色品特性与其他光源有着较大的差异，在评价其寿命时仅以光通量维持率作为依据，显然是不全面的，应该同时考虑其色参数的漂移情况，并将其纳入LED路灯的寿命评价指标。

[1] 城市道路照明设计标准：CJJ 45—2015[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[2] 照明测量方法：GB/T 5700—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3] 平立.LED路灯在寒地应用环境下需要重点解决的关键技术问题[J].黑龙江科技信息，2010(15)：46.

[4] 韩直.LED隧道照明试验研究[J].公共交通技术，2009(4)：144.

[5] 严其艳，刘勇求.LED路灯技术探讨[J].科技向导，2011(35)：12.

[6] 邹琳，李德胜，邹念育，等.基于光通维持率和色参数漂移的LED寿命评价方法[J].照明工程学报，2013，24(1)：85-88

[7] 梁田静.影响半导体照明光衰及色衰因素的研究[D].西安：陕西科技大学，2013.

Analysis of Lighting Effect of LED Street Lamp Applied in the Cold Area

CHEN Qian

(HarbinLightingTestingCenter,Harbin150080,China)

The argument has been that application of LED lights in the northern cold region will affect the lighting effect and the stability of the equipment. This article, according to a lot of on-the-spot collected data and consequence of the Test in lab, analyses the effects of illumination of LED street lamp during its application and especially under the environment of low temperature, reflects objectively the phenomenon of light attenuation and colorimetric parameter with the change of time and environmental temperature.

cold area; LED road lighting; average illuminance; light degradation

TM923

B

10.3969j.issn.1004-440X.2016.04.030