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浅谈LED路灯推广应用若干问题与建议—基于上海LED隧道灯与路灯应用技术研究

文章出处:千赢国际平台网人气:-发表时间:2015-05-15 15:35【

  LED路灯是LED照明起步较早的应用领域,随着LED技术水平的不断提升,LED路灯的应用也越来越多,本文将基于上海LED隧道灯与路灯应用技术研究,探讨当前LED路灯推广应用中存在的若干问题,并提出一些改进建议,希望抛砖引玉,供业界参考。

一、LED路灯优势

1,LED路灯应用范围比其它光源更广     

  道路照明的不同区域对光源有不同的考虑指标,比如机动车交通区域会主要考虑亮度、亮度总均匀度、亮度纵向均匀度与失能眩光、不舒适眩光控制、灯具的无极调光与巡检,交会区会考虑主要考虑照度、照度均匀度及不舒适眩光控制等,LED光源具有无极调光、光线可高自由度控制与远距离投射、光效高、显指高、颜色与色温多样等特点,也使得LED路灯应用范围比其他光源更广。

2.LED路灯对居民与驾驶员光污染更小

 相比起高压钠灯,LED路灯对光线的精准控制使得对居民与驾驶员的光污染更小,图1为不同类型光源灯具光晕及杂散光对周围居民房屋影响。左为高压钠灯,右为LED路灯。

       图1为不同类型光源灯具光晕及杂散光对周围居民房屋影响

3.LED路灯创造更安全与舒适道路环境

  从创造舒适光环境角度来讲,LED路灯可以将打向人眼的光线强度有效控制,创造更安全与舒适的道路与隧道照明环境。LED路灯可调可控,与智慧城市结合在一起,已经在能力方面远远超过高压钠灯。

4.LED路灯利用率更高更节能

  从光效比较来看,高压钠灯部分光线损失在壳体内以及打向非有效区域了,而LED路灯可以通过透镜将光线分配在需要的区域。

二、LED路灯应用问题及分析

  LED路灯有诸多优势,不过,当前LED路灯应用仍然存在一些问题。以下将主要针对LED存在的问题进行分析。

1.LED路灯存在透雾性差问题

  一般误以为,LED路灯存在透雾性差的问题,且很难解决斑马线、更刺眼、光衰大的问题。实际上,图2为4000K LED路灯的照明效果,以及3000K的LED路灯与高压钠灯的对比。在配光控制合适时,行车方向,余光看上去,LED路灯既不刺眼,眩光也地面均匀,如图3。

       图2 LED路灯存在透雾性差的问题

       图3 配光控制合适时,LED路灯既不刺眼眩光也地面均匀

  此外从光衰的角度,要注意区分伪光衰。通过一些LED路灯测试项目的数据显示显示,不擦拭灯具,伪光衰严重,如图4。灯具室内老化光衰比透镜污浊产生“光衰”小,如图5。

       图4 不擦拭灯具,伪光衰严重

       图5 灯具室内老化光衰比透镜污浊产生“光衰”小

2.有些LED路灯无照明设计要求、简单套用“CJJ45”或无安装条件

  以双向六车道、沥青路面、主干道,机动车道为例,原钠灯功率250W。如亮度初始值2cd/m2, 则需190W的LED路灯替换。如亮度初始值3cd/m2, 则需285W的LED路灯替换。因此,合适选择亮度设计值很重要。

       图6 LED对HPS的亮度对比系数

  对于照明设计方而言,需要灯具排列布置、距离、高度、仰角、突出、悬臂等计算参数,以方便进行照明设计,但在实践中,很多用户都没有提供这些参数。另外,LED路灯安装仰角加大不舒适眩光效应更明显,亮度值变化不大,亮度总与纵向均匀度提高,因此,仰角的变化带来均匀度与眩光变化,且成反比。

3.基于灯具“功率”指标来配置照明工程

  LED路灯应用中存在基于灯具“功率”指标来配置照明工程的问题,但是对LED灯具与钠灯的整灯效能及利用率把握不准,容易致使出射光通量不够或地面过亮,如图7。这是由于我们需要的是地面亮度,并基于地面材质特性,得到地面照度,依据照亮范围,得到所需光通量,并基于利用率与维护系数、灯具布置情况,反推灯具光通量,获得确定光通量后,基于灯具效能推算得到功率,如直接采用功率,则以上诸多不确定性因素皆会影响到功率的选择合适性。

       图7 对LED灯具与钠灯的光效及利用率把握不准,容易致使出射光通量不够

4.照明设计无Lav, U0,UL,TI,SR,I80等安全与效果指标要求

  评价道路照明,有安全与照明效果指标,Lav为影响行车安全、通行能力指标;U0为影响行车安全、通行能力指标;UL为影响行车安全指标;TI为影响行车安全指标;SR为影响行车舒适指标;I80为影响行车舒适指标。

  需要注意的是,亮度是与光通量/地面反射系数/观察角度/投影面大小及等有关。照度是单位面积内接受光通量,与人眼需要的光无完全对应关系。驾驶员一般注视60~160米远处路面,看到是反射至人眼的亮度。照度指标无法替代亮度指标。照度与亮度间换算亮度系数q沿行车向分布非线性,照度越均匀,亮度不一定越均匀,因此,UE无法替代UL。

  从基于照度与亮度配光照明的效果来看,以“基于照度高均匀度”为依据配光,实测UL 小于0.7,地面会有明显斑马线;以“基于亮度高总均匀度”为依据配光,实测UL大于0.7。

  同一Ul下钠灯与LED配光照明效果对比来看,钠灯灯罩配光特点决定了杂散光较多,LED更加精准的截光效果使得杂散光较少。杂散光可以填补暗区一定的亮度不足或使得亮度变化不在剧烈。光衰后的钠灯光源颜色比起白光LED,更接近沥青路面,颜色对比性钠灯更低,对于亮暗的辨识能力,钠灯环境下更低,因次,同一Ul下钠灯与LED光源,后者更易产生斑马线,如图8。

  此外,研究发现,TI10%极易超出, TI20%未失能眩光,如不控制也可能出现失能趋势或加大“失能”程度。I80大于200cd/m2,加之灯具发光面积小(如cob类LED路灯),极易出现不舒适眩光现象。

      

 图8 同一Ul下钠灯与LED配光照明效果

5.无“切实可操作”或“科学”的灯具寿命评价方法

  目前LED路灯如设计不当,或会存在着线缆/接插端子/快插头等质量差不防水、灯具表面材料抗腐蚀差、Pc透镜紫外线抵抗差、 无或不合适的浪涌保护器、部分劣质控制装置等问题。

       

图9 目前LED路灯存在的部分问题

  实际上,LED路灯有L70寿命要求,国家级测试中心提供的灯具点亮6000小时及以上的光通维持率报告,采用能源之星定义的6000小时95.8%及10000小时91.8%光通维持率保证时寿命50000小时(光衰30%)的方法进行寿命判断。L70寿命判断要提供LM-80报告,结温检测报告,驱动电流大小。LED模块安装在灯具中正常工作时所测得的tp温度,加上实际道路最高环境温度与测试tp温度时的环境温度之差,不应超过与其标称寿命所对应的tpmax(实际工作电流不应高于寿命测试电流)。

6.芯片皆信赖国外品牌、电源基本要求几家品牌

  目前在很多工程招标中,要求LED路灯芯片采用国外品牌,国产芯片基本没有机会。实际上,从LM80报告及实际应用来看,有些品牌的国产芯片还是不错的。有条件的可以支持国产芯片。另外,COB路灯用国产芯片光效不低于国际主流芯片,其他指标接近。

7.希望灯具便于维修,但基本上无统一的“接口”规定

  灯具结构接口不统一带来维护困难与成本高,加之目前LED路灯照明效果差的比例较大,导致业主无信心应用。灯具损坏后需要更换整灯,库存数量以及成本大幅上升。从接口的角度,涉及模组机械/电气/光度热接口,电源机械/电气/调光接口,智能控制机械与通讯接口等,如图10。

      

 图10 虽然希望灯具便于维修,但目前基本上无统一的“接口”规定

三、LED路灯大规模推广应用建议

  基于调研、多次试验、分析、研究,笔者认为,无论“分立式”还是COB路灯,无论是国产芯片还是外企研制的芯片,无论是350毫安还是700毫安电流驱动,无论3000K还是4000K芯片,无论是国产还是外资品牌LED灯具,在技术上,可以应用于各类道路,并通过一定技术条件约束,管理手段完善,并能用得更好!并能大规模推广应用。

  建议各地区行业主管部门以CJJ45、LED道路照明应用技术规范、CSA016规范、GB7000.1,203与GBT_24827等为基础,针对地方特点,制定合适的地方标准或管理规定。

  标准要规定正确的技术要求:含接口指标、合适的寿命、性能、照明效果、节能等指标。其中要关注三个问题:一是照明设计指标上适当拔高亮度及其总均匀度与纵向均匀度指标、匹配好考虑横向与纵向距高比的不舒适眩光控制指标于均匀度指标。二是产品性能指标严格遵守GB7000.203, 提出包括接插件在内的灯具IP防护要求,线缆与PC透镜等材料老化、灯具颜色指标要求、浪涌保护器要求,各地不同环境下对灯具材料要求等。三是模块机械、电气、光度接口、电源机械与电气、控制系统机械与电气及通讯协议上尽快遵守CSA016。

  技术上,建议业主、设计与养护单位切实落实相关标准规定:招标、设计、施工、验收中严格落实技术要求、并按规定、精细化维护。

  从企业的角度,建议提供灯具和电源CQC标志认证试验报告和认证证书,提供芯片Lm80/结温报告,6000小时光通维持率报告,提供Dialux照明仿真计算报告PDF、DLX、IES文件,提供灯具材料其他物理力学/热学/光学/电学等测试报告,提供证明电源产品使用寿命期间的低失效率报告、MTBF寿命、EMC、安全认证报告等,提供灯具产品结构构造与使用说明书。

  另外,照明设计单位要给出照明布置条件,如间距/仰角/突出/高度/布置方式等;给出具体的照明设计指标,如亮度/眩光/均匀度/环境比;给出产品结构与安全/外观质量/材料/重量/安装等要求;给出产品可靠性要求,如LED器件/ 整灯与模块/控制装置寿命/tp温度要求;给出灯具光学性能,如额定光通量/灯具效能/额定相关色温,色品容差/显色指数;给出控制装置电学要求,如输入输出电流/最大输出功率/安全要求/性能要求/外壳防护/功率因数。

   以上为浅谈,作者水平有限,时间仓促,诸多不对之处,敬请谅解。

 【文/杨方勤 复旦大学电光源研究所】——本文节选自第四期《半导体照明》杂志,完整内容请查阅本期杂志。

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