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LED路灯在市政道路照明中的推广应用

2015-03-14

机电信息 2015年12期
关键词:钠灯均匀度照度

丁 映

(深圳市政设计研究院有限公司,广东 深圳518000)

0 引言

随着国家大力推行“节能减排,低碳经济”政策,科技部于2009年4月制定了关于大力推广LED产业的“十城万盏”试点工作,并出台相应的激励措施。

当前LED照明已经在多个省份的市政道路中应用,例如福建继广东之后成为又一个全面推广LED照明的省份,并为配套LED照明顺利实施制定《福建省推广应用LED照明产品的若干措施》、《城市道路LED照明设计标准》等相关地方政策和地方行业标准。

2013年底前,福建省内云霄县、连城县、城厢区等3个县(区)已完成对本县(区)市政公共场所的LED照明改造;2014年底前,要求全省各设区市至少有1个县(市、区)完成对本县(市、区)市政公共场所的LED照明改造;力争2015年底前,在全省市政公共领域采用LED代替传统照明。

1 LED路灯在市政道路上应用的评价

根据CJJ45—2006《城市道路照明设计标准》,机动车道路照明主要以路面平均亮度Lav(或平均照度Eav)、路面亮度总均匀度UO和纵向均匀度UL(或照度均匀度UE)、玄光限制阀增量TI、环境比SR及诱导性作为照明性能评价指标。

按照《城市道路照明设计标准》中的档值,在主干路、次干路、支路等不同等级道路模拟布置不同功率LED路灯,采用DIALux4.10道路照明软件进行仿真,计算数据如表1所示。

表1 LED路灯计算数据

现以2013年投入运行的福建省某市政道路为例,该市政道路为城市主干路,标准路段采用双向6车道,标准道路横断面形式为6.5m(人行道及非机动车道)—1.75m(绿化带)—23.5m(机动车道)—1.75m(绿化带)—6.5m(人行道及非机动车道)。路灯双侧对称布置,采用12m/7m高低臂钢杆灯,路灯臂长2m/0.5m,路灯间距32m左右,灯杆位于绿化带,其中机动车道侧光源采用2×140WLED灯,人行道及非机动车道侧光源采用80WLED灯,具体如图1所示。

图1 标准道路横断面图

采用《照明设计手册》第2版中照度测量中心法,沿道路纵方向把2盏路灯间距11等分,道路横方向把每条车道3等分,进行测量,各点照度值如图2所示。根据各个测量点实际照度值,由公式Eav= ∑Ei/n,UE=Emin/Eav计算路面平均照度Eav=38lx,照度均匀度UE=0.72。

图2 采用中心布点时测点布置图

由上可知,通过DIALux4.10道路照明软件仿真计算和已在市政道路投入运行的LED路灯实际测量所得数据,其各项指标已达到城市道路的照明标准值要求,同时功率密度还降低了不少,节能效果比较明显。

2 LED路灯技术优缺点分析

2.1 LED路灯的优点

(1)LED路灯具有定向辐射特性,光的漫射极少,通过单颗LED芯片独立二次光学设计,灯具光效可达到88%左右,光源发出的大部分光射向道路,从而使光能得到最大限度的利用,大幅度提高了光照效率和节能效果。

(2)LED路灯功率因数高达95%以上,灯具无需额外配置镇流器,不会产生高次谐波,大幅度提高了电能质量,减少了电能损耗。

(3)LED光源显色指数最高达到80%,几乎接近自然太阳光,而道路上使用的高压钠灯显色指数一般只有23%。随着显色指数的提高,人们能够更清晰地看清不同颜色外貌的物体。

(4)LED光源可做到无闪烁、无紫外线辐射,发热量比传统灯具少60%~78%,无碳排放,已被作为室内及长时间工作场所的主要照明,对人眼起到保护作用。

(5)LED光源无传统照明产品所需的汞、铅、重金属等有害污染,并可以对其废弃物进行回收利用,从而响应了国家绿色环保相关政策。

(6)LED路灯由单颗1W以上半导体芯片组合而成,整灯功率可以根据不同设计标准随意调整,避免了高压钠灯功率规格较少造成的不合理照明现象。

(7)深夜通过合理调节LED路灯驱动电流降低光通量,或者关闭部分LED路灯模块,可达到降低输入功率以及路面亮度水平的目的。

(8)LED路灯理论使用寿命在5万h以上,实际保证3万h以上,按每天亮灯11h计算,寿命可达6~7年;而传统的高压钠灯理论使用寿命一般为2万h,实际使用寿命也就2年左右。

2.2 LED路灯的缺点

(1)因LED路灯配光类型多为截光型,照明均匀度较低,斑马线现象严重。

(2)LED光源色温偏高,眩光比较明显;而高压钠灯色温低,舒适,穿雾能力强。

(3)大功率LED路灯的推广应用,技术上最大的障碍主要是散热问题,这是因为LED芯片光效率与工作温度成反比,温度每升高10℃就会产生5%~8%左右的光衰,并且寿命也会大幅度缩短。

(4)关于LED路灯应用国家标准还未正式批准,当前市场上LED灯的质量良莠不齐,部分LED灯存在寿命较短、光衰比较严重等问题,达不到在市政道路上应用的要求。

综上所述,随着LED照明国家相关标准的实施,市场的进一步成熟规范,二次光学系统和配光曲线优化设计以及散热、驱动电源等方面技术改进,LED将具备逐步取代传统光源在市政道路中应用的技术优势,成为新一代绿色光源的代表。

3 LED路灯与高压钠灯的社会经济性能对比

LED路灯优势在于节约电能、减少碳排放、降低运行成本,劣势主要体现在初始工程投资总额较高。

我们现在以福建某市政道路为例,道路总长10km,在同等条件下以180W的LED灯取代250W高压钠灯,在光源技术参数和道路实际运行效果的各项指标均达到CJJ45—2006《城市道路照明设计标准》要求的情况下,根据相关数据对LED路灯与普通高压钠灯社会经济效益进行分析对比(表2):电价0.80元/kW·h,路灯平均每天亮灯11h,一年使用365天。

采用LED路灯年节约电费=62.63-42.89=19.74万元

采用LED路灯成本回收期=(989.93-881.12)/19.74=5.5年

表2 LED路灯与高压钠灯社会经济效益比较

采用LED路灯年节约标准煤=96.22-65.89=30.33t

采用LED路灯年减少二氧化碳排放=254.36-174.18=80.18t

由此可见,不考虑资金成本、路灯维护费以及电价浮动等因素,从节省电能角度分析,使用LED灯替代高压钠灯,5.5年即可收回成本。而LED灯的使用寿命期通常为7年左右,因而采用LED路灯光源从经济方面来说长期将获得一定利润,同时还能减少二氧化碳排放和煤炭资源的使用,对国家“节能减排”政策落实作出重要贡献。

4 结语

“节能减排,可持续发展”已作为国家基本国策实施,在这个背景下,绿色、低碳LED产业将因此受惠。LED照明将以其绿色、节能的特性,继明火和白炽灯之后引领第三次照明变革。随着LED路灯运行经验不断成熟、技术不断发展,LED光源将逐步代替传统光源,从而大幅度降低能源损耗、保护环境,同时获得丰厚的社会、经济效益。

[1]陈元桂,郭燕萍.城市道路LED照明评价[J].建筑电气,2013(3):3~7

[2]王宝.天津地区的道路照明灯具设计研究[D].天津科技大学,2010

[3]CJJ45—2006 城市道路照明设计标准[S]

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