LED路燈替換傳統(tǒng)路燈可行性分析

1、LED路燈替換傳統(tǒng)路燈可行性分析一、道路基本概念根據(jù)道路使用功能，城市道路照明可分為主要供機(jī)動(dòng)車使用的機(jī)動(dòng)車交通道路照明和主要供非機(jī)動(dòng)車與行人使用的人行道路照明兩類。機(jī)動(dòng)車交通道路照明應(yīng)按快速路與主干路、次干路、支路分為三級(jí)。快速路 Express Way 城市中距離長、交通量大、為快速交通服務(wù)的道路。快速路的對(duì)向車行道之間設(shè)中間分車帶，進(jìn)出口采用全控制或部分控制。主干路 Major Road 連接城市各主要分區(qū)的干路，采取機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車分隔形式，如三幅路或四幅路。次干路 Collector Road 與主干路結(jié)合組成路網(wǎng)起集散交通作用的道路。支路 Local Road 次干路與居住區(qū)道路之

2、間的連接道路。 表1 城市道路基本概況統(tǒng)計(jì)道路等級(jí)車道機(jī)動(dòng)車道寬/米機(jī)動(dòng)車道寬/米備注主干道雙向6車道3.521有分隔島次干道雙向4車道3.514有分隔島支路2車道3.57注：1 車道一般3.5米寬，也有車道4米寬， 2 分隔島有雙黃線、鐵柵欄、綠化帶等。二、照明基本概念光通量 Luminous Flux光源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出可見光的量的總和。符號(hào)，單位流明(lm)。表示光源的功率的單位，代表光源發(fā)光的能力。光通量表示輻射功率經(jīng)過人眼的視見函數(shù)影響后的光譜輻射功率大小的物理量光通量，實(shí)質(zhì)是用眼睛來衡量光的輻射通量，與光輻射的強(qiáng)度及其波長有關(guān)。照度 Illuminance 單位面積所接收到的光通量

3、。符號(hào)E，單位勒克斯(lux)。表示物體被照亮的程度，1 lux=1lm/m2。1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的照度，就是一勒克斯。照度是以垂直面所接受的光通量為標(biāo)準(zhǔn)，若傾斜照射則照度下降。路面平均照度 Average Road Surface Luminance 按照CIE有關(guān)規(guī)定在路面上預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)上測(cè)得的或計(jì)算得到的各點(diǎn)照度的平均值。路面照度均勻度 Uniformity of Road Surface Luminance 路面上最小照度與平均照度的比值。亮度 Lminance 光源在某一方向上的單位投射面從單位立體角發(fā)出的光通量。符號(hào)L，單位坎德拉/平方米(cd/m2)。亮度是指

4、發(fā)光體(反光體)表面發(fā)光(反光)強(qiáng)弱的物理量，即單位投影面積上的發(fā)光強(qiáng)度。路面平均亮度 Average Road Surface Luminance 按照國際照明委員會(huì)(簡稱CIE)有關(guān)規(guī)定在路面上預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)上測(cè)得的或計(jì)算得到的各點(diǎn)亮度的平均值。路面亮度總均勻度 Overall Uniformity of Road Surface Luminance 路面上最小亮度與平均亮度的比值。路面亮度縱向均勻度 Longitudinal Uniformity of Road Surface Luminance 同一條車道中心線上最小亮度與最大亮度的比值。光效 Luminous Efficacy 光源所

5、發(fā)出的總光通量與該光源消耗的電功率的比值。符號(hào)，單位流明每瓦(lm/ w)。光效是衡量光源節(jié)能的重要指標(biāo)。發(fā)光效率值越高，表明照明器材將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力越強(qiáng)，即在提供同等亮度的情況下，該照明器材的節(jié)能性越強(qiáng)；在同等功率下，該照明器材的照明性越強(qiáng)，即亮度越大。功率因素 Power Factor 在交流電路中，電壓與電流之間的相位差()的余弦。符號(hào)cos。在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即cos=P/S，P表示有功功率，S表示視在功率。功率因數(shù)決定有效功率和無效功率的比例。功率因數(shù)越高，有效功率越高，燈具對(duì)電能的利用率越高。色溫 Color Temperature 表示光源光色的

6、尺度，符號(hào)Tc，單位K(開爾文)。色溫是按絕對(duì)黑體來定義的，光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時(shí)，此時(shí)黑體的溫度就稱此光源的色溫。顯色指數(shù) Color Rendering Index 光源對(duì)物體原有顏色的呈現(xiàn)的程度。符號(hào)Ra，范圍值0100 。表示光源對(duì)物體的顯色能力，顯色指數(shù)越高，顯色性越好。配光曲線 Photometric Data 指光源(或燈具)在空間各個(gè)方向的光強(qiáng)分布。三、照明國家標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車交通道路照明應(yīng)以路面平均亮度（或路面平均照度）、路面亮度均勻度和縱向均勻度（或路面照度均勻度）、眩光限制、環(huán)境比和誘導(dǎo)性為評(píng)價(jià)指標(biāo)。表2 機(jī)動(dòng)車交通道路照明標(biāo)準(zhǔn)值級(jí)別道路類型路面亮度路

7、面照度眩光限制閾值增量T1(%)最大初始值環(huán)境比SR最小值平均亮度Lav(cd/m2)總均勻度Uo最小值縱向均勻度UL最小值平均照度Eav(lx)維持值均勻度UE最小值快速路、主干路(含迎賓路、通向政府機(jī)關(guān)和大型公共建筑的主要道路，位于市中心或商業(yè)中心的道路)1.5/2.00.40.720/300.4100.5次干路0.75/1.00.40.510/150.35100.5支路0.5/0.750.48/100.315注: 1 表中所列的平均照度僅適用于瀝青路面。若系水泥混凝土路面，其平均照度值可相應(yīng)降低約30%。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)附錄A給出的平均亮度系數(shù)可求出相同的路面平均亮度，瀝青路面和水泥混凝土路面

8、分別需要的平均照度。 2 計(jì)算路面的維持平均亮度或維持平均照度時(shí)應(yīng)根據(jù)光源種類、燈具防護(hù)等級(jí)和擦拭周期，按照本標(biāo)準(zhǔn)附錄B確定維護(hù)系數(shù)。 3 表中各項(xiàng)數(shù)值僅適用于干燥路面。 4 表中對(duì)每一級(jí)道路的平均亮度和平均照度給出了兩檔標(biāo)準(zhǔn)值，“/”的左側(cè)為低檔值，右側(cè)為高檔值。人行道路照明應(yīng)以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度為評(píng)價(jià)指標(biāo)。表3 人行道路照明標(biāo)準(zhǔn)值夜間行人流量區(qū)域路面平均照度Eav(lx)，維持值路面最小照度Emin(lx)，維持值最小垂直照度Evmin(lx)，維持值流量大的道路商業(yè)區(qū)207.54居住區(qū)1032流量中的道路商業(yè)區(qū)1553居住區(qū)7.51.51.5流量小的道路商業(yè)區(qū)1032居

9、住區(qū)511注: 最小垂直照度為道路中心線上距路面1.5m高度處，垂直于路軸的平面的兩個(gè)方向上的最小照度。四、燈具參數(shù)比較根據(jù)城市道路照明規(guī)劃設(shè)計(jì)，一般主干道使用高壓鈉燈400w，次干道250w，支路150w，主干道和次干道輔道使用150w。表4 高壓鈉燈與LED路燈參數(shù)比較性能參數(shù)高壓鈉燈富士康 LED路燈功率/w15025040078126172光效(lm/w)10011212097100102光通量15000280004800075001260017400色溫(K)190020002000500050005000功率因素0.440.440.44>0.92>0.92>0.9

10、2顯色指數(shù)232323707070平均壽命(h)400040004000500005000050000注：鈉燈參數(shù)參考飛利浦SON-T型高壓鈉燈，LED路燈參考Fiti LED路燈。高壓鈉燈是氣體放電燈，需要鎮(zhèn)流器維持穩(wěn)定電壓，高壓鈉燈功耗包括光源功率、鎮(zhèn)流器功率、變壓器功耗和線損功耗，整燈功率一般是光源功率的1.2倍。因此150w鈉燈整燈功耗是180w，250w鈉燈整燈功耗是300w，400w高壓鈉燈整燈功耗是480w。五、道路照明規(guī)劃表5 常規(guī)道路規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)道路等級(jí)燈桿桿高/米燈桿間距/米燈臂長度/米燈具仰角/°燈桿邊距/米備注主干道12351.5150.5次干道10301.515

11、0.5支路8251.5150.5注：1 燈臂不宜超過安裝高度的1/4，一般長1.5米，也有0.5米、2米長。2 燈具仰角15°，也有0°、10°、12°。，3 燈桿邊距指燈桿距離道路緣石水平距離，一般0.5米，也有1米、2米等。 布燈方式常規(guī)照明燈具的布置可分為單側(cè)布置、雙側(cè)交錯(cuò)布置、雙側(cè)對(duì)稱布置、中心對(duì)稱布置和橫向懸索布置五種基本方式。采用常規(guī)照明方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)道路橫斷面形式、寬度及照明要求進(jìn)行選擇，并應(yīng)符合下列要求：圖1 常規(guī)照明燈具布置的五種基本方式（a）單側(cè)布置；（b）雙側(cè)交錯(cuò)布置；（c）雙側(cè)對(duì)稱布置；（d）中心對(duì)稱布置；（e）橫向懸索布置 燈桿

12、高度和間距表6 燈具的配光類型、布置方式與燈具的安裝高度、間距的關(guān)系配光類型截 光 型半 截 光 型非 截 光 型布置方式安裝高度H(m)間距S(m)安裝高度H(m)間距S(m)安裝高度H(m)間距S(m)單側(cè)布置HWeffS3HH1.2WeffS3.5HH1.4WeffS4H雙側(cè)交錯(cuò)布置H0.7WeffS3HH0.8WeffS3.5HH0.9WeffS4H雙側(cè)對(duì)稱布置H0.5WeffS3HH0.6WeffS3.5HH0.7WeffS4H注: Weff為路面有效寬度(m)，LED路燈都是半截光型燈具。路面有效寬度 Effective Road Width 用于道路照明設(shè)計(jì)的路面理論寬度，它與道

13、路的實(shí)際寬度、燈具的懸挑長度和燈具的布置方式等有關(guān)。當(dāng)燈具采用單側(cè)布置方式時(shí)，道路有效寬度為實(shí)際路寬減去一個(gè)懸挑長度。當(dāng)燈具采用雙側(cè)（包括交錯(cuò)和相對(duì)）布置方式時(shí)，道路有效寬度為實(shí)際路寬減去兩個(gè)懸挑長度。當(dāng)燈具在雙幅路中間分車帶上采用中心對(duì)稱不布置方式時(shí)，道路有效寬度就是道路實(shí)際寬度。截光型燈具 Cut-off Luminaire 燈具的最大光強(qiáng)方向與燈具向下垂直軸夾角在0°65°之間，90°角和80°角方向上的光強(qiáng)最大允許值分別為10cd/1000lm和30cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上的光強(qiáng)最大值不得超過

14、1000cd。半截光型燈具 Semi-cut-off Luminaire 燈具的最大光強(qiáng)方向與燈具向下垂直軸夾角在0°75°之間，90°角和80°角方向上的光強(qiáng)最大允許值分別為50cd/1000lm和100cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上的光強(qiáng)最大值不得超過1000cd。非截光型燈具 Non-cut-off Luminaire 燈具的最大光強(qiáng)方向不受限制，90°角方向上的光強(qiáng)最大值不得超過1000cd的燈具。六、可行性分析燈具效率高壓鈉燈全向360°發(fā)光，只有4555%光通量照射到路面，二

15、次光學(xué)設(shè)計(jì)光損10%，玻璃透罩光損10%，這樣實(shí)際照射到路面的光通量只有3545%。以250w高壓鈉燈為例，初始光通量28000，實(shí)際照射到路面光通11200 lm。LED路燈定向發(fā)光，光輸出定向性好，通過二次光學(xué)設(shè)計(jì)后仍有85%光通量到達(dá)路面。以Fiti 126w LED路燈為例，初始光通量12600 lm，照射到地面光通量10710 lm。燈具光效 高壓鈉燈光效高，一般都在100 lm/w以上，F(xiàn)iti LED路燈光效一般在95 lm/w左右。但是實(shí)際光效，LED路燈要比高壓鈉燈高。以250w高壓鈉燈為例，初始光效112 lm/w，整燈功耗280w，路面有效光通量11200 lm，實(shí)際光效

16、40 lm/w。以Fiti 126w LED路燈為例，初始光效100 lm/w，整燈功耗135w，路面有效光通量10710 lm，實(shí)際光效80 lm/w。顯色指數(shù)高壓鈉燈高壓鈉燈的光譜窄，顯色指數(shù)低，一般只有23-33，道路路面感覺昏暗，對(duì)物體本身色彩還原性差，燈光照射下物體失真明顯，鈉燈低顯色性只能幫助司機(jī)和行人幫助察覺道路狀況，并不能幫助行人清晰辨別。LED的顯色指數(shù)高，一般達(dá)到75-80，接近日光，使得被照射物體顏色更加逼真，對(duì)顏色的呈現(xiàn)更為真實(shí)，更能夠反映出物體本身的顏色。LED的高顯色性有助于司機(jī)和行人辨別別目標(biāo)，路面看起來更明亮，感覺更舒適，更安全，在同樣的路面亮度下提供更好的通行

17、條件。色溫高壓鈉燈光譜比較集中于黃色，色溫比較低，只有2300-3200K，黃光昏暗，容易引起催眠情緒。LED色溫較高，一般在3500-5500K以上，有暖色系和冷色系色溫，路面明亮，感覺舒適，滿足各種照明應(yīng)用對(duì)色溫的需求，實(shí)際發(fā)光效果，LED比高壓鈉燈高。配光曲線高壓鈉燈全向360發(fā)光，通過燈具反光罩進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)，光斑呈橢圓型，容易形成暗帶和斑馬效應(yīng)，路面照度均勻度較低。LED路燈定向發(fā)光，有利配光曲線的設(shè)計(jì)和控制，LED路燈配光曲線呈對(duì)稱蝠翼型，光斑呈矩形，有利于提高道路照明的平均照度和照度均勻度，控制了眩光的產(chǎn)生圖2 路燈配光曲線壽命高壓鈉燈是氣體放電燈，燈泡壽命受電壓波動(dòng)影響較大，設(shè)計(jì)壽命20000小時(shí)，燈具光衰嚴(yán)重，1000小時(shí)光衰30%