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摘要：目前，节能作为我国的一项基本国策，已经越来越受到各行各业的重视。道路照明是一个很大的电力用户，在保证道路照明水平的前提下，节能是很有必要的。当前，随着LED照明技术的不断发展，主要是以其功率的增加，效率的提高，成本的下降，LED照明越来越多的被各类照明工程所采用。本文对城市道路照明的发展现状进行研究，讨论LED节能灯在城市道路照明建设的应用前景，为今后的城市道路照明设计与改造起到一定的借鉴作用。
关键词：道路照明 LED光源 节能
1. LED道路照明的发展现状以及存在问题
城市道路照明有其特殊的功能性，道路照明的设计需要考虑众多的因素，比如包含照度充足、照度均匀度、节能以及维护便利等。此外，照明灯具应具备高效率，照明利用率佳、恰当的配光、寿命长以及防水防尘等特点。虽然LED应用于道路照明与传统路灯比较具有多方面的优势，但是由于LED路灯的发展时间很短，目前仍然处于试验和探索阶段，甚至有部分LED路灯在示范应用中出现诸多问题，并没有达到人们预期的效果。
目前LED路灯存在在照明效果上路面亮度比传统的路灯亮度偏低，只能满足照明级别比较低的道路；色温过高，刺眼而没有舒适感，散热性能差，温升过高，以致光衰比较严重，可靠性变差等不同程度问题，而出现上述问题既有技术层面上的因素，也有思维定势等方面的影响，而事实上，LED光源与高压钠灯本质不同，在设计方法上也与传统路灯是截然不同的，设计人员除了灯具的设计经验外，还需要对LED性能有一个全面而深入的了解。因此有些路灯生产厂家对LED道路照明制作要求和特点不了解的情况下，沿用传统路灯设计思路来设计LED路灯，在造型上依然采用常规的“蛇头”外型，套用气体放电灯的概念，认为只要将一定功率的LED排放在灯座中就可以满足路面照明要求，是不可能做到实用化。
传统路灯的设计方案并不适用LED路灯，再加上LED路灯的光学设计、散热问题和驱动电源设计等方面存在很多问题尚未真正得到解决，因此大规模推广应用LED路灯还有较长的路要走。LED路灯技术仍处于探索阶段，不可一哄而起，而是要坚持先试点，再示范到最后推广的实施路线关于LED灯具的节能状况，对于不同的产品应用类型应区分认识。
2.LED光源以及灯具的选择
2.1.1 LED路灯光源的选择
传统照明光源主要有3大类：白炽灯、荧光灯和稀有气体放电灯。与这些光源相比，LED光源光效比较高，使用寿命长，采用安全电压供电，不含有毒重金属，显色指数高，而且属于新型光源，发展潜力巨大，是未来传统光源理想的替代品。
但是散热是LED路灯需要重点解决的问题。LED是冷光源，不能产生灼热的高温，但LED本身耐温能力比较差，所以必须将发光管工作时产生的热量有效地散发到空气中去，保证芯片在安全温度环境下工作，才能体现出LED灯的使用寿命长的优势。要有效地散热，减少灯的体积和生产成本，灯体必须有合理的散热结构。灯体热结构设计需要合理把发光管产生的热量传导到外壳上，有效地增大外壳和空气的接触面，并且有利于空气在外壳表面上的流动。
2.2 灯具的选择
2.2.1 灯具的结构
灯具的组成结构由铝合金压铸灯体，LED模块，钢化玻璃透光罩，AC/DC恒流驱动器，电器室盖板五部分组成。功能结构由散热灯体，光源室，电源室三部分组成。
2.2.2 常规灯具与半导体LED照明灯具的差异化
灯具是光源、电源、灯罩和其他附件等装配组合而成的照明器具，它又是用来控制光源、光线投照的方式，同时又能起到保护光源，提高照明效率的照明工具。常规路灯照明灯具主要由灯壳体、光源腔、电器室等组成。因其有足够的壳体空间及活性炭和泡沫硅橡胶的密封安装散热，保证了光源的工作条件。其光源腔的防护等级IP65、电器室的防护等级IP45。常规路灯照明只要保证此防护条件，可以做成任意形状，我国的常规道路照明灯具设计精彩纷呈，真是显现出白天观景、夜晚观灯的景象。而半导体LED路灯的面世，其光源的长寿命独特性，具有易合理配光的优越性，色温的可变性，显色指数高的优势，低电压、电流的光源供电具备了高效节能的发展趋势。
2.2.3 散热材料的选择
为了做好LED路灯，目前散热器所采用的基本材料为金属，主要考虑三个方面：第一方面导热性能好，对比其他固体材料，金属具有更好的热传导能力；第二方面金属易于加工，延展性好，高温相对稳定，可以采用各种加工工艺；最后金属虽然属于不可再生资料，但供货量大，不需要经过特殊工序，价钱也相对低廉。散热器的整体热阻就是由与LED模块的接触面开始逐层累计而来，吸热底内部的热传导阻抗是其中不可忽视的一部分，为将吸收的热量有效地传导到尽量多的鳍片上，还需要吸热底有较好的横向热传导能力，在设计时首先满足吸热底有足够的厚度，同时考虑LED模块的安装孔位进行加筋，也加强灯具的整体性和机械强度。
3. LED 路灯配光的特点和要求
3.1 LED 路灯配光形状特点
在道路照明中，如果没有对 LED 路灯光源配光，照射在路面上的光型为面积较大的圆形光斑，会有部分光散落到路面之外而没有被利用，如图 1（a）所示。
为了满足对路面的亮度、照度、均匀度的要求，且尽可能使得大部分光都分布在道路面上以提高灯光的利用率，减少不必要的浪费，通常需要对 LED 路灯进行配光，LED 路灯输出的光线照射在路面上所形成的光型或光斑以矩形为佳，如图 1（b）所示。
图 1LED 路灯配光示意图
3.2 道路照明标准配光要求
根据《城市道路照明设计标准》CJJ 45-2015要求，道路照明中道路分为快速路与主干路、次干路、支路，LED 道路照明配光要求标准值应符合表 1 的规定。采用LED光源对路面的照度及亮度的标准与高压钠灯等传统光源没有太大的区别，但对LED道路照明灯具的纵向及横向配光要求有了新要求，详见表2及表3。故在LED路灯设计中，因根据道路等级及相关条件明确LED灯具的配光类型
表1 机动车交通道路照度标准
表2 LED灯纵向配光要求
4.LED路灯的供电及控制
4.1 LED路灯的供电
城市道路照明电力负荷应为三级负荷，城市中的重要道路、交通枢纽及人流集中的广场等区段的照明可为二级负荷。故城市道路中宜采用路灯专用变压器供电。正常运行情况下，照明灯具端电压应为额定电压的90％～105％。在车流量少的村道或人流不密集的公共场所可在条件允许的情况下利用光伏供电。
4.2 LED路灯控制系统
LED 智能路灯控制系统是一个集照明控制、数据采集、资产管理等功能于一身的综合管理系统。LED 智能路灯控制系统不仅可以对系统控制范围内的路灯进行自动开关、自动调光等监测活动，在管理节能上也具有巨大的潜力。在设计中，在车流量不大的城市道路中，可通过多回路的设计，后半夜不需要照明的场合通过延伸电路来实现LED的延时熄灭，达到节约能源的目的。
随着照明管理从传统管理方式向智能化管理方式的转化，LED 智能路灯控制系统能够真正为用户带来智能化、电子化的财产管理方式。从控制上，用户可以远程监控每一盏路灯；从维护上，可以一改过去现场巡查维护的方式，进行远程的故障监控，做到迅速定位、迅速响应；从资产管理上，可以协助用户清楚地掌控每一盏路灯的位置、维护、使用等情况；从能源消耗上，可以协助用户明确了解每一盏路灯的实时能耗情况。LED 智能路灯控制系统能够为用户带来全新的、互动式的管理体验。
此外，LED 智能路灯控制系统还具有高展示性。每个城市都需要自己的名片，LED 路灯管理系统可以帮助城市建立具有自身特色的名片，并且可以作为智慧城市、物联网的重要组成部分，增强政府财产及市政管理能力。
5. LED路灯的节能
随着能源的不断消耗，资源的日益匮乏，温室效应对人类的危害日趋显著，大气环境对地球的污染越来越严重，国际上要求节能降耗的呼声越来越高，当今节约能源成为各国工作的重中之重。多年来通过各界的共同努力，做为第四代的光源半导体（LED）照明产品有了飞跃性的发展，在节能方面取得了令人瞩目的成就。
5.1 大功率LED路灯的寿命长
对这个大家十分关注的焦点问题，正如许多国内外专家和公司的产品宣传画册所描述的5-10万小时，并持乐观态度，其实，大功率LED路灯的寿命取决于以下几点：
（1）LED光源的芯片质量，光衰减值。
（2）LED的封装质量. 一致性及可靠性。
（3）LED作为冷光源，但LED半导体本身会产生热。LED的散热，保证LED的良好工作条件。
（4）电源、恒流驱动的寿命质量保证。
5.2 节能效率高
照明工程是个系统工程，不管是明视照明还是气氛照明都是通过电能转换成光，再通过灯具投影，使某一个局部的被照面达到一定的照度、均匀度、显色性，多个被照面的局部合成一个完整的照明工程，不能简单的用功耗来比较，而是要通过综合、全面的分析进行比较。
5.3 对于LED应用于路灯有先天的优势
LED作为点光源，如果设计合理，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题；对光照射面的均匀度可控，理论上可以做到在目标区域内完全均匀，这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费；色温可选，这样在不同场合的应用中，也是提高效率、降低成本的一个重要途径；技术进步空间依然很大。
6.结语
LED路灯因其显著的优点，近几年来在城市改造以及亮化工程中得到了广泛的应用，取代了传统的路灯，虽然LED光源有所提高，制作成本也逐年降低，但是在市场普及中仍然存在一些如散热技术问题，因此LED在城市道路照明的日后发展还需要进一步的研究和探讨。
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论文作者:刘金连
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/10
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