摘要：本文主要研究LED路灯在市政道路照明中的应用，对LED路灯的可行性进行了分析，讨论了其技术与缺点，并以某市政道路照明系统改造工程为例，对LED路灯在市政道路照明中的应用进行了讨论。
关键词：LED；市政道路；照明
LED光源寿命长、环保，耐振动，响应速度快，控制方便，在交通信号、应急照明、广告牌、显示屏和城市夜景景观照明等方面有着十分广泛的应用，随着LED灯具的不断发展，在市政道路照明中的应用也成为了可能，在全面提高市政照明质量的同时也显著降低了用电量。
一、LED路灯
（一）可行性分析
《城市道路照明设计标准》中选择路面平均亮度Lav、路面亮度总均匀度Uo、纵向均匀度UL以及玄光限制阀增量TI等作为机动车道路照明的主要评价指标。《照明设计手册》2版中照度测量重心法沿道路纵向11等分2盏路灯间距，横向单条车道3等分，测量照度并根据测量点照度值计算路面平均照度：
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（1）
某市政道路段为城市主干路，双向6车道，横断面人行道/分机动车道6.5m-绿化带1.75m-机动车道23.5m-绿化带1.75m-人行道/非机动车道6.5m。路灯两侧对称排列，12m/7m高低杠钢杆等，臂长2m/0.5m，灯柱间距32m，位于绿化带内，机动车道侧光源2x140W LED灯，人行道/非机动车道侧光源80W LED灯。依据式（1）进行仿真分析冰河实测数据进行对比，认为LED等满足城市道路照明标准的要求，在功率密度方面还有一定的优势。
（二）技术优缺点
1、优点
（1）光漫射少/光质量高
LED灯的定向辐射特性更好，单颗LED芯片独立二次光学设计能够提高灯具光效到88%，大部分光线都投射向道路，显著提高了光资源的利用率，节能性能更好。LED光源无闪烁，不会产生紫外线，发热量小，不会产生碳排放，在室内和长时间照明场所已经得到了广泛应用，对人眼的损伤更小。
（2）电能损耗和电网污染小
LED路灯功率因数一般在95%以上，灯具无需配备镇流器，也不会像传统路灯产生高次谐波污染电网，提高了电能质量，也有效降低了能耗。
（3）绿色环保/实用寿命长
LED灯为单颗IW以上单导体芯片的组合，能够根据设计标准灵活调整整灯功率，不会出现灯具功率不匹配的情况，且LED灯理论寿命超过5万h，实际使用平均寿命也超过3万h，理论亮灯时间单日11h，也能够使用6-7年，而高压钠灯实际寿命不超过两年。
2、不足
（1）斑马线和眩光
LED灯多为截光型，照明均匀度不高，有比较严重的斑马线现象，且LED等色温偏高，会产生明显的眩光，穿雾能力不如高压钠灯。
（2）散热
散热是限制大功率LED路灯大规模应用的主要技术障碍，LED灯芯片效率和温度成反比，工作温度上升10℃，会产生5%-8%的光衰，同时导致使用寿命缩短。
（3）标准化程度差
LED路灯为新型路灯，国家没有给出正式的标准，市场上LED路灯质量良莠不齐，难以保证使用寿命和照明质量，不能满足市政道路照明需求。
二、LED路灯在市政道路照明中的应用
以该市政道路段的市政道路照明系统改造工程为例，对LED路灯在市政道路照明中的应用进行了讨论。
（一）方案比选
该公路路灯灯杆安装在绿化带内，原使用250W高压钠灯，后在某桥路段使用了LED灯，为了保持路灯风格统一并提高照明质量，节约电能，决定进行整条路段的照明系统改造，并对LED灯和高压钠灯两种照明方案进行了比选。
（1）发光效率/使用寿命
美国和日本产LED光源75lm/每W，国产LED灯100lm/W，高压钠灯发光效率100lm/W，其中400W高压钠灯发光效率达到120lm/W，国产LED与高压钠灯在发光效率方面基本持平。使用平均寿命衡量灯具的使用寿命，平均寿命是同一批光源点燃到总数量50%损坏的小时数。LED光源平均使用寿命在50000h以上，而实际使用过程中，受到环境温度、气候条件、制造工艺、灯具设计、配套线路以及散热防水防尘等因素的影响，实际平均寿命会出现明显下降，因此50000h是理论寿命。高压钠灯制造工艺成熟，施工、使用维护工作均有着比较丰富的经验积累，配套设备完善质量可靠，平均寿命24000h，配套节能型电感镇流器使用寿命超过50000h，钠灯光源寿终，镇流器仍然可以继续使用。总体来说，LED灯使用寿命更长。
（2）灯具利用系数
灯具利用系数是指光源光通量经发光器二次分配后的利用效率，《城市道路照明设计标准》要求市政道路照明灯具利用系数要在70%以上。LED灯单灯功率不超过1W，光源光束入射角小，光源有很强的方向性，一个LED灯具内可能有几百上千个LED单灯，所以存在着LED单灯序列组合和匹配的问题。市场常见LED灯具多将单灯简单平铺在反光器上，形成一个角度增加照射面，或者几个大功率LED一组，利用凸透镜扩大照射角，但是总体上灯具利用效率都不高。高压钠灯为线性或柱型光源，形成空间内的全方位辐射，灯具反光器折射光的二次分配效果更好，灯具利用系数比LED灯高。
（3）配光曲线
因为道路纵向灯之间的距离很远，一般在40m左右，所以灯具的光照射至少在20m以上，要具有蝙蝠翼形的配光性能，两灯之间应该形成光交叉，避免出现暗区。LED灯光源方向性强，发光源小二数量多，不能形成理想的蝙蝠翼形配光，最大光强照射角度只有15°左右，光线在路灯下端面过分集中，灯之间暗区覆盖性差。高压钠灯发光源方向性限制小，光二次分配可以形成良好的蝙蝠翼，最大光强照射角度超过60°，灯间的暗区覆盖效果更好。
（二）应用方案
（1）灯柱间距和高度调整
模拟仿真分析结果显示，因为LED灯配光曲线不良，夜间公路会出现明显的斑马线暗区，行车安全性难以保障，认为间距过大和高度不足是主要原因，因此可以适当缩短路灯间距，调整为33m，高度增加到10m，能够有效消除暗区。
（2）供电方式改变
该市政路段原有的高压钠灯采用高压用电方式，而先期路桥段因为不能埋设变压器，选择了LED灯低压供电方案，整段路可以在此基础上，改用低压供电，设置170-250V低压电缆，提高路灯使用安全性，同时也节省了高压变压器埋设的工程量。
（3）供电方案优化
低电压供电方案提高了照明系统的安全性、稳定性和经济性，因为LED灯工作电流小，供电电压范围大，因此单台变压器供电半径更大，电压器总数量减小，有效节省了初期投资规模。
（三）经济性与社会性能比较
LED路灯优势在于基础投资小，电能消耗小，无碳排放，运行成本低，使用寿命长。该市政路段总长10km，使用180WLED灯代替250W高压钠灯，满足《城市道路照明设计标准》对照明质量要求的情况下，电价拟0.8元/kW·h，平均亮灯时间11h/d，一年365天，LED路灯节约电费19.85万元，路灯成本回收期5.8年，节省标准煤34.6t。
三、结语
LED灯具在市政道路照明中有着很高的应用潜力，在节能减排、照明稳定性和使用寿命方面都有着明显的优势，随着LED照明灯具制造工艺水平的提升，相信在将来的道路照明中的应用将更加广泛。
参考文献：
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[4]周鑫.LED路灯在市政道路照明中的应用[J].建材与装饰，2016（04）.
论文作者:张华涛
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/19
标签：路灯论文; 钠灯论文; 光源论文; 灯具论文; 高压论文; 市政道路论文; 使用寿命论文; 《基层建设》2016年13期论文;