大功率LED路燈在城市道路照明中的節(jié)能應(yīng)用研究

李棋榮

華東建筑設(shè)計研究院有限公司市政工程設(shè)計院，上海 200041

摘 要：本文結(jié)合工程實例，通過照明設(shè)計軟件模擬計算，研究大功率LED路燈在城市次干路、主干路替換傳統(tǒng)高壓鈉燈的可行性，基于對LED路燈不同色溫的選擇歸納出相應(yīng)的節(jié)能匯總表，進而得出其應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：LED路燈；色溫；節(jié)能應(yīng)用；道路照明

在當今全球能源緊缺的環(huán)境下，節(jié)約能源已成為大勢所趨，同時國家也大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，LED正以其節(jié)能、長壽命、環(huán)保無污染等各種優(yōu)點穩(wěn)健發(fā)展。在此背景下，LED路燈近年來在城市道路照明中逐步推廣應(yīng)用，目前小功率LED路燈（100W以下）在車流量較小的支路和人行道上應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，在城市次干路、主干路一般還是采用傳統(tǒng)高壓鈉燈，現(xiàn)在我們利用德國DIAL公司開發(fā)的DI-ALux4.12照明設(shè)計軟件進行模擬計算，通過軟件計算評估采用大功率LED燈（150W、250W）替換高壓鈉燈在城市次干路、主干路道路照明設(shè)計的可行性及合理性。

1 大功率LED路燈在城市次干路的節(jié)能應(yīng)用研究

本次研究依據(jù) CJJ45- 2015《城市道路照明設(shè)計標準》中對機動車道和人行道照明的各項參數(shù)要求；高壓鈉燈色溫一般在2000K左右，光效一般在100～140流明/瓦，本次研究取中間值120流明/瓦計算；目前市場上LED光源根據(jù)色溫一般分6 500K/4 000K/3 000K三檔，三檔的光效一般可以達到110/100/90流明/瓦，本次研究分別取值這三檔色溫，對其節(jié)能性進行比較。

下面我們先以一條城市次干道為例，進行照明設(shè)計模擬計算。

該城市次干道路標準橫斷面如下：紅線寬32m，中分帶2m，兩側(cè)車行道各12m、人行道各3m。本次計算按次干路照明標準，平均亮度按1.00 Lav（cd/m2）取值，平均照度維持值按15Eav（lx）取值。

表1

機動車道 Lav（cd/m2） Uo UL Eav（lx） UE TI [%] SR計算實際值 1.05 0.72 0.83 21 0.52 7 0.77規(guī)范要求值 ≥1.00 ≥0.40 ≥0.50 ≥20 ≥0.40 ≤10 ≥0.50

采用250W高壓鈉燈（光效120流明/瓦）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求，燈桿間距約40m，燈桿高度12m。

經(jīng)LPD校驗，機動車道LPD值≈0.59（W/m2）＜0.6滿足限值要求。

采用150W LED燈（色溫6500K，光效110流明/瓦）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求，燈桿間距約33m，燈桿高度10m。軟件模擬結(jié)果如表1所示。

經(jīng)LPD校驗，機動車道LPD值≈0.41（W/m2）＜0.6滿足限值要求。

LED燈節(jié)能率=（0.59-0.41）/0.59≈30.5%

采用150W LED燈（色溫4 000K，光效100流明/瓦）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求，燈桿間距約30m，燈桿高度10m。（軟件模擬結(jié)果本文不再贅述）

經(jīng)LPD校驗，機動車道LPD值≈0.46（W/m2）＜0.6滿限值要求。

LED燈節(jié)能率=（0.59-0.46）/0.59≈22%

采用150W LED燈（色溫3 000K，光效90流明/瓦）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求，燈桿間距約27m，燈桿高度10m。

經(jīng)LPD校驗，機動車道LPD值≈0.51（W/m2）＜0.6滿足限值要求。

LED燈節(jié)能率=（0.59-0.51）/0.59≈13.6%

表2 次干路LED替換高壓鈉燈節(jié)能匯總表

使用光源 高壓鈉燈 LED光源光效（流明/瓦） 120 110 100 90功率（W） 250 150W色溫（K） 2 000 6 500 4 000 3 000節(jié)能率（%） / 30.5 22 13.6

2 大功率LED路燈在城市主干路的節(jié)能應(yīng)用研究

下面我們以一條城市主干道為例，進行照明設(shè)計模擬計算。

該城市主干道路標準橫斷面如下：紅線寬36m，中分帶2m，兩側(cè)機動車道各11m、分隔帶各1.5m、非機動車道各2.5m、人行道各2m。本次計算按主干路照明標準，平均亮度按2.00 Lav（cd/m2）取值，平均照度維持值按30 Eav（lx）取值。

采用400W高壓鈉燈（光效120流明/瓦）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求，燈桿間距約35m，燈桿高度12m。經(jīng)LPD校驗，機動車道LPD值≈0.97（W/m2）＜1.00，滿足對應(yīng)照度值為30lx的主干路LPD限值要求。

采用250W LED燈（色溫6 500/4 000/3 000K）雙側(cè)對稱布燈，通過軟件模擬各項滿足規(guī)范要求并得出以下結(jié)論：燈桿間距約30/28/25m，燈桿高度10m。機動車道LPD值≈0.76/0.82/0.92（W/m2）。LED燈節(jié)能率≈21.6%/15.5%/5.2%。

表3 主干路LED替換高壓鈉燈節(jié)能匯總表

使用光源 高壓鈉燈 LED光源光效（流明/瓦） 120 110 100 90功率（W） 400 250色溫（K） 2 000 6 500 4 000 3 000節(jié)能率（%） / 21.6 15.5 5.2

3 結(jié)論

通過計算，在本文所示次干路和主干路分別用150W和250W的大功率LED路燈替換250W和400W的高壓鈉燈，在三檔色溫檔位，LED燈節(jié)能率各有不同，6 500K色溫白光，節(jié)能率最高，4 000K色溫暖白光節(jié)能率居中，3 000K色溫暖黃光節(jié)能率最低。根據(jù)弗吉尼亞技術(shù)學院的駕駛員應(yīng)激反應(yīng)時間測試，5 000K色溫下，駕駛?cè)藛T采取動作的時間最短，故本次不推薦采用6 500K色溫LED路燈。再結(jié)合本次模擬計算得出的節(jié)能匯總表，綜合光效和節(jié)能的因素，推薦采用4 000K色溫的LED替換高壓鈉燈。節(jié)能率在次干路可以達到22%，在主干路可以達到15.5%?？紤]到次干路的LED燈節(jié)能率更高，適宜先期推廣。

隨著大功率LED光效的不斷提高和LED技術(shù)日新月異的發(fā)展，將根本解決半導(dǎo)體照明光源高價格的成本瓶頸，道路照明采用大功率LED路燈將成為未來的發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]北京照明學會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊[M].2版.北京：中國電力出版社，2006.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GJJ45-2015 城市道路照明設(shè)計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

中圖分類號：TM92

文獻標識碼： A

文章編號： 2095-6363（2017）01-0073-01

作者簡介：李棋榮，華東建筑設(shè)計研究院有限公司市政工程設(shè)計院。