LED道路照明推广应关注的问题

       LED作为绿色照明的一种，早已在多年前“十城万盏”的应用中成为了道路照明的主要节能方式。随着LED照明产品的广泛应用，LED市场变得庞大而复杂，产品良莠不齐，在很多地方不但LED优良的节能特性没有得到完好的体现，甚至让人们对LED照明产品产生了误解，以致于给LED照明产品在道路照明的推广应用中带来了诸多障碍。

       LED道路照明推广应关注哪些问题?本文将从关于LED道路照明技术问题的看法;基于试验分析得出的几点建议;长三角在LED公共照明方面应有的作为等几方面进行论述，并结合国外道路照明实际案例，剖析LED照明产品在道路照明应用中应注意的问题，希望能够给业主、LED企业、设计及施工单位更多启迪。

一、关于LED道路照明技术问题的几点看法

1.照度均匀度与亮度均匀度谁为主?

       当前，虽然CJJ45的新版标准已明确规定了道路照明应以亮度及亮度均匀度为主，但在国内较多地方仍存在只关注照度和照度均匀度，而并未注意到高速机动车道路更应强调对路面(墙面)的亮度及亮度均匀度的要求。图1和图2的斑马线都是亮度均匀度不够造成的，且图1的隧道还有较明显的因车速而引起的频闪，国内还有很多地方在隧道照明采用圆形或近乎正方形的LED灯具，并未将LED的形状和配光与现场适用性相结合，这在很大程度上抹煞了LED照明的优势。

       图1 隧道照明路面有明显的斑马线

       图2 隧道照明墙面有明显的斑马线

2.亮度均匀度(纵向)达到多少能消除斑马线?

       对高压钠灯来讲，其自身发光角度在300度以上，发出的光只有约40%直接射向地面，而约60%的光则通过反射器的漫反射再射向路面，这样虽然造成其光的利用率低，但却使它发出的空间光强分布呈现缓慢地变化，亮度均匀度只需大于0.6就无明显斑马线了。而LED模组由于其发光角度基本都小于180度，并且大都不依靠反射器进行配光，所以光的利用率高，但却使它发出的光强空间分布呈现较快速地变化，亮度均匀度(实测值)只有接近0.8才没有明显的斑马线(比标准0.7要高)。由此可见，精准的配光使光度利用率大幅提高的同时，却增加了灯具的配光设计难度。

3.克服眩光带来的危害

       眩光是造成人眼感到不舒适的光线(如图3)。由于LED道路灯具亮度均匀度只有接近0.8才没有明显的斑马线，因此，要求它的距高比一定要大，由此才能利用交叉光来实现较高的亮度均匀度。但因这样的灯具配光张角一般达150度，控制不好会有明显的眩光，因此，必须做到LED道路灯具光源的表面亮度不能太高，并且截光角也要做得准确，才能取得好的效果(一般在75～80度，理论计算为76度)。

       图3眩光不仅造成人眼不适且大大降低了夜间驾车的安全系数

       以上海内环线改造前后为例，高压钠灯照明光晕及杂散光对周围居民房屋影响很大，而LED灯照明几乎对周围居民房屋无影响，截光好不仅光污染小，而且光度利用率高。由此也表明，LED灯具对周围环境与驾驶员光污染更小。

4.显色指数在道路照明中的重要性

       显色指数是衡量物体在人造光源的照射下，能否真实反映出它在自然光照下的颜色的能

       力(用Ra表示)，较高的显色指数可明显提高对障碍物的分辨率。以上海申大路试点工程为例，其LED路灯显色指数基本在70左右，而与之十字交叉的道路采用的高压钠灯灯具的显色指数在25以下，站在该十字路口可以非常明显地观察到，LED路灯照明的路边绿化清晰度明显优于高压钠灯照明的情况。

       高压钠灯因其光效比高压汞灯和白炽灯都高所以曾一度被大量采用，不过由于其显色指数低，会导致道路照明近乎黄色光，而造成司机夜间驾车时不适。根据人们所适应的自然规律，夜晚驾车的司机需要保持高度的警觉性，因此对道路照明的要求更高，而适当高的色温(如4000K～5000K)会让夜晚驾车的司机抑制褪黑色素的分泌，不容易产生昏昏欲睡的感觉，这恰恰是夜晚驾车人所必需保持的，而且LED照明采用较高的色温可明显提高灯具效能。这里必须引起注意的是，LED室内照明的一般要求不能硬搬到LED道路照明应用中。

5.光谱成分决定了LED照明灯具的透雾性

       很多人认为，灯的光色决定了光的透雾性，实际上这是一个误区。经分析，即使是相同的光色，光谱可能相差也很多(同色异谱)，因此，实际上决定光透雾性的应该是光谱成分，如果光线中波长相对长的光比例较多，其透雾性必然会好。目前，道路照明的LED基本都是蓝光激发黄色荧光粉，所以其光谱成分中的黄橙光比例基本与高压钠灯类同，而红色光比例是高压钠灯略高，但是由于显色指数的原因，两者的在雾天实际使用效果相差并不明显(如图4、图5)。

       图4 LED灯色温：5000K，显色指数：79.2，红色比：18.0%;绿色比：78.5%;蓝色比：3.5%

       图5 高压钠灯色温：1981K，显色指数：23红色比：25.8%;绿色比：27.6%;蓝色比：1.4%

       从雾天路面的可视距离来看，虽然可视距离差别不明显，但LED灯显色指数高的特点明显使路上和路边物体的辨别清晰度提高。而从路面的感觉距离来看，钠灯虽然感觉景深较大，但是远处的路面已经看不清(如图6)。钠灯的光线溢出(85度以上，10米灯杆，在114.3米以上)使得钠灯光源在很远均可见，让人感觉前方有路，有诱导性，而LED灯由于截光良好，85度以上光线少，使得远处看不见或者很难看见LED光源。

       由于钠灯的光不能像LED那样截光，造成远处的钠灯如同机场跑道灯有道路诱导性，虽然远处的道路看不见，但是给人心里前方有道路，而LED灯由于截光精准，远处的光源的光强已经非常弱，加上雾气，会看不见，所以远处的LED灯看不见，造成人心里对前方道路的不可知而造成透雾性差的错觉。经过多地点的实践，该两种灯的透雾性及对地面物体的识别无明显区别。

       图6 雾天路面

6.基于试验分析得出的几点建议

       在标准规范方面，建议长三角地区路灯行业主管部门以《CJJ45-2006城市道路照明设计标准》;《LED道路照明应用技术规范》;《CSA016联盟标准》;GB7000.203;《GB/T24827-2009道路与街路照明灯具性能要求》等为基础，针对地方特点制定合适的地方管理标准或规定，含接口指标、合适的寿命、性能、照明效果、节能等指标：首先，照明设计指标，应适当拔高亮度纵向均匀度指标、匹配合适的横向与纵向距高比的不舒适眩光控制指标与均匀度指标;其次，产品安全指标要严格遵守GB7000.203，明确提出包括接插件在内的灯具IP要求，线缆与PC透镜等材料老化、灯具颜色指标的要求、浪涌保护器的要求，各地不同环境下对灯具材料要求等;第三，要尽快实现模块机械、电气、光度接口、电源机械与电气、控制系统控制及通讯协议上的标准化。

       在产品研发方面，希望结合以下LED道路照明产品中的不成功案例，为生产研发企业带来一些启迪或思考。案例一：将已有钠灯灯具外壳直接开孔加转接件进行改造，而并未对被改造灯具加以结构密封、机械强度、散热可靠性方面的系统考虑。案例二：利用带散热体的模组，做一个简单的拉伸型材将其固定，无上盖或上盖，采用很薄的开孔板，对于落尘积累雨水的作用很难自清洁，散热的持续可靠性得不到保证，整个结构刚度不连续。案例三：灯具采用未经紫外线防护验证的PC透镜、塑料件等。案例四：外购模组且模组厂家对于LED路灯应用场合不清楚，造成LED模组使用时散热、电参数匹配和配光均不匹配。

       在检测方面，要求所有LED产品都应经过全面的检测考核，原因在于LED室外照明是一

       项新兴的事物，其材料、部件不断优化，其设计、制造和标准也都在快速改进，所以很多以往的经验已经不能完全适用，若不进行科学的全面的检测，往往会出很多意想不到的新问题。例如，在上海申大路试挂的路灯时，由于快速接插件的防水等级低造成漏水，并且又在驱动装置后的直流电作用下产生电解反应，于是很快就会使其中一个电极腐蚀，此类案列还有很多。因此，专业全面的检测是LED室外照明是否成功的不可或缺的重要内容。

二、长三角在LED公共照明方面应有的作为

       长三角作为国内照明技术领先的地区理应海纳百川，绝对不能采用某些地方闭关锁国的“标杆”政策，更不能崇洋媚外，要尊重科学、尊重实际。正是在这种指导思想下，该地区最早在隧道里大规模应用了LED照明方案，并通过前期使用及改进，其节能、使用寿命长的优势大大显现，而且早期失效和维修量也大大减少，由此也得到各方认可。

       就已进行认真试验及论证取得的成果而言，必须在照明改造中认真贯彻，不允许任何的因私舞弊。从这一方面看，建议长三角的公共照明管理机构一定要对产品和技术方案进行专家评审，主管机构和使用方的审批及监督。若做不到科学、公平、公正，则无法体现长三角公共照明的科学性、领先性、公正性。有好的经验、结论及成果不用，与国内一些地方那样的乱搞，只能损害LED照明的形象，势必会严重阻碍高效且智能化LED照明的发展。

       综上所述，LED产品应用在道路照明中已经成熟，以美国洛杉矶为例，可以明显看到，该市在更换为LED街灯后，道路照明情况在节电、减少碳排放以及可远程监控、调光、改善可见度和均匀度等方面得以大大提高和改善(如图7)。根据相关统计数据显示，洛杉矶市已实现实际平均节电62.9%(器具节能加调控节能);减少CO2排放40500吨/年，且运行两年后，在灯具光衰、失效率、照度、亮度、均匀度、色温、功耗、功率因数、谐波畸变、控制能力、电连接、灯具安装维护等方面均具有明显优势。而且值得一提的是，据洛杉矶警方统计显示，采用LED街灯后，犯罪率下降10.5%。因此，可以说，我们应该严谨并加快行动了，加快LED道路照明发展已成为大势所趋。

       图7 洛杉矶胡佛大街更换LED路灯前后对比图

       项目改造前后对比图

       前 后

       胡佛大街30---32号

——选自第四期《半导体照明》杂志