LED 道路照明灯具光度数据的现状分析(续篇)LED技术论文

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1、LED 道路照明灯具光度数据的现状分析(续篇)LED技术论文 本文对2022 年下半年的100 个LED 路灯的光性能质量进行持续性的统计分析，是2022 年度中期“LED道路照明灯具光度数据的现状分析的续篇。这些数据是评价LED 路灯光度性能质量现状和开展的根底。 希望能用开展的角度去看待LED 路灯的现有水平，为提高和改进我国的LED 路灯的质量提供一些相关信息，为各级道路设施管理部门的规划提供客观的参考数据。统计工作的总结已说明，对LED 路灯进行持续性的数据总结是非常必要的。从出现LED 路灯到目前为止仅3 年时间，虽然LED 路灯在各方面的进步非常快，但比较已使用半个世纪的高压钠灯和

2、金属卤化物灯来说，LED 路灯应该经受更长时间的考验，不断改善质量，才能逐渐被照明行业认可。本文的数据归类统计的方法仍使用美国能源部DOE出版的SSL 灯具符合能源之星的合格判据。本文的分析涉及 LED 路灯的光度学性能，包括灯具的光输出、沿道路的纵向光分布、沿道路的横向光分布、C-90和C-270的配光对称性、光束均匀度和截光水平，同时还分析了灯具的能效。本文未涉及LED 路灯的色度性能和光输出维持率。本文的数据来自我们在 2022 年至2022 年年底所测得的200 个功率在50W-200W 左右、机动车道用、杆高8m 及以上的悬臂式LED 道路照明路灯具的光度学数据，这些LED 路灯所涉

3、及的功率分布见图1。图1 将LED 路灯的功率由高至低分成四档，其中除了100W150W 的灯具比例在提高，其它三档都在持续降低，到目前为止，这个功率范围的路灯已占有最高比例。本次统计增加了来自深圳、辽宁和芬兰的路灯，这些样本数据对于反映 LED 路灯的情况具有代表性，样本产地覆盖的地区及数量分布见图2。一、被测灯具的光输出光输出也称光通量，研究 LED 的光通量是为了分析目前LED 灯具光输出能力，并根据道路照明国家标准规定的照明标准值，对相关LED 路灯光输出值所适用的道路条件进行预测。1检测数据的说明城市中的机动车道路分为快速路或主干路、次干路和支干路。路灯的光通量是保证路面到达道路照明

4、标准要求的照度水平的根本条件。根据国家标准对各类道路照明水平的要求，我们将LED 路灯的光输出单位lm分为2300、23004000、4000-5000、5000-7500、7500-9000、9000-10500、10500-12000、12000-13500、13500-15000 和1500010 个区段，检测结果给出的落在各个区段的LED 路灯的数量及其统计见表1 和图3，要说明的是光通量最小值2300lm 也参考了DOE 给出的LED 路灯光通量的最小值。-最小值2300lm：支路是次干路与居住区道路之间的连接道路.满足双车道支路的照明水平，灯具的初始光通量应到达2300lm。-23

5、00-4000lm：次干路是城市中与主干路结合组成路网、起集散交通作用的道路，其照度要求到达10lx。满足次干路二车道至三车道的照明水平，灯具的初始光通量应到达2300-4000lm。-4000-5000lm：满足次干路四车道的照明水平，灯具的初始光通量应到达4000-5000lm。-5000-7500lm：主干路是连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式。机动车在主干路上的行驶速度比次干路快，照明水平比次干路高，其照度要求到达20lx。满足主干路二车道的照明水平，灯具的初始光通量应到达50007500lm。-7500-9000lm：满足主干路三车道的照明水平，灯具的初始光通量应

6、到达50007500lm。-9000lm：到达主干路四车道的照明水平，灯具的初始光通量应到达9000lm 以上。以照度到达30lx计，路灯单侧布置时，灯间距为12m30D23.5+23.5+15D5+5=90000.8，以双侧对称布置时，灯间距为24m。以此类推，大于10500lm 的光通水平到达五车道的照明需求，大于12000lm 的光通水平到达六车道的照明需求。根据 2022 年下半年的数据统计的需要，又增加四个光通量水平的统计类别，它们是：10500-12000lm、12000-13500lm、13500-15000 lm、15000 lm。在这增加的光通量范围内，灯具占有的比例总共到达

7、13%，这些LED 路灯的光通量水平已能到达六车道甚至八车道的需求。从 2022 年至2022 年总的趋势来看，小于5000lm 的路灯比例在不断减少，从2022 年占有80%，2022年占46.3%，2022 年上半年22.4%，至2022 年下半年下降至16%，下降速率约50%。5000-7500lm 是满足主干路两车道照明需求的最低光通量，目前处于这个光通量区域的灯具比例在不断提高，到达最高比例34%。二、被测灯具的光分布情况按 IES 对灯具光度分布的分类方法，路灯的纵向光分布可按短投射配光、中投射配光或长投射配光分类，沿道路的横向配光的分类的方法是以50%最大光强的曲线覆盖区域的位置

8、进行的，沿道路横跨线，将道路外表分割成四个纵向宽度，即I 类、II 类、III 类和IV 类。图4 是各种光分布灯具用于车行道的示意图，图5 是一个类-中投射灯具的在半空间和道路上的等光强图例。LED 路灯的光分布应按照IESNA 的分类方法。1.被测灯具纵向光分布的情况图 6 和表2 是被测灯具纵向配光情况的统计。延续了 2022 年至2022 年上半年的趋势，2022 年下半年短投射的比例又有所提高，近投射的比例再次出现降低。但总的来说，近投射的路灯仍超过一半，它们不适于用作道路照明。数据反映中投射路灯的数量太低，检测样本中暂无长投射路灯。2.被测灯具沿道路的横向光分布的情况图 7 和表3

9、 是横向配光的情况。1车道数与横向配光道路照明灯具的横向配光决定了灯具适用的车道数。-光束照亮I 类纵向宽度，路灯可以用于2 车道；-道路灯的光束照亮II 类纵向宽度，路灯可以用于4 车道；-道路灯的光束照亮III 类纵向宽度，路灯可以用于6 车道；-宽过III 类宽度的是第IV 类，路灯可用于超过6 车道。应按车道的数量配用适宜的横向配光类型的路灯，如某一 II 类横向配光的路灯的正确应用是4 车道，那么如果错误的用于2 车道，就会有较大比例的光通量照射到道路以外的区域，光通量的利用率降低，LPD值会受到影响。2目前LED 路灯的横向配光情况2022 年下半年较2022 年上半年，窄配光的比

10、例再次降低，比例值减少4%，II 型配光的比例提高4.8%。令人欣喜的是出现了到达III 型配光水平的路灯。但是，窄配光的路灯仍然占有半数以上，这些路灯的照明质量难以满足要求。3C-90和C-270的配光对称性道路的纵向延伸特性，以及路边区域和屋边区域的不同照明需求，使得路灯应具有特殊的配光形式。满足道路被照亮的同时、道路边界线旁的屋边也适当照亮的要求，表达在道路照明标准中的SR 值。路边需要的光通量多，而屋边需要的少，所以路灯在满足上述光度特性以外，还应合理分配路边和屋边的光通量，即C-90和C-270的光通量。测量得到的灯具配光图中C-90和C-270平面的配光曲线不能简单得处理成对称形式

11、，否那么，将造成灯具光通量分配不合理、利用系数不高，从而降低灯具的照明效率。至 2022 年下半年，非对称的配光比例与上半年比较有提高，保持着持续上升的势头，如图8 所示。2022年下半年非对称占有43.4，且最大光强全部投向路边，但对称型配光仍然超过一半。对称型配光适用于悬吊在道路中间的路灯，而且需要相应的安装结构，对于灯杆式路灯来说，这种配光是不合理的，造成光通量的浪费，如果通过提高仰角来改善路边、屋边的光通比，也会因此增加眩光的程度。三、光束均匀度1.最大光强的 角最大光强的 角位置与道路照明的均匀度有关，包括照度均匀度和亮度均匀度。DOE 给出的标杆是最大光强处于55o-65o区域内。

12、与路面照度相比，路面亮度均匀度能对驾驶员观察结果产生更客观的影响。路面亮度与观察角度有关，还与路面材料有关，当最大光强在垂直面内的投射角度到达65o-75o时，路面的亮度均匀度可到达比较高的水平。图 9 和表4 是测得的道路灯具最大光强所在 角位置的数据。数据分析见表 4说明，国内的LED 路灯最大光强所在的 角偏小，到达等照度配光要求，最大光强所在的 角位于55o-75o的数量只占23.5%。特别是在2022 年以前，LED 路灯中绝大多数的最大光强投射角度都比较小。几年的数据说明到达55o-65o的比例在逐步上升，2022 年和2022 年只占10.04.9%。2022 年上半年那么快速提

13、高到了22.4%，2022 年下半年，最大光强 角的数据又有提高，55o-65o、65o-75o水平的路灯两者比例之和由2022 年上半年的26.5%提高至31%。最大光强 角较低的路灯比例由2022年上半年的73.5%降低至69%，仍占有较大比例。但就从这一类 角较低的路灯里去分析，也能看到数据是在进步的。比方，其中45o-55o路灯的比例增加了6.6%，而0o-45o的比例是在降低的。2. 灯下点附近25o范围内的光强和最大光强的比值0-25 I / max I图 10 和表5 是0-25 I / max I 测试结果的统计数据。I / max I 和最大光强的 角是评价照明均匀度的两个方

14、面。虽然最大光强的 角55o-65o、65o-75o的路灯比例不断的提高见图10，但2022 年下半年的数据显示0-25 I / max I 的值位于之间的比例升至87%， 0-25 I / max I 的水平在降低， 0-25 I / max I 为0.5-1 路灯的配光里有许多光通量集中在了025的灯下区域内，光强变化不够大，将降低照度均匀度和亮度均匀度。由于光强的变化不够大，此类配光形式会导致下述情况：-每个路灯的照射面积较小；-灯下点较亮，灯下点周围较暗。-为得到均匀的照明效果，将导致LPD 值的升高。四、截光水平1.截光水平的相关概念眩光来源于路灯直接射入眼睛的光线。为了改善眩光对视

15、觉的不良影响，要求道路照明灯具具有截光控制施。从驾驶员的观察位置和观察方向分析，路灯垂直面上80-90的光输出会直接射入眼睛造成眩光，所以应将这个区域的光通量限制在10%以内。2.80-90的环带光通统计样本的检测数据说明，LED 路灯垂直面上80-90的光通量80-90 的比例根本低于总光通 的10，如图11 和表6 所示。2022 年下半年，LED 路灯的80-90 10的比例有增大的现象，主要原因是最大光强投射角度提高的同时增大了80-90 。3.80-90的光强造成灯具眩光的另一个重要因素是垂直面上 80-90的光强太大。DOE 给出的标杆是80-90的光强80-90 I 不超过最大光

16、强max I 的5%。检测统计数据说明，到2022 年下半年53%的LED 路灯满足80-90 I / max I 5%，几年来第一次超过80-90 I / max I 5%的比例。图12 是80-90光强测试结果的统计数据，如图12 和表7 所示。五、灯具能效1.灯具能效的概念灯具能效EOL是指在灯具的声称使用条件下，灯具发出的总光通量与其所消耗的电功率之比。假设传统150W 及以下高压钠灯灯具的照明利用系数为0.7、灯具效率为0.7 时，灯具能效约为50 lm/W，DOE提出LED 路灯的EOL 应不小于50lm/W，它是LED 路灯能与传统光源路灯比较的门槛。2.检测数据分析a.LED

17、灯具的能效水平正在提高从 2022 年至2022 年下半年，低光效的路灯比例在不断地下降，到目前为止，EOL六、总结在 2022 年下半年的100 个LED 路灯中，有一个LED 路灯满足了上述路灯的所有要求。此路灯的功率是84.1W，光通量到达5500lm，配光类型属于短投射、I 类，光效到达65.5lm/W，配光图见图14。在之前统计的 100 个LED 路灯中，到达上述光度性能指标的LED 路灯有两个。比起上一次统计结果，2022 年下半年的合格数没有提高，反而是降低的。2022 年下半年，虽然大多数路灯的质量参数在不断提高，却很少有路灯能符合所有的路灯配光要求。有许多有潜力的灯具都只有

18、一项未符合要求。从下半年的数据分析，有三种情况造成某项参数的不符合：其一，在垂直角度 0-25的区域内光通量比较高， 0-25 I / max I 的值到达0.5-1.0 的比例占有87%。有一些路灯的最大光强 角、截光水平、光效和纵向、横向配光类型都符合要求，却忽略灯下点附近光通量的控制。其二，最大光强 角在不断提高的同时，给80-90区域内的光强控制增加了难度。一些不合格路灯的情况是靠近80位置的光强值超出了截光水平。其三，C-90路边和C-270屋边对称的配光占有较大的比例。有不少路灯的纵向、横向配光类型可以到达要求，最大光强 角和照明均匀度的指标也都能到达要求。却将配光简单地设计成C-90和C-270对称形式，没有考虑路灯的特殊照明要求。总之，在 2022 年至2022 年检测的200 个LED 路灯中，共有3 个LED 路灯能够满足上述的全部要求，合格率仅为1.5%。所测的LED 路灯质量离DOE 的标杆要求相差甚远，有待大大地提高。参考文献LED 道路照明灯具光度数据的现状分析，天天励志正能量