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摘要:LED即为发光二极管,LED景观照明已普遍应用,但大功率LED用于道路与隧道照明是目前LED产业研究的热点。由于国内LED生产厂家多,良莠不齐,目前尚未有检测办法,影响了该产业的发展。为此,本文针对LED在道路照明中存在的一些问题进行了简要的分析,并结合现在很多城市的实际应用情况,对于LED在市政道路上应用存在的优势进行了探讨。
关键词:LED路灯照明 问题优势
0 引言
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,越来越多的被各类照明工程所采用。LED不但在装饰性照明领域,在功能性照明领域也已占有一席之地。如信号灯、汽车尾灯、防水防爆型电筒,包括一部分室内照明及道路照明。LED作为一种固体照明光源,以其长寿命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能,可在安全低电压下工作,也可连续开关闪断,能轻松实现0~100%调光功能等诸多优势,成为新一代光源的发展趋势。
1 LED光源的基本特征
1.1 发光效率高 LED经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦,荧光灯50～70流明/瓦,钠灯90～140流明/瓦,大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明/瓦,而且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可直接发出有色可见光。目前,世界各国均加紧提高LED光效方面的研究,在不远的将来其发光效率将有更大的提高。
1.2 耗电量少 LED单管功率0.03～0.06瓦,采用直流驱动,单管驱动电压1.5～3.5伏,电流15～18毫安,反应速度快,可在高频操作。同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯泡的八分之一,荧光灯管的二分之一、日本估计,如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例,同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有8瓦,而且可以七彩变化。
1.3 使用寿命长 采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和震动,不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5～10年,可以大大降低灯具的维护费用,避免经常换灯之苦。
1.4 安全可靠性强 发热量低,无热辐射,冷光源,可以安全抵摸:能精确控制光型及发光角度,光色柔和,无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度,调整发光方式,实现光与艺术结合。
1.5 有利于环保 LED为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,易开发成轻便薄短小型照明产品,也便于安装和维护。
当然,节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因,也许LED光源要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获得4～9年中每年几倍的节能净收益期。
2 LED在市政道路照明应用存在的问题
2.1 新兴行业、无专业规范、无设备检测:LED光源在景观灯上已经有了广泛的应用,而在市政道路应用是一个新兴事物,LED代替以往的高压钠灯,无规范可依,现在LED道路照明设计标准参照国家规定的城市道路照明设计标准CJJ45-2006执行。另外LED的检测还没有公认的认证机构,检测设备在重庆大学光电工程学院刚刚研制成功,但尚未进一步推广,该设备仅能检测LED好与坏,至于好的程度尚未能检测,目前LED的好坏只能依靠品牌与信誉来判断。
2.2 散热问题:LED的能量一部分转为光能,还有很大一部分转为热能。LED封装后,散热能力很差,大功率的LED有很强的散热要求,因无行业标准,目前一般认为灯具温度控制在60度以下即为合格。对于散热方式,专家建议采用热导管及结构性自然热对流技术来降低LED温度,不主张采用风扇散热。
2.3 光效低、光衰大:LED理论光效是400LM/W,但目前国内的LED光效只能达到130LM/W左右,LED光效技术上还有待突破,另外质量差的LED光衰很大。
2.4 LED有很强的方向性:由于LED有很强的方向性,大功率LED路灯由很多粒子组成,LED路灯的配光不应是简单的叠加,应由光源的光学设计和崭新的灯具设计来达到均匀的光强分布,不同的应用需有不同的光学设计。目前有些路灯生产厂家生产的LED道路灯仅仅是原始灯具与LED光源的简单叠加,达不到很好的照明效果。
3 LED应用中存在的优势
近一段时期以来,在节能减排的口号的感召下,各地纷纷上马LED道路照明项目。但是,在这一功能性要求较高的领域里,LED却遇很大的阻力,显然LED路灯在目前的发展中暴露出它的一些不足。我们不难看到各地LED道路照明项目大多独立实施,良莠不齐,存在着反复试验,反复浪费的状况。如能在行业内实现信息共享,并出台一些切实可行的暂行标准,必将对LED路灯的健康、快速发展起到推动作用。以下,笔者以一个LED路灯的实际项目为例,结合LED本身特点,对LED路灯在发展过程的利弊作一研判,望能起到抛砖引玉的作用。
作为新兴光源,LED正处于飞速发展的阶段,目前大功率白光LED的光效已有100lm/W;而且通过对其发光机理的研究,可以推算出LED的辐射光效可达350lm/W,还具有很大的发展空间。LED的特点之一是定向发光,在实际应用中尽可能使灯具中的LED分别把光线直接射向被照面的各个区域,配合灯具反射器的辅助配光,得到符合各种需求的精确光分布,因此LED路灯灯具配光设计精準到位是其能否替代传统路灯的关键。
LED无明显的失效机理,理论寿命可达10万小时。在泛光照明应用中,通常约定LED输出光通量衰减到初始值的70%时即为寿命终点,照此现有LED寿命也有5万小时。可大幅减少维护工作,节约运行成本。
作为半导体光源,LED响应迅速,能在连续开关闪断状态工作,轻松实现0~100%调光,可与控制系统整合,按需要调整光输出。
3.1 虽然传统光源有更高的光效:钠灯110lm/W,金卤灯80lm/W。但这类光源应用在道路灯具中时,只有40%的光是直接照射到路面,其它光是通过灯具反射器再投射出灯具。而此类灯具的反射器效率仅为50%~60%,灯具效率一般仅有70%。反射器设计难度大,无法真正满足配光需求,普遍存在在直接照射方向照度过大,而在两灯光线交叉处照度过小的问题。
反观LED路灯,3次配光设计使大部分光是直接投射到路面,灯具整体光效达50lm/W。
3.2 LED光源输出白光显色性达65,色温适中:5000K~6000K,相比钠灯,光色更为自然。按“中间视觉”理论,白光LED具有较高的中间视觉等效光效,即在中间视觉条件下的亮度提高约40%,而此时“黄光”高压钠灯的等效光效要降低约30%。虽然中间视觉理论依据人眼感官,现在还处于争议中并无确切的标准,但LED的高显色性无疑有助于司机及行人识别目标,在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。
3.3 钠灯与金卤灯均为高压气体放电灯,因故熄灭后热启动时间长达5～8分钟;LED灯具则可工作在连续开关闪断的状态下。
3.4 LED灯具可实现0~100%连续调光,可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出,在保证照明质量的同时降低不必要的功耗。采用传统钠灯及金卤灯的路灯,一般只能实现小范围的调光控制,应用中不可避免的受到其最低工作电压要求的局限性。
3.5 LED灯具寿命长,在良好的散热条件下可达50,000小时,光衰小,有效降低维护工作,减少运行成本。
随着科学技术的迅速发展,在不久的将来,LED的技术问题会得到解决,在国家绿色照明的政策推动下,相信LED路灯会受到广泛的关注,并在道路照明中普遍应用。
关键词:LED路灯照明 问题优势
0 引言
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,越来越多的被各类照明工程所采用。LED不但在装饰性照明领域,在功能性照明领域也已占有一席之地。如信号灯、汽车尾灯、防水防爆型电筒,包括一部分室内照明及道路照明。LED作为一种固体照明光源,以其长寿命、高光效、多光色及一次配光定向照射功能,可在安全低电压下工作,也可连续开关闪断,能轻松实现0~100%调光功能等诸多优势,成为新一代光源的发展趋势。
1 LED光源的基本特征
1.1 发光效率高 LED经过几十年的技术改良,其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦,荧光灯50～70流明/瓦,钠灯90～140流明/瓦,大部分的耗电变成热量损耗。LED光效经改良后将达到达50～200流明/瓦,而且其光的单色性好、光谱窄,无需过滤可直接发出有色可见光。目前,世界各国均加紧提高LED光效方面的研究,在不远的将来其发光效率将有更大的提高。
1.2 耗电量少 LED单管功率0.03～0.06瓦,采用直流驱动,单管驱动电压1.5～3.5伏,电流15～18毫安,反应速度快,可在高频操作。同样照明效果的情况下,耗电量是白炽灯泡的八分之一,荧光灯管的二分之一、日本估计,如采用光效比荧光灯还要高两倍的LED替代日本一半的白炽灯和荧光灯。每年可节约相当于60亿升原油。就桥梁护栏灯例,同样效果的一支日光灯40多瓦,而采用LED每支的功率只有8瓦,而且可以七彩变化。
1.3 使用寿命长 采用电子光场辐射发光,灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻,环氧树脂封装,可承受高强度机械冲击和震动,不易破碎。平均寿命达10万小时。LED灯具使用寿命可达5～10年,可以大大降低灯具的维护费用,避免经常换灯之苦。
1.4 安全可靠性强 发热量低,无热辐射,冷光源,可以安全抵摸:能精确控制光型及发光角度,光色柔和,无眩光;不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。内置微处理系统可以控制发光强度,调整发光方式,实现光与艺术结合。
1.5 有利于环保 LED为全固体发光体,耐震、耐冲击不易破碎,废弃物可回收,没有污染。光源体积小,可以随意组合,易开发成轻便薄短小型照明产品,也便于安装和维护。
当然,节能是我们考虑使用LED光源的最主要原因,也许LED光源要比传统光源昂贵,但是用一年时间的节能收回光源的投资,从而获得4～9年中每年几倍的节能净收益期。
2 LED在市政道路照明应用存在的问题
2.1 新兴行业、无专业规范、无设备检测:LED光源在景观灯上已经有了广泛的应用,而在市政道路应用是一个新兴事物,LED代替以往的高压钠灯,无规范可依,现在LED道路照明设计标准参照国家规定的城市道路照明设计标准CJJ45-2006执行。另外LED的检测还没有公认的认证机构,检测设备在重庆大学光电工程学院刚刚研制成功,但尚未进一步推广,该设备仅能检测LED好与坏,至于好的程度尚未能检测,目前LED的好坏只能依靠品牌与信誉来判断。
2.2 散热问题:LED的能量一部分转为光能,还有很大一部分转为热能。LED封装后,散热能力很差,大功率的LED有很强的散热要求,因无行业标准,目前一般认为灯具温度控制在60度以下即为合格。对于散热方式,专家建议采用热导管及结构性自然热对流技术来降低LED温度,不主张采用风扇散热。
2.3 光效低、光衰大:LED理论光效是400LM/W,但目前国内的LED光效只能达到130LM/W左右,LED光效技术上还有待突破,另外质量差的LED光衰很大。
2.4 LED有很强的方向性:由于LED有很强的方向性,大功率LED路灯由很多粒子组成,LED路灯的配光不应是简单的叠加,应由光源的光学设计和崭新的灯具设计来达到均匀的光强分布,不同的应用需有不同的光学设计。目前有些路灯生产厂家生产的LED道路灯仅仅是原始灯具与LED光源的简单叠加,达不到很好的照明效果。
3 LED应用中存在的优势
近一段时期以来,在节能减排的口号的感召下,各地纷纷上马LED道路照明项目。但是,在这一功能性要求较高的领域里,LED却遇很大的阻力,显然LED路灯在目前的发展中暴露出它的一些不足。我们不难看到各地LED道路照明项目大多独立实施,良莠不齐,存在着反复试验,反复浪费的状况。如能在行业内实现信息共享,并出台一些切实可行的暂行标准,必将对LED路灯的健康、快速发展起到推动作用。以下,笔者以一个LED路灯的实际项目为例,结合LED本身特点,对LED路灯在发展过程的利弊作一研判,望能起到抛砖引玉的作用。
作为新兴光源,LED正处于飞速发展的阶段,目前大功率白光LED的光效已有100lm/W;而且通过对其发光机理的研究,可以推算出LED的辐射光效可达350lm/W,还具有很大的发展空间。LED的特点之一是定向发光,在实际应用中尽可能使灯具中的LED分别把光线直接射向被照面的各个区域,配合灯具反射器的辅助配光,得到符合各种需求的精确光分布,因此LED路灯灯具配光设计精準到位是其能否替代传统路灯的关键。
LED无明显的失效机理,理论寿命可达10万小时。在泛光照明应用中,通常约定LED输出光通量衰减到初始值的70%时即为寿命终点,照此现有LED寿命也有5万小时。可大幅减少维护工作,节约运行成本。
作为半导体光源,LED响应迅速,能在连续开关闪断状态工作,轻松实现0~100%调光,可与控制系统整合,按需要调整光输出。
3.1 虽然传统光源有更高的光效:钠灯110lm/W,金卤灯80lm/W。但这类光源应用在道路灯具中时,只有40%的光是直接照射到路面,其它光是通过灯具反射器再投射出灯具。而此类灯具的反射器效率仅为50%~60%,灯具效率一般仅有70%。反射器设计难度大,无法真正满足配光需求,普遍存在在直接照射方向照度过大,而在两灯光线交叉处照度过小的问题。
反观LED路灯,3次配光设计使大部分光是直接投射到路面,灯具整体光效达50lm/W。
3.2 LED光源输出白光显色性达65,色温适中:5000K~6000K,相比钠灯,光色更为自然。按“中间视觉”理论,白光LED具有较高的中间视觉等效光效,即在中间视觉条件下的亮度提高约40%,而此时“黄光”高压钠灯的等效光效要降低约30%。虽然中间视觉理论依据人眼感官,现在还处于争议中并无确切的标准,但LED的高显色性无疑有助于司机及行人识别目标,在同样的路面亮度下提供更好的通行条件。
3.3 钠灯与金卤灯均为高压气体放电灯,因故熄灭后热启动时间长达5～8分钟;LED灯具则可工作在连续开关闪断的状态下。
3.4 LED灯具可实现0~100%连续调光,可根据环境光照及交通状况灵活调整光输出,在保证照明质量的同时降低不必要的功耗。采用传统钠灯及金卤灯的路灯,一般只能实现小范围的调光控制,应用中不可避免的受到其最低工作电压要求的局限性。
3.5 LED灯具寿命长,在良好的散热条件下可达50,000小时,光衰小,有效降低维护工作,减少运行成本。
随着科学技术的迅速发展,在不久的将来,LED的技术问题会得到解决,在国家绿色照明的政策推动下,相信LED路灯会受到广泛的关注,并在道路照明中普遍应用。