LED路灯在道路照明设计中的应用

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摘要：当前世界经济飞速发展，自然资源储量日益减少，节能环保已成为全世界政府和人民的共识。在道路照明这一应用分支里，led路灯具有功率低、耗电量少、寿命长、稳定性强、绿色环保等特点，因此，LED路灯成为照明设计的最佳选择，具有广阔的前景。文章对LED路灯在道路照明设计中的应用进行了探讨。

关键词：LED路灯；道路照明设计；节能环保；城市建设；夜间照明 文献标识码：A

中图分类号：TM923 文章编号：1009-2374（2015）15-0022-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.15.011

近几年，随着城市建设的飞速发展，夜间道路照明成为城市建设的一个重要组成部分。随着新建道路的增多，以及群众对夜间照明要求的提高，路灯数量迅速增加，耗能也随之增大。随着半导体材料应用技术的高速发展，LED技术逐渐被照明行业重视，在景观照明中，应用较为广泛的是小功率LED光源，而大功率LED路灯也越来越引起人们的关注。

1 道路照明的设计原则

根据道路等级，选择适宜的设计标准，根据设计标准合理地确定工程建设标准，其基本原则是以最低的工程投资来最大限度地达到节约能源的目的，与此同时，也要关注实用美观性和保护生态环境保护的问题。

2 常规路灯照明型式

当前，我国应用较多的路灯照明包括风光互补、市电、太阳能这三种型式，三者各有特点和应用侧重，总结概括如下：

2.1 市电路灯照明型式

市电路灯照明型式是当前我国各城市里应用较为广泛的一种照明方式，该方式照明效果好且照明方式灵活多样，灯具较易维护，被应用于多种标准的道路照明系统，其缺点是需要敷设电缆管线并配置路灯供电设备，施工以及安装的工作量比较大。

2.2 太阳能路灯照明方式

太阳能路灯通过吸收太阳光，不需要接入市网电，而是通过光电转换将太阳能转化为电能，并LED光源配合来为路灯供电，是一种科技含量较高的绿色路灯照明型式。该方式最突出的优点是节能、环保，同时不需要敷设电缆管线和配置路灯供电设备，安装施工方便工作量小。路灯开关是通过时控器感应外接亮度变化来控制，不需要人工操作。这类型式的缺点是应用范围较窄，适用于次干道及以下道路的照明，不适用城市中心区的道路照明，设备周边不能有遮挡，同时灯具维护频繁。近年来，政府将大量资金投入到点亮新农村工程项目中，使众多乡村道路的照明问题得到了解决，给农村偏远地区带来实惠的同时也为太阳能照明开拓了市场空间，积累了工程经验。

2.3 风光互补路灯照明方式

风光互补路灯可以在白天利用太阳能和风能发电供电，而在晚上则可以通过风能发电来供电，将风能供电和太阳功能统一配合应用起来，增强了供电系统的可靠性和稳定性。其缺点是系统结构复杂，运行维护费用较高。

3 LED路灯在工程应用上的优势

由LED的原理及特点，结合实际中应用，LED灯主要有以下六个方面的优势：

3.1 LED路灯与传统高压钠灯路灯参数比较

表1 LED路灯与传统高压钠灯路灯的性能参数对比

对比项目 LED灯 传统高压钠灯 对比结果

光源特点 固体照明 气体放电照明 固体照明更为坚固，

耐撞击。

光通量 高

（>100lm/W） 高

（>100lm/W） 高压钠灯具有较宽的光谱，光照和照度优于LED，但由于光谱中部分光不能起到照明的作用，照明效果较差。

显色指数 优（>80） 差（20左右）

色温 可变 较低 高压钠灯色温固定，维持在2100K左右，而LED灯色温变化范围大，在2000～7000K之间。

灯具功率 高 一般 LED相对于传统光源耗能可节省30%。

配光设计 多变 固定 LED灯为点光源，有利于配光设计，可以控制光照分布，提升光利用率。

使用寿命 50000小时 10000小时 实际使用寿命高于

高压钠灯。

环保性 无污染 重金属污染 LED光源无污染，可循环、可重复回收利用。

功率特点 恒定功率 变功率 变功率降低高压钠灯使用寿命，且增加耗能。

启动电压 85～265V >198V LED光源启动可适应较宽的电压范围。

光衰减性

健康度 高 低 LED灯光线中含紫外线和红外线少，辐射污染少。

电器安全 50V安全电压 高压 LED灯工作电压电流小，较安全。

从上述对比分析中可以看出，LED路灯作为一种固态冷光源，能够将电能转化为光能，环境友好、污染少、耗能低，同时具有较高的光效和寿命。

3.2 LED灯的发光效率高，灯具反射损失低

LED灯发出的光大部分无须经过反射即可到达被照射物体，最大限度地发出光能，这能够有效提高灯具效率，在同等照度下，LED实际消耗的电能更低。以168W的LED路灯为例，它的初始光通量为19200lm，由于LED是单向性发光，灯具效率较高，透镜损失10%，灯具损失10%后，整体灯具的光通量为15900lm，灯具总功率为215W，所以该LED路灯的灯具光效为74lm/W。

钠光源的光效一般是90～140lm/W，但是因为是360°发光，应用到需要照射方向的光较少，只有30%，因此必须通过反射部分非照射方向的光以达到更高的光的利用。并且光谱中很多光起不到照明作用，例如紫外、红光、黄光等。由于灯具设计的固有缺陷以及成本限制的原因，钠灯灯具效率一般在40%～45%之间变化。例如，在使用中，光源功率250W钠灯其初始光通量为30000lm，但灯具光通量仅仅达到13500lm，也即250W钠灯实际功率只有300W，灯具光效为45lm/W，光的利用率较低。

3.3 LED灯为恒流驱动，不受电网波动影响

LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，它没有燃烧的灯丝和电离的气体，大多为恒流驱动，这与传统光源是不同的。

LED灯一般通过交流转变成12～24V直流供电，适用于85～265V AC的全电压输入范围，范围很宽，全球通用，并且对启动电压和电流都没有要求。如果对每个LED模块实行智能监控，采用PWM恒流技术，电网不管怎样波动，都能精确恒流，使LED工作安全电流下。LED灯的能耗大小几乎不随电源电压变化，所以它工作时的温度非常低，对电网影响也小，因此在满足电缆敷设的条件下，可以设计采用线径相对较小的电缆，故采用LED路灯还可节省能电缆方面的费用。此外，LED光源的工作电流大小可以控制，因此能够控制亮度。只要电流在额定的范围内，无论是频繁地开关电源还是通过控制系统调节电流，LED的寿命均不会受到影响。

3.4 LED灯寿命长，维护费用少

LED灯寿命长，耐冲击震动，不易碎，所需维护费用少。下面比较高压钠灯与LED路灯工作10年的使用费用（以一盏灯为例），见表2。

由表2可以看出，由于LED灯的使用寿命长，在使用维护方面可以进一步节约成本。LED路灯价格方面，目前已有厂家克服了高成本，14000lm的路灯，成本可以控制在2000元以内，逐步解决了在使用LED路灯方面的最大顾虑。

表2 LED路灯与高压钠灯的使用费用比较

灯具类型 10年电耗花费（元） 维护费用（元） 总计（元） 结论

耗电量（kWh） 电费（元） 光源（元） 配电器（元） 人工费（元） 小计（元）

LED路灯 8541 7046 0 0 0 0 7046 LED路灯节约56.4%

高压钠灯 17520 14454 800 300 600 1700 16154

3.5 LED路灯不含铅、汞等污染元素，对环境没有污染

高压钠灯等气体放电光源的工作原理是电弧的高温作用激发液纳汞气发光，气体放电光源在生产过程中会对环境造成汞污染，即使是光源失效后在废品处理过程中也会产生汞污染。据统计，自工业革命以来，地球大气环境的汞含量上升了400多倍，土壤、地下水、大气被污染后，对人类以及动植物产生了巨大的威胁，而LED路灯则不存在这些问题。电网环保方面，LED路灯功率因数高，谐波失真率低，目前很多厂家已做到功率因数φ≥0.9，谐波失真η≤20%，有效降低了其在供电线路中的损耗，并避免了高频干扰与电网污染。另外，LED光源无紫外线、热辐射低，并且纯直流工作，无闪烁，消除了传统路灯频闪引起的视觉疲劳。

3.6 LED路灯产品多样化

LED产品一般为模块化设计，有多种组合形式，每个模块是一个独立的光源且可互换，可任意组合成不同功率及亮度需求的产品，并且局部故障不影响整个灯具的正常工作，方便拆卸及维护。另外，目前某些LED产品采用灯管式设计，可直接替换现有的路灯灯管，无需更换灯具外壳，节约灯具成本。

4 结语

在当前资源紧缺的大环境下，节能环保成为人类发展的共识，在道路照明领域，LED照明具有功率低、耗电量少、契合国家的环保节能政策、辐射污染少、更具人性化、稳定性好的优点，这使LED照明在道路照明领域有着广阔的应用前景和潜力，因此LED灯成为道路照明的最佳选择。

参考文献

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[3] 莫远屏.城市道路的照明与节能[J].中国科技信息，2006，（3）.

[4] 费子和.一种城市道路照明的节能措施[J].建筑电气，2007，（5）.

作者简介：曾德容（1984-），女，四川开江人，供职于中国市政工程西南设计研究总院有限公司，硕士，研究方向：市政电气设计。