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1、新兴L ED 路灯与传统HP S 路灯的应用比较苏州市城市照明管理处叶峰林海阔1 前言2 应用比较在当前世界能源危机愈演愈烈的大背景下，发展高效、绿色、节能产品的产业已是大势所趋。由于现代固体照明技术比传统照明技术，在节能和寿命等方面都存在巨大潜力，现代固体照明技术已发展成为当今世界热门新技术之一，并引起各界科技领域的热切关注，现代固体照明技术被认为是2 1 世纪最有可能进入普通照明领域的一种新型固体冷光源和最具发展前景的高技术领域之一。L E D 光源作为一种固体照明光源，以其长寿命( 理论平均寿命大于5 0 0 0 0 h ) 、高光效( 理论值大于2 0 0 l I ，用) 、多光色及配
2、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，能实现0 一1 0 0 调光功能，输出光无频闪等诸多优点，成为高效、节能的新一代光源的发展趋势。近些年来，L E D 技术及产品发展十分迅速，大功率L E D 芯片的出现，封装、散热等问题解决的不断进步，目前大功率白光L E D 产业化水平的产品光效已达9 0 1 m W 因此，在道路照明方面，国内、外生产厂商研制出多种道路照明灯具，并且开始在乡、村道路、住宅小区道路、城市支路上应用，以及进一步应用于城市干道。目前，广泛应用于道路照明的光源主要是高压钠灯( H P s ) 、金卤灯和汞灯。高压钠灯以其光效高、紫外辐射少、可在任意位置点燃、
3、耐震、寿命长，在传统道路照明中使用量占据绝对优势。现阶段的L E D 路灯与H IS 路灯在实际应用中的情况我们进行测试和对比。结合理论和相关技术做出几方面的应用比较，本文中与传统P H S 路灯比较的L E D 路灯是根据测试中较好的产品。2 1 照度的比较L E D 路灯与H I S 路灯在照度上的比较，我们选用1 4 0 颗1 W 大功率L E D 路灯与1 5 0 WH P S 路灯进行了对比测试，道路路幅为1 4 m 、两侧对称布灯、灯间距为3 5 m 、灯高l O m ，测试范围为7 x 3 5 m 2 即半幅路面灯间距。测试数据见见表1 。由下表中数据可知，在功率损耗相当的情况下
4、，L E D 路灯的平均照度值低于H I S 路灯，其原因是，L E D 光源的光效约为7 0 1 m W ，而H P S 光源的光效约在1 0 0 1 m W 通过对多家厂商的各种规格的L E D 路灯测试，其平均照度值基本上还达不到3 0 I x ，而H P s 路灯1 5 0 W 以上的灯具平均照度值已超过3 0 L x 另外，由于受到灯具体积、散热性能的影响，目前L E D 生产厂还不能生产出单灯规格与2 5 0 W 及以上规格H P S 路灯光通量相当的灯具，因此，主干道以上道路中应用L E D 路灯，就技术参数而言还有一定难度。2 2 照度均匀度的比较从下表的数据看，L E D 路
5、灯比H P S 路灯的照度均匀度要好，L E D 路灯是由多颗( 组) L E D 光源组合成阵列排布的灯具，L E D 光源又具有较好的指向性，因此通过设计出有效可靠的光学系统，解决有序的光能量传输问题，可以很好地解决L E D 光源的配光问题，在道路上形成所需要的照度均匀度很好的照明区域。在我们所测试过的L E D 灯具中，有很多厂家的灯具通过透镜的二次配光，将光束均匀地投射到地面，照度均匀度超过0 5 ，甚至达到超过0 7 。而H I S 路灯的光源具有向全角3 6 0 0 发光的特性，在道路照明的应用上，光源常与特定结构的反射裹对L E D 路灯与瑚P s 路灯测试数据的比较灯具最大照
6、度( 1 x )最小照度( 1 x )平均照度( 1 x )照度均匀度电压( V )电流( A )功耗( W )L E D 路灯2 9 81 1 92 0 20 5 92 2 7O 8 l1 7 5H P S 路灯6 9 39 23 1 10 32 2 70 9 21 7 7 52 2 22 0 10 年中田道路照明论坛论文集器配合使用，以完成将光线集中投射到目标照明平面的功能，形成蝙蝠翼状的光斑，光斑的边缘照度与中心照度相差较大，因此照度均匀度相对较差，经测试照度均匀度一般在0 3 加4 之间。2 3 环境比的比较环境比是指车行道外边5 m 宽区域内的平均水平照度与相邻的5 m 宽车行道上平
7、均水平照度之比。城市道路照明设计标准 C J J 4 5 2 0 0 6 中，对主要干路和次要干路的环境比进行了规定，环境比必须大于或等于0 5 现阶段L E D 路灯灯具基本上是通过二次光学设计，应用几何光学的原理，将单颗或者多颗封装好的L E D 光源发出的光，以一定的投光角度，尽可能多地照射到需要照射的区域或者范围，达到相关的照度及其均匀性，或者光强分布的要求，但是很多设计厂家就因为L E D 光源指向性好的特征，比较注重机动车道的照度值和均匀度，同时由于单灯功率和光通量的限制，对于环境比还无法兼顾设计，造成车行道以外基本无光照度，环境比值很差，如果要考虑环境比，则需要装双挑灯或在非机动
8、车道上增加一排灯。目前，H P S 灯具在反射器的设计上就已经考虑了环境比的要求，将光源发散出的光，经反射器向车行道外进行配光，一般环境比都能达到0 5 以上。这样车辆驾驶人员可以观察到道路外的情况，提高了行车的安全性。2 4 色温的比较现在L E D 灯具的生产厂商为提高灯具的照度，在色温上普遍采用5 0 0 0 。6 0 0 0 K 的高色温L E D 光源，因为现在的白光L E D 基本上采用的是蓝光L E D 与Y A G 黄色荧光粉组合的技术，这是目前所有白光L E D的组合方式中成本最低而效率最高的。如果采用暖白色的低色温光源，则需要在黄色粉中掺杂其它颜色的粉( 如红粉和绿粉) ，
9、但其它颜色的粉相对转化率较低，会导致光通量的衰减即光效的下降。与L E D 的高色温光色相比，H P S 灯具产生出的黄光更显得柔和一些，人的眼睛也会感觉到舒适些。笔者作了一些社会调查，很多驾驶员和行人不喜欢高色温的光线，其实L E D L E DL a m p s 路灯r 一这也是金卤灯无法推广使用的原因之一。在询问调查中，也有人持相反观点，觉得L E D 的白光比H P S 的黄光更舒服，但其中也夹杂了不同显色性能的影响。2 5 显色性的比较光源对物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色的逼真程度，显色性高的光源对颜色的再现较好，我们所看到的颜色也就接近自然原色。原则上，人造光线越接近自然
10、光线，人的肉眼越能正确辨别事物的颜色。L E D 路灯的光显色性比高压钠灯高许多，高压钠灯显色指数只有2 3 ，而L E D 路灯显色指数达到7 5 以上，因此L E D 路灯再现事物颜色很强，提高了人对事物的分辨能力。另外，有部分专家认为，从视觉心理角度考虑，达到同等亮度，L E D 路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低2 0 以上。2 6 寿命的比较目前，市场匕质量好的H P S 光源寿命达到2 4 0 0 0 h ，而L E D 光源的理论寿命可达1 0 万小时。但L E D 路灯是一个系统的集成，影响其寿命的因素很多，如封装工艺、L E D 颗粒的组合方式、散热方式、驱动电源等。若封装不
11、好，灯脚接触不良，造成结温升高，将大大影响光源寿命。大多灯具采用的散热方式是通过灯具结构散热片的设计，以期达到增加热传导散热面积。但由于道路照明的应用环境一般都比较恶劣，尘埃较大，且金属表面腐蚀氧化造成散热片高低不平，长期使用后散热片之间难免积聚灰尘，必然在一定程度上影响灯具散热，导致灯具内部温度很高，从而导致L E D 路灯使用实际寿命的明显缩短。驱动电源是由各种电子元件组成，而电子元件( 如电解电容) 自身的寿命、稳定性直接影响到驱动电源整体的寿命，有些电子元件的寿命就根本达不到5 0 0 0 0 h ，国内的驱动电源的寿命也很少有2 0 0 0 0 h 。现在有单位在研发无电解电容的驱动
12、电源产品，这可以从根本上提高驱动和控制电器的寿命，但目前还没有成熟的产品面世。现在部分厂商的L E D 路灯在标准环境温度运行时，其结温可控制在7 5 。C 以下，较好地解决了散热问 唧衢一题，在近一年的测试应用中，一些厂家的产品，虽然经过了连续高温天气( 环境温度在3 0 以上) 的运行，但L E D 灯具的照度值没有明显变化。不过，L E D 路灯的实际寿命能达到多少，还需很长时间的实践证明。2 7 光衰的比较现在L E D 路灯的生产厂商声称，L E D 路灯的光衰一年不到3 ，使用1 0 年仍达到道路使用照度要求，但从实际跟踪测试的数据来看，个别厂商的L E D路灯光衰未超过5 ，至于
13、需要多长时间光衰到低于照度维持值，还需进一步的跟踪测试。H P S 路灯在运行初始光衰会比较大，但后期曲线比较平稳，在H P S 路灯平均寿命期间，可以维持在较高水平。2 8 机械安全性的比较H P S 路灯灯具体积较大、较厚，而L E D 路灯灯具的体积较为扁平，因此H P S 路灯比L E D 路灯的受风面积要大，对灯杆和灯臂的强度要求则更高。2 9 节能控制的比较近年来，H I S 路灯在节能控制上，研制出多种节能方式和产品，有降压节能器、变功率镇流器、变功率电子镇流器等，但由于气体放电灯的特性，需要有足够的端电压去电离激发，当电压或电流降到一定的程度时，会导致光源不能正常工作，甚至熄灯
14、。通过相关节能措施，节能效果约可达3 0 L E D 是固体光源，电流从L E D 阳极流向阴极时，其半导体晶体就会发光，光的强弱与电流相关，因此能实现O 1 0 0 调光功能，从而可以根据现场的需求，灵活控制光输出量，调整光照度，提高节能效果。2 1 0 经济性的比较目前，由于L E D 芯片的成本较高，L E D 灯具的研发成本也要算入灯具的售价中，而H P S 灯具是成熟产品，这是造成L E D 灯具的销售价格是H P s 灯具的3 4 倍的原因，因而一次性投资较大。在运行维护上，普通的H P S 光源寿命可达2 0 0 0 0 h以上，镇流器的寿命更是超过5 0 0 0 0 h ，L
15、E D 路灯灯具的结构设计均为一体化设计，无论是L E D 灯具损坏还是驱动电源故障，一旦有问题则必须整体拆除更2 2 42 0 10 年中困道路照明论坛论文集换，维护工作量大、费用高，而高压钠灯仅需更换灯泡或触发器，维护工作量较小、费用也小。另外，由于L E D 的技术发展速度很快，厂家的产品也会随着更新换代，产品的设计也因无标准约束而不同，可替换性较差，造成备品备件无法保证，给运行维护带来较大困难。现在不少厂家也在考虑这方面的问题，将光源和电器部分模块化和标准化，由于国家还没有相关标准出台，要与传统H P S 路灯一样元器件标准化，还有较长的一段路要走。2 1 l 与新能源结合的比较L E
16、 D 路灯在与太阳能、风能等新能源的结合上有较好便利性，由于可安装在路灯灯杆上的太阳能板和风力发电机的功率都比较小，现行技术均是将产生的电能先储存到蓄电池中，再由蓄电池给路灯供电，而L E D 路灯对电源的要求正是低压、直流，无须转换可直接应用。H I S 路灯需要较高的电压去电离激发，因此要将蓄电池的输出的电能通过升压装置、逆变装置转换成交流2 2 0 V 的电能进行使用，但这些装置较为复杂，增加了故障点和维修量，且降低了利用效率。3 结束语通过应用比较，认为现阶段的大功率L E D 路灯，作为新兴光源，部分产品已可以逐步应用到实际中，由其光源特性而体现出来的诸多优势，使之成为新代光源的发展趋势。但仍需解决其性能不稳定，节能、寿命与理论相差太大，产品质量良莠不齐，没有统一标准，互换性差，价格高，维护成本高等问题。灯具厂家还需要根据L E D 光源的特性和道路照明产品的运用特点，扬长避短，在满足照明质量的前提下，提高产品的质量和寿命，降低产品成本，形成标准系列，便于产品维护更
