LED路灯设计中的几个问题

廖晓欢

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉430010）

LED路灯设计中的几个问题

廖晓欢

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司湖北武汉430010）

通过LED路灯与传统主流路灯——高压钠灯的比较，从理论和实践上说明：（1）LED路灯节能并不如想象中的那么多；（2）LED路灯功率因数高，一般不需无功补偿；（3）LED路灯的色温不是劣势；（4）LED路灯配电线路截面不宜减小；（5）LED路灯标准不统一阻碍其推广。

LED路灯；节能；功率因素；色温；配电线路截面；标准

近年来，尽管国内LED热潮逐渐降温，LED市场趋于理性，但不可否认，LED作为新一代光源，在全世界范围内正蓬勃发展，人们已经享受到LED技术带来的一些成果，并将在今后更加深刻的感受其带来的变革。

现阶段LED主要应用于显示屏的背光、建筑照明等领域，而在道路照明领域由于成本较传统高压钠灯优势并不明显，并且受到大功率LED本身散热难以很好解决及LED配光难以满足道路照明要求等方面的制约，LED路灯还处于推广阶段。目前广东、上海、杭州等一些省市已在道路照明中广泛采用LED路灯，广东省已出台LED路灯地方标准，深圳市已严格要求全市所有新建及改造项目全部采用LED路灯。

作为替代传统主流路灯—高压钠灯的新型光源，LED路灯设计有哪些特点一直是路灯设计者及路灯管理部门关心的问题，笔者根据参与设计LED路灯的经验和收集到的LED资料，陈述一些看法。

1 LED路灯节能实际效果不理想

节能作为LED路灯与传统路灯相比最主要的特点，也是众多厂商大力渲染的LED路灯的重要卖点。从目前厂商推荐的很多LED路灯改造方案来看，在不改变原来路灯灯杆布置方式的条件下，仅更换灯具，100W的LED灯具可以替代200W的高压钠灯，200W的LED灯具可以替代400W的高压钠灯，即节能可达50%，但是实际效果并不那么理想。

只有通过比较单位照度所需的照明功率密度值（LPDE），才能正确的得知LED路灯究竟比传统路灯节能多少。

单位照度所需的功率密度值

式中：LPD——照明功率密度值，单位/m2；

Eav——路面平均照度值，单位lx。

照明功率密度值

式中：n——灯具个数；

P——整灯电功率，单位W；

W——机动车道宽度，单位m；

S——路灯的安装间距，单位m。路面平均照度值

式中：U——车行道灯具利用系数；

K——维护系数，一般取0.7；

Φ0——灯具初始光通量，单位lm。

将公式（2）、（3）代入公式（1）中，得：

式中：η——灯具初始光效，单位lm/W。

LED路灯的单位照度所需照明功率密度值LPDEL与高压钠灯的单位照度所需照明功率密度LPDEN的比值：

目前，LED灯具的初始光效ηL一般能达到90lm/W，高压钠灯初始光效ηN一般能达到120lm/W；LED灯具车行道利用系数UL一般为0.55~0.65，取中间值0.6，高压钠灯车行道利用系数0.3~0.5，取中间值0.4；LED灯具的维护系数KL与高压钠灯的维护系数KN假定相同，则由公式（5）得到λ=0.88，即在上述假定条件下LED灯比高压钠灯节能12%。

上述初始光效和车行道利用系数值是大多数LED灯具产品都能达到的，一些优质产品已超过上述数值，其节能效果也更佳。随着技术的进步，LED灯具的性能不断提高，其节能效果将越来越明显。

2 LED路灯功率因数高，一般不需无功补偿

高压钠灯是一种高强度气体放电灯，通常需要配套电感镇流器才能正常工作，由于电感是非线性元件，功率因数较低，约为0.7，因此还需并联一个补偿电容以提高功率因数至0.85左右。路灯系统设计中，还需要在路灯箱变处设置电容集中补偿装置，以进一步改善功率因数，达到电网合理运行的要求。

LED灯核心器件是半导体二极管，其需要直流供电，若电源是交流电就需要整流。通常LED灯具会配置一个集整流、滤波、功率因数校正、调压于一体的开关电源，其功率因数能达到0.9以上，因此LED灯无需再并联无功补偿电容器，LED路灯系统也无需在路灯箱变处设置电容集中补偿装置。

3 LED路灯的色温不是劣势

色温是指光源的色品与某一温度下黑体的色品相同时，该黑体的绝对温度为此光源的色温度，单位为K。

传统路灯照明中，色温问题很少被提及，当LED路灯逐渐推广应用之后，其与传统光源较大的色温差异使路灯的色温问题成为业界关注的交点之一。

高压钠灯一般为黄光，色温约为2000K左右，而LED路灯一般为白光，色温约为4500K以上。LED路灯推广之初，有人认为LED路灯不如原来的高压钠灯好，主要原因是白光不如黄光柔和并且新装的LED灯明亮得有些刺眼，使用一段时间之后LED灯较昏暗。

笔者认为色温高不是LED路灯的劣势。对于LED路灯所营造的白色环境，很多习惯黄色灯光的人可能需要一段时间去适应。置于LED灯开始明亮甚至有些刺眼，后来又较昏暗的问题，LED路灯只要今逐渐解决光衰和眩光的问题，必将为更多的人接受。

4 LED路灯配电线路截面不宜减小

很多人认为LED路灯既然比传统路灯节能，那么LED灯的配电线路截面应该相应减小，避免不必要的浪费，但是，从深圳应用LED路灯的经验来看，很多案例其配电线路截面并没有减小。实际上，按照路灯配电线总电流来看，在同等条件下，LED灯配电线路总电流比传统路灯线路总电流小，其截面相应减小，但是从线路保护电器灵敏度的角度考虑，如果LED路灯平配电线路和传统路灯的配电线路长度一样，为保证线路首端保护电器具有相同的灵敏度，其配电线路截面不宜减小。

5 结语

LED路灯已经推广了很多年，虽然有很多城市新建道路照明已经全部LED灯，但从全国范围内来看，LED路灯仍未成为道路照明的主流，究其原因，是因为缺乏统一的技术标准，各个厂家都按自己的标准生产，光源、灯具、配套电器等自成体系，很难通用。这样就导致LED路灯一旦出现故障，即使已查明只是某一个部件损坏，也很可能由于找不到相同的配件而更换整个灯具，不仅维护成本高，而且维护的时间也大大延长。

在LED路灯设计过程及与厂家和管理部门的交流中，笔者认为缺乏统一的基础标准是阻碍LED路灯大范围推广最主要的问题。

当今LED路灯生产厂家很多，由于缺乏统一的技术标准，各个厂家都按自己的标准生产，市场上LED路灯产品五花八门，光源、灯具、配套电器等自成体系，很难通用。这样就导致LED路灯一旦出现故障，即使已查明只是某一个部件损坏，也很可能由于找不到相同的配件而更换整个灯具，不仅维护成本高，而且维护的时间也大大延长。从路灯管理部门角度看，标准统一、部件通用的传统路灯显然较LED路灯更易于维护，他们也更乐于接受传统路灯。因此，LED路灯想要大范围推广，统一标准是亟待解决的问题。

[1]SJG22-2011 LED道路照明工程技术规范[S].

[2]CJJ45-2006城市道路照明设计标准[S].

[3]北京照明学会照明设计专业委员会编.照明设计手册:第二版[M].中国电力出版社,2006,12.

[4]陈元桂,郭燕萍.城市道路LED照明评价[J].建筑电气，2013(3).