对LED路灯照度计算与测试方法的探讨

GXF360 2015-11-20

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摘要：随着LED照明技术的不断发展和突破，LED路灯的可控性和节能优势得到越来越多用户的青睐，但在实际应用和维护过程中也出现了一些问题，同时LED路灯照度计算与测试方面也存在很多争议。本文结合实际应用，针对LED路灯的部分问题做出了系统的阐述和分析。
关键词：LED照明照度计算照度测试

目前，随着LED照明技术的标准化、模块化和光引擎、散热、驱动电源等技术的不断完善，标准性、统一性、兼容性的问题不断得到解决，加上功率的增加、配光的优化、效率的提高、成本的下降，越来越多的LED路灯被城市道路照明所采用，但在应用、维护过程中也出现了一些问题，现就LED路灯照度计算与测试方面存在的疑惑进行一些的探讨，希望有利于LED的应用和发展。

一、LED路灯的照度计算

按道路照明平均照度的计算方法，道路平均照度的计算值指的是维持值，在CIE推荐标准中称之为最小维持值，它是在计入光源计划更换时光通量的衰减以及灯具因污染造成效率下降等因素后设计计算时所采用的平均照度值。换句话说平均照度值也基本就是在更换光源前的照度值，其初始照度按维护系数0.7来计算（钠灯灯具IP65）应为更换光源时照度值的1.43倍。以快速路照明为例，国标CJJ45-2006中规定，快速路的平均照度为20—30Lx，即初始照度应不低于28.6—42.9Lx才能满足道路照明所需维持值。而相关厂商在推荐其LED路灯产品时，以刚超过或基本达到平均照度最小值的初始照度值来代替平均照度值，来说明已达到国家标准，可以代替相关高压钠灯，节约能源。更有厂家为了达到减少光衰的目的，通过在驱动电源上设计了定时提升电压或电流手段，每隔一定时间提高3%左右的输出电压或电流，以减少实际光衰度，这种饮鸩止渴的作法不光糊弄了业主更损害了光源电器的寿命（通过不断加大电压电流的方法提高光效，很容易造成LED芯片损毁。），因此在LED路灯技术尚未完全成熟的今天，使用LED路灯进行道路照明不仅要考虑其维护性、性价比，更要进行前期试验，准确的测定厂方所提供产品的实际发光效率和实际光衰。

二、LED路灯照度的测试与判断

（一）LED路灯照度的测试必要性

1、LED灯具的光源大多是由小功率的LED或大功率1w、2w左右LED芯片通过二次配光组成，其数量从几十个到数百个不等。LED为直射性光源，具有很强的定向性，人眼很难直视查看,而且

2、随着技术的发展， LED路灯的光效和寿命不断接近理想化，其光衰限度，将成为LED路灯维护面临的最大问题。LED光源在实际运行一段时间后，构成LED的半导体材料会衰变、老化，最终会丧失原有的机能，导致“死亡”——失效。在其“死亡”前，光通量不断下降，直到不能满足相关等级道路照明照度或亮度的最低要求，此时如果不更换，将严重影响照明水平，对交通、行车形成非常大的安全隐患。根据英、美、德等国的研究调查表明，降低的照度与原适宜照度相比，道路的交通事故率将明显增加，最多可增36%。LED光源光衰到什么程度需要更换？我国没有具体的标准。因此给维护工作带来了很大的难度和不确定性，严重制约了维护的速度和准确必性。

（二）LED路灯照度测试的方法

1、传统方法:四点法或中心法，即测量时先把路面划会分成许多小网格，并认为每块小网格的照度分布是均匀的，然后测出每玦小网格上的照度，最后把各小格上的照度值与其所对应的小网格的面积相乘并求和，再除以这些小网格面积的总和，便得出被测路面的平均照度，即入射路面光通量与该路面面积的比值。该方法测量点多、时间长、数据记录和处理工作量大，且在已通车的道路上进行测量还存在着较大的安全隐患。同时，LED路灯因每盏灯的损坏情况各不相同，若是拿照度计每盏灯挨个进行测试工作量极为巨大，需要投入大量的人力、车辆。

2、建议的测量方法：（1）采用具有记忆和存贮功能的照度计安装在电动遥控的玩具小车上，通过站在路边安全地方的测量人员的事先控制和现场遥控，进行四点法或中心法照度测试，由照度计自动完成测量与记录、存贮任务，这种自动控制小车测试方法测量速度较快、安全性好，劳动强度较传统方法小、数据处理方便，同时有效的排除了测试人员在现场所可能引起的挡光等干扰，有效的提高了测量精度和数据准确性。（2）采用测试车。测试车系统由照度传感器、主机和计算机组成，将两只照度传感器水平安装于小汽车的两个引掣盖上，并使两只传感器相距1米。汽车以一定的速度（20km/h）匀速行驶，数据通过RS-232接口传输到计算机中，通过计算机软件处理，立刻就可以得出路面的平均照度和照度均匀度。如果道路有多个车道，可将每个车道都测一遍，然后通过系统配套的软件将这几个车道的数据进行处理，便得到这条道路整体的平均照度和照度均匀度。若安装的路灯还有非机动车道的照明光源，测试车可在非机动车道上行驶测试。采用测试车，对于整条道路的测试相对快捷，但对于同一路段的每盏灯来说即便是同时安装的，在运行一段时间后，其每盏灯的参数都是不同的，无法对每盏灯进行精确测量。且测量周期也不短，手续繁琐，维护的及时率不高。同样，投资一台测试车，设备、运行费用较高（测试设备共约近10万），且需配备相应固定测量人员。

未来，如可通过LED路灯实时监测其芯片损坏率，当损坏率达到一定程度时灯具自动停止运行，则可以大大提高LED路灯的维护效率和成本。三、LED明暗视觉修正系数的量化

在LED进入路灯应用的热潮中，许多LED厂家为了打开市场，打出人眼视觉特性的招牌，用人眼的明视觉和暗视觉特性来解释LED比钠灯要亮，认为对于相同的光谱分布，明视觉与暗视觉条件下的亮度存在明显的差异，LED灯暗视觉的亮度是明视觉的2.35倍，而钠灯暗视觉的亮度是明视觉的0.94倍。通常光学仪器以明视觉条件下感光，而路灯是用于夜间照明的，属于暗视觉条件，所以用普通光学仪器测试的数据要进行修正，LED路灯的修正系数（S/P）为2.35、钠灯为0.94，所以在同等照度条件下，LED路灯比高压钠灯亮2.5倍，要达到与钠灯同等照度，LED路灯的照度仅需钠灯的40%就足够了。事实上CIE 的一个TC1-58小组和国内相关专家的工作已证实，道路照明处于靠近明视觉的一端，它所表现出的性状必然接近于明视觉的特性而远离暗视觉的特性，道路照明亮度段处于中间视觉范围内，数值上也是远远达不到2.5的，但其具体数值还未有定论，若可以尽快量化，则设计人员就可以进行精确的LED路灯照明设计，生产厂家可以降低生产成本，维护部门可以减少维护资金，国家也可以更好的进行节能减排减少相关能源消耗，有利于环境保护。