大功率LED路灯在城市道路照明中的节能应用研究

大功率LED路灯在城市道路照明中的节能应用研究

李棋荣

华东建筑设计研究院有限公司市政工程设计院，上海 200041

摘 要：本文结合工程实例，通过照明设计软件模拟计算，研究大功率LED路灯在城市次干路、主干路替换传统高压钠灯的可行性，基于对LED路灯不同色温的选择归纳出相应的节能汇总表，进而得出其应用前景。

关键词：LED路灯；色温；节能应用；道路照明

在当今全球能源紧缺的环境下，节约能源已成为大势所趋，同时国家也大力倡导节能减排，LED正以其节能、长寿命、环保无污染等各种优点稳健发展。在此背景下，LED路灯近年来在城市道路照明中逐步推广应用，目前小功率LED路灯（100W以下）在车流量较小的支路和人行道上应用已经比较成熟，在城市次干路、主干路一般还是采用传统高压钠灯，现在我们利用德国DIAL公司开发的DI-ALux4.12照明设计软件进行模拟计算，通过软件计算评估采用大功率LED灯（150W、250W）替换高压钠灯在城市次干路、主干路道路照明设计的可行性及合理性。

1 大功率LED路灯在城市次干路的节能应用研究

本次研究依据 CJJ45- 2015《城市道路照明设计标准》中对机动车道和人行道照明的各项参数要求；高压钠灯色温一般在2000K左右，光效一般在100～140流明/瓦，本次研究取中间值120流明/瓦计算；目前市场上LED光源根据色温一般分6 500K/4 000K/3 000K三档，三档的光效一般可以达到110/100/90流明/瓦，本次研究分别取值这三档色温，对其节能性进行比较。

下面我们先以一条城市次干道为例，进行照明设计模拟计算。

该城市次干道路标准横断面如下：红线宽32m，中分带2m，两侧车行道各12m、人行道各3m。本次计算按次干路照明标准，平均亮度按1.00 Lav（cd/m2）取值，平均照度维持值按15Eav（lx）取值。

表1

机动车道 Lav（cd/m2） Uo UL Eav（lx） UE TI [%] SR计算实际值 1.05 0.72 0.83 21 0.52 7 0.77规范要求值 ≥1.00 ≥0.40 ≥0.50 ≥20 ≥0.40 ≤10 ≥0.50

采用250W高压钠灯（光效120流明/瓦）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求，灯杆间距约40m，灯杆高度12m。

经LPD校验，机动车道LPD值≈0.59（W/m2）＜0.6满足限值要求。

采用150W LED灯（色温6500K，光效110流明/瓦）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求，灯杆间距约33m，灯杆高度10m。软件模拟结果如表1所示。

经LPD校验，机动车道LPD值≈0.41（W/m2）＜0.6满足限值要求。

LED灯节能率=（0.59-0.41）/0.59≈30.5%

采用150W LED灯（色温4 000K，光效100流明/瓦）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求，灯杆间距约30m，灯杆高度10m。（软件模拟结果本文不再赘述）

经LPD校验，机动车道LPD值≈0.46（W/m2）＜0.6满限值要求。

LED灯节能率=（0.59-0.46）/0.59≈22%

采用150W LED灯（色温3 000K，光效90流明/瓦）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求，灯杆间距约27m，灯杆高度10m。

经LPD校验，机动车道LPD值≈0.51（W/m2）＜0.6满足限值要求。

LED灯节能率=（0.59-0.51）/0.59≈13.6%

表2 次干路LED替换高压钠灯节能汇总表

使用光源 高压钠灯 LED光源光效（流明/瓦） 120 110 100 90功率（W） 250 150W色温（K） 2 000 6 500 4 000 3 000节能率（%） / 30.5 22 13.6

2 大功率LED路灯在城市主干路的节能应用研究

下面我们以一条城市主干道为例，进行照明设计模拟计算。

该城市主干道路标准横断面如下：红线宽36m，中分带2m，两侧机动车道各11m、分隔带各1.5m、非机动车道各2.5m、人行道各2m。本次计算按主干路照明标准，平均亮度按2.00 Lav（cd/m2）取值，平均照度维持值按30 Eav（lx）取值。

采用400W高压钠灯（光效120流明/瓦）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求，灯杆间距约35m，灯杆高度12m。经LPD校验，机动车道LPD值≈0.97（W/m2）＜1.00，满足对应照度值为30lx的主干路LPD限值要求。

采用250W LED灯（色温6 500/4 000/3 000K）双侧对称布灯，通过软件模拟各项满足规范要求并得出以下结论：灯杆间距约30/28/25m，灯杆高度10m。机动车道LPD值≈0.76/0.82/0.92（W/m2）。LED灯节能率≈21.6%/15.5%/5.2%。

表3 主干路LED替换高压钠灯节能汇总表

使用光源 高压钠灯 LED光源光效（流明/瓦） 120 110 100 90功率（W） 400 250色温（K） 2 000 6 500 4 000 3 000节能率（%） / 21.6 15.5 5.2

3 结论

通过计算，在本文所示次干路和主干路分别用150W和250W的大功率LED路灯替换250W和400W的高压钠灯，在三档色温档位，LED灯节能率各有不同，6 500K色温白光，节能率最高，4 000K色温暖白光节能率居中，3 000K色温暖黄光节能率最低。根据弗吉尼亚技术学院的驾驶员应激反应时间测试，5 000K色温下，驾驶人员采取动作的时间最短，故本次不推荐采用6 500K色温LED路灯。再结合本次模拟计算得出的节能汇总表，综合光效和节能的因素，推荐采用4 000K色温的LED替换高压钠灯。节能率在次干路可以达到22%，在主干路可以达到15.5%。考虑到次干路的LED灯节能率更高，适宜先期推广。

随着大功率LED光效的不断提高和LED技术日新月异的发展，将根本解决半导体照明光源高价格的成本瓶颈，道路照明采用大功率LED路灯将成为未来的发展趋势。

参考文献：

[1]北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].2版.北京：中国电力出版社，2006.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GJJ45-2015 城市道路照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

中图分类号：TM92

文献标识码： A

文章编号： 2095-6363（2017）01-0073-01

作者简介：李棋荣，华东建筑设计研究院有限公司市政工程设计院。