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LED光源的道路灯具的设计要点

• 引言

  LED应用于照明领域，是目前我国乃至世界照明界的热门话题，通过从业人员的不断努力，目前照明用白光LED在通常的照明工作条件下的系统效率（包括驱动电路），已达到40lm/w，再加上照明用LED制造成本的大幅下降，所以照明用白光LED已具备应用到一些照明领域的商用条件。

  但是，由于我国从计划经济时代以来很多年的产业结构分布所造成的局面，使得目前制造照明LED的产业群体往往缺乏对照明电器基本知识和要求的了解，而传统的照明灯具生产群体也往往缺乏对照明用LED特性的深入了解，在设计和应用中没有充分地利用LED的特点，进行扬长避短的使用，所以造成了在照明LED应用到照明装置中时，产生很多不合理的错误设计。本文就目前照明用LED应用于道路灯具中的一些主要问题，提出如下的见解。

  照明用LED在道路灯具中使用的特长

  a 普通道路照明灯具的现状和缺陷

  目前道路灯具中普遍采用的光源是高压钠灯或金属齿化物灯，这两种光源的最大特点是，发光的电弧管尺寸小，由尺寸电感器铁芯很小的电弧管产生很大的光输出，并且具有很高的光效，前者包括配套电器，可达110 lm/w，后者包括配套电器可达80 lm/w。但这类光源应用在道路灯具中时，只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的，其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的，目前普遍采用此类光源的传统灯具基本都存在两个不足，一是灯具直接照射的方向上照度很高，在次干道上可达50 lx以上，这一区域属于明显的过度照明，而两个灯具的光照交叉处的照度仅为灯下照度的40%～20%。二是此类灯具的反射器的效率一般仅为50%~60%，所以有60%左右的光输出在灯具内，是在损失了40%~30%后再投射到路面上的。此类灯具的总体效率一般都在扁平型电感70%左右（只有国际著名品牌的此类道路灯具其效率可达到80%），并且上述的过度照明区域中过多的照度也属于浪费。综合分析上述传统的道路灯具其综合的有效照明效率（扣除过度照明部分）仅为50%。也因为上述原因，目前我国次干道的照明效果（路面照度和照度的均匀度）基本都达不到CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的要求。

  b 目前采用LED光源的道路灯具的配光现状

  目前LED在道路灯具中使用的最普遍形式主要有两类，一类是采用传统的道路灯具外壳，只是在灯具内，在一个几乎是平板的安装面（也是反光面）上，装上了矩阵式的LED，这种设计方式是不可能得到良好的灯具配光的。另一类是把多个LED集成在一个圆形的区域内（区域直径大约为30mm~40mm），使这一小区域的光输出密度接近高强度气体放电灯，再利用灯具反射器进行配光，但这种设计方式的灯具分布光度也不会优于传统的道路灯具，并且由于在一个很小的区域内集成了高密度的LED，使LED的散热情况明显不良，不仅影响到LED的发光效率，而且也往往影响到LED的使用寿命。

  c 照明用LED的特长及应用

  目前照明用LED的最大特点是具有定向发射光的功能，因为目前功率型LED几乎都装有反射器，并且这种反射器的效率都明显高于灯具的反射器效率。另外，LED的光效检测时已经包括了自身反射器的效率。采用LED的道路灯具应尽可能地利用LED的定向发射光的特性，使道路灯具中一体成型电感器的各个LED分别直接把光线射向被照路面的各个区域，再利用灯具反射器的辅助配光，来实现很合理的道路灯具的综合配光。应该说，道路灯具要真正做到符合CJJ45-2006和CIE31以及CIE115标准的照度和照度均匀度要求，灯具内应包含三次配光的功能才能比较好地实现。，而带反射器的并且具有合理的光束输出角度的LED本身就具有良好的一次配光功能。在灯具内，能按照路灯具高度及路面宽度设计各个LED的安装一体成型电感器位置和发射光的方向就能实现良好的二次配光功能。在此类灯具中的反射器，只作为辅助的三次配光手段，来保证道路照度更好的均匀度。笔者在今年9月下旬参加了由上海市照明学会组织的对威海市次干道采用LED光源道路灯具的试验道路段的验收，这一试验道路的灯具及布局就是采用上述原理设计的，从现场的实测结果来看，这一试验路段正是充分利用了LED合适的定向发光功能，并采用了三次配光方式，不仅使次干道道路的照度和道路路面的照度均匀度达到了国家标准的要求，而且在灯具的主要照明方向上，也防止了此区域的局部的过度照明。由于充分利用了LED的特点，并用合理的配光方式充分地利用了LED的光输出，从而弥补了LED本身塑封电感器光效不如HID光源的不足，使整个道路单位面积在达到标准要求的前提下，其能耗仅为采用高压钠灯道路灯具的原照明设计的能耗的70%左右，取得了明显的节能效果。中国照明网技术论文•LED技术

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