高速公路路灯节能改造方案

高速公路路灯节能改造方案内容摘要：

道路照明标准 CJJ452020 灯具配光类型 截光型 半截光型 非截光型 布灯方式 安装高度 H(m) 间距 S(m) 安装高度 H(m) 间距 S(m) 安装高度 H(m) 间距 S(m) 单侧布置 H≥ Weff S≤ 3H H≥ S≤ H≥ S≤ 4H 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 13 页 共 40 页 交错布置 H≥ S≤ 3H H≥ S≤ H≥ S≤ 4H 对称布置 H≥ S≤ 3H H≥ S≤ H≥ S≤ 4H 注： Weff 为路面有效宽度 按照国家道路照明标准要求，路灯在路面上理想照度分布示意图如图（ 1）所示。 由于高压钠灯为全角 360 度发光，通常在光源背面加上一个反光装置使发出的光照射到路面上以提高能量利用。 但是由于高压钠 灯光 源庞大 ， 如果 缺乏有效的光学装置，高压钠灯在路面上形成的光斑通常是一个不均匀的圆斑：中心处很亮，而在径向衰减很快。 故传统路灯在路面上照度分布示意图 如图 (2)所示。 为了达到国家照明标准的均匀性要求，通常不得不提高输出功率使得周围暗斑的照度 才能使 主干道不小于 15 Lx,次干道不小于 8 Lx,然而大量的能量则浪费在路灯的正下方中心处和道路的外侧，从而降低了总的能量利用率。 虽然 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 14 页 共 40 页 也有 做配光的 ，但绝大部分传统路灯的配光达不到国家道路照明标准CJJ452020 要求。 而 现有的 大功率 LED 发光源是光强分布近似朗伯源的点光源 （或者由多颗晶片封装在一起，其光强分布近似面光源） ，而道路照明往往要求有特定形状的被照光场，如国家规定主干道路灯的照明区域为 10x50 平米 的矩形区域。 因此要组成道路照明系统，就不能简单地将 LED 组合一起，这样形成的圆形光场将不利于光能的利用，无法满足国家标准对整个被照区域光照度均匀性的要求。 如果能够将 LED 芯片 发出的光合理的分配道路面上面，在路面上面 形成一个均匀照度的长方形区域，则可以在低的发光效率下实现高于高压钠灯的能量利用率。 大功率 LED 路灯通过合理的光学设计，最终在路面上的照度分布示意图 如图 (3)所示。 图（ 3）大功率 LED 路灯在路面上的照度分布市意图 2 光源特性的比较 LED 作为新型光源，具有 寿命长、发光效率高、功耗低、启动时间短、显色指数高、工作温度低、结构牢固、 不怕震动、方向性好、工作电压低、无紫外辐射、重量轻等众多优点，而这些恰恰又是传统路灯所存在的缺点。 1） 寿 命方面的比较 LED 属于半导体器件，是一种固态光源，发光原理完全有别于传统光源，它内部没有灯丝，而是通过半导体材料中不同载流子之间的交换发光，从而完全避免了常规光源由于灯丝损坏而造成光源报废的问题，也完全解决了常规光源在强震动环境下难以长时间工作的难题。 CREE、 PHILIPS、 SSC 等国际著名 LED 生产商的大功率白光 LED 寿命都超过 50000 小时（光衰小于 30%）。 如果按照每天使用 10 小时计算，一盏 LED 灯 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 15 页 共 40 页 可以使用 10 年以上。 而传统路灯所用光源中平均寿命较长的也是 20200h 左右。 2） 光效方面的比 较 目前商业化的白光 LED 光效已达到 90100lm/W 左右，预计 2 年内能达到 150lm/W 以上，而这并非 LED 光效的上限，各国的专家都把 其 光效地目标定在 200lm/W 左右。 且其显色性基本上不受光效高低的影响。 就现在市面上的光源的光效来说，高压钠灯应是较高的，也是道路照明经常用到的光源，其目前的光效约在 120lm/W 左右 ，但高压钠灯光效越高，其显色性也就越低；相反，低光效的高压钠灯，其显色性就高。 3） 启动特性方面的比较 由于 LED 属半导体范畴，其发光原理是： p 区带有过量的正电荷（通常称为空穴 ）， n区带有过量的负电荷（通常称为电子），当正向导通的电压加在这个半导体材料的 pn 结上时，电子就会从 n区向 p 区移动。 在 p 区和 n区的交界处电子和空穴发生复合，复合过程中能量就会以光的形式从 LED 中发射出。 所以，只要有合适电压加在 pn 结上，在 pn 处就马上有光发出来，没有所谓的响应时间。 此外，它还可以完全调光。 传统路灯的光源在启动时，不是需要其它器件在灯泡两极上产生临时高压以激活相应气体才能点亮灯具；就是先要预热灯丝，使用其达到合适亮灯条件才能启动，并且是慢慢起动。 4） 显色指数方面的比较 人类在长期的生产 生活实践中， 已经完全 习惯于在 日光 下辨认颜色。 随着照明技术的发展，许多新光源的开发利用，人们 开始需要 经常在不同的环境下辨认 物体颜色。 有些灯光的颜色与日光 比较 相似如荧光灯、 金卤 灯等， 还有些灯光的颜色与日光有较大差异，如钠灯、装饰用的彩灯等， 人们在这些光源下观察到的 物体 颜色与日光下看到的颜色是不同的，这就涉及到光源的显色性问题。 所谓 光源的显色性 ，指 光源 照射到物体上，反映 物体本身颜色的程度，也就是颜色逼真的程度。 光源的显色性是由显色指数 Ra 来表明，它表示物体在 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 16 页 共 40 页 灯 光下 的 颜色比 在 基准光（太阳光） 下 时颜色的偏离，能 比 较全 面反映光源的颜色特性。 显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。 国际照明委员会 CIE把太阳 光 的显色指数定为 100，各类 人造 光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=20～ 25 左右 ，荧光灯管显色指数Ra=60～ 80。 一般说来，光 源 的显色指数只要大于 70以上，就能 比较 真实地反映出物体的颜色而不至于 有较大的 失真 ，显示效果较好；显色指数在 30以下，则显色效果会较差。 LED 灯具采用白色 LED 光源，显色指数可达到 75～ 80，视觉效 果要明显优于高压钠灯，因此在实际应用中，如果采用 LED 光源照明灯，只需要较低的亮度就可以达到比较满意的照明效果，从而降低了电源的功耗。 在同等视觉条件下， LED 灯相对于高压钠灯可节电 60～ 70%左右，相对于白炽灯，可节电 80～ 90%左右。 5） 抗震性能方面的比较 由上述 LED发光原理可知， LED是用环氧树脂将晶片封装起来的固态光源，其结构中没有玻璃泡、灯丝等易损坏的部件。 LED 是一种全固体结构，因此能够经受得住震动、冲击而不易引起损坏。 传统路灯上所用的光源中，均有玻璃泡和灯丝等易损坏的部件，所以在拿或运 输这些光源时都要轻拿轻放，以免损坏灯泡。 6）色温方面的比较 LED 光源的发光颜色和色温都可以灵活选择。 一般户外白光 LED 的色温可以在 2700K～ 7000K 之间无级自由选择。 传统路灯上所用光源的色温基本上固定死了的，也就是一种光源不管怎么制造，其色温基本是固定的，如高压钠灯的色温为 2700K 左右。 虽然也有少数光源（如荧光灯）色温可根据不同需求时在生产中选配不同的材料，但在市面上很少有用到以荧光灯为光源的路灯（除主供人行和非机动车通行的居住区道路外）。 7）环保方面的比较 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 17 页 共 40 页 现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中 都含有危害人体健康的汞，这些光源的生产和废弃的灯管都会对环境造成污染。 另外，还有其它光源在工作时，其光线中，含有紫外和红外的辐射，这些都是有害于人体健康的。 而 LED 则没有这些问题。 8） 灯具对光源利用率方面的比较 在传统光源里来说高压钠灯的光效目前来讲还是比较高的，用于照明的高压钠灯灯具一般设计为遮光型，因为照明要求不能产生眩目光，而高压钠灯的光源却是球型发光体，大概有 60%左右的光要通过反光从 40%的出光口射出，为了防止眩光的出现，所以反光罩必须 采用亚光面反射。 亚光面反射往往会造成光在反光罩内部进行多次反射，所以真正到达出口处的光仅剩余 20%左右。 LED 发光具有方向性，大功率 LED 管的后工艺可根据需要封装成 60 度到近 180 度的出光角，而光通量几乎不变。 设计者可根据需要直接采用所需角度的 LED 管， LED 光源利用率可以达到 88%左右， LED 灯具设计对光源的利用率却比高压钠灯高得多。 电路效率影响 的比较 ★ LED 路灯的电源效率可达 95%；高压钠灯电源效率仅为 85%(电感镇流器更低 )。 ★ LED 无需镇流器；而高压钠灯需要镇流器，功耗很大。 ★ LED 无高次谐波；而高压钠灯电路存在着大量的高次谐波，不仅给电网带来威胁，而且对人体健康也有影响。 深圳 衡立 能源管理 有限公司 能源管理专家 第 18 页 共 40 页 附件 2 ICS F 01 中华人民共。