1、二次光學設計
目前用于道路照明的大功率LED光效基本在70-90Lm/W,這與高壓鈉燈(100-120Lm/W)相比還具有一定的差距,但由于LED具有定向發光特性,發光角度在120度以內,通過光學器件的合理設計,這兩者差距就會明顯縮小。
1.1 燈具效率 一般傳統高壓鈉燈路燈的燈具效率在75%左右,而利用LED定向發光特性,燈具效率可以達到79%;
1.2 燈具出光效率的有效利用 傳統路燈的光通量有效利用率50%,有一部分光線溢出并且無法利用,特別是朝向屋邊的光線,不能準確地控制在照射面上,造成光污染,而LED路燈可以準確控制光線方向,有效利用率60%以上;
從上面兩點可以看出,只要LED路燈二次光學設計合理,投向目標照射面的有效光通量和傳統路燈基本接近。
1.3 一些不妥當的觀點
在當前的道路照明領域中可能存在一些不太妥當的觀點,歸納如下:
(1)強調燈具總流明數和燈下照度,忽視燈具應用場合和配光設計;
這樣造成的結果就是:路燈中心照度太高,而均勻性不夠完善。既浪費能源,還沒有達到理想的效果;
(2) 不同配光需求的混同
路燈布置方式有單側布燈、兩側交叉布燈、兩側相對布燈、丁字路口布燈、十字路口布燈和彎道布燈等多種形式。路燈不同的布置方式,其對應的配光要求是不同的。如果所有的應用場合都使用相同的配光設計,是不恰當的。
(3) 過分強調“環境比值SR”
由于道路等級和照明環境的不同,對路燈的總光通量顯然是不同的。路燈除了照亮行車道外,還應對輔道和周圍環境有一定的照明。這也是照明規范中提出“環境比值SR”的原因。但是“環境比值SR”用到任何道路就顯得不可取。因為“環境比值SR”是考慮到行車安全而提出來的,在距離行車道周邊一定范圍內,有相當的照度水平,以供駕駛人員判別周圍事物是否存在行車危險。目前,我國不少城市道路采用機非隔離或全封閉形式(如高架橋,快速線等),甚至還專門設置輔道照明燈,如果過分強調單個路燈的“環境比值SR”而提高燈具光通量,只會增加光污染。
2、LED路燈散熱設計
2.1 散熱問題的長期性
目前,我們可以使用的傳熱手段也基本明確:傳導、對流、輻射和相變傳熱(熱管就是相變傳熱的經典范例)。
根據光通量(流明)與輻射通量(瓦)以下的當量關系:
Km = 683 lm/w, 也就是說1W的輻通量在最理想的情況下(黑體輻射)可能產生683lm光通量。
由此可見,即使在某一天LED的光效達到200lm/w,也只有30%能量轉化為光能輸出,而其余的都轉化為熱能。所以,無論如何,LED燈具是必需有散熱裝置的。
2.2 路燈散熱設計的方式選擇
目前散熱方式主要有:自然對流散熱、風扇強制散熱、熱管和回路熱管散熱等。由于路燈在戶外夜間使用、散熱面大都位于燈體側上面,型狀、體積受限較小,自然散熱條件要比其他燈具好,合理的結構設計`和良好的散熱材料能確保LED結溫處于正常范圍。
3、驅動電路
LED驅動電路各式各樣,用于路燈的LED電路要充分考慮功率因素和交直流轉化效率,這樣才能真正發揮節約用電的效果,目前相當一部分LED路燈的標稱功率和實際輸入端功率相差甚大,對用戶造成經濟損失。當前采用諧振和同步整流技術的驅動電路,功率因數在0.9以上,轉換效率達85%以上。
4、工程應用
傳統路燈由于燈具選型、工程安裝、設計不合理,照明標準選擇不當,造成了大量的光污染和浪費,這一問題長期存在。如果LED路燈的實際應用和設計條件不相符,這一現象將更為突出。所以企業必需正確引導客戶使用LED燈具。
5、中間視覺
一般道路照明亮度要求在0.1-2.0 cd/㎡之間,屬中間視覺(0.0034-3 cd/㎡)研究的范疇。要達到中間視覺效率最高,可以用相對照度,根據不同的光源,光譜分布來調整相應的照度。以達到不管是黃光還是白光,對亮度的感覺都應該是一樣的。在道路照明的發展中,存在著黃光和白光的使用比較。黃光就是現在主流的高壓鈉燈,因為它光效高,壽命長。但黃光也有其不足之處。高壓鈉燈的波長接近589nm,在明視覺條件下光譜光視效率很高,但環境亮度降低到一定程度時,波長在500nm左右的白光就會顯示出更高的光視效率。LED由于光色選擇范圍較廣,在這方面具有優勢。
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