由我中心联合深圳市科信局、深圳电检中心组织的LED路灯及其它路灯测试结果已公布,测试样品包括27款LED路灯和3款其它路灯。测试时间从2009年3月至7月,分为路面测试和实验室测试两部分。路面测试三次,每天正常开关灯,总亮灯时间约1200小时,侧重产品的实际照明效果和环境适应性;实验室测试两次,中间2000小时不间断亮灯,侧重产品的光学特性和稳定性能。
通过对测试结果的研究,本文对各技术指标进行初步分析,并提出相关建议。
技术指标分析
(一)光效
以表1的整灯光效来看,27款LED路灯的平均值稍好于100W钠灯,与飞利浦CosmoPlis、150W钠灯尚有较大差距。以应用光效来看,LED平均值在12m×33m区域接近150W钠灯,超过100W钠灯17.6%;在9m×33m区域则超过150W钠灯10.2%,超过100W钠灯更达32.2%。很明显,LED路灯的利用系数比CosmoPlis和钠灯高,路越窄提高越明显。不过,利用系数与横向均匀度之间存在矛盾,利用系数提高必然导致横向均匀度下降,进而影响总均匀度和环境比。
LED路灯的整灯光效相比CosmoPlis和大功率钠灯尚有差距,通过提高利用系数取得较好的应用光效是目前的现实选择。由于LED的定向发光特性,LED路灯的利用系数相比现有主流照明可提高0.05~0.10左右。从应用光效来看,指标较高的LED路灯已超过CosmoPlis和250W钠灯,逐渐接近400W钠灯,主干道应用已露曙光。不过,考虑节能效果和比较优势,LED路灯目前仍应立足路面较窄的次干道和支路,取得优势再向主干道渗透。
(二)光衰
从表2看,24款LED路灯光衰平均值介于100W和150W钠灯之间,与CosmoPlis尚有较大差距,但光衰较小的LED路灯的数据则与CosmoPlis很接近。
值得注意的是,实验室为2000小时不间断亮灯,而路面为每天正常开关灯,总亮灯时间仅1200小时左右。开始测试时预计实验室光衰会比路面光衰大,但结果恰恰相反。24款LED路灯中,除1款的实验室光衰大于路面光衰外,其余23款均小于路面光衰且差距很大。经分析,原因如下:环境温度对LED路灯的光效影响严重,第三次路面测试的环境温度比次高了约10oC;道路灰尘大,汽车尾气污染严重,灯具出光面受污染, 光效下降快。因此,LED路灯的散热设计至关重要,但防护等级也不容忽视。
(三)配光
以表3的总均匀度来看,27款LED路灯的平均值在12m×33m区域比CosmoPlis和钠灯差,没有达到次干道标准0.35,但在9m×33m区域成功反超,达到主干道标准0.40,这充分说明LED路灯具有良好的控光能力,特别适合较窄路面。横向均匀度为本次测试创新,对现有主流照明并非特别必要,但对定向出光的LED有一定的评价作用,可避免LED路灯为提高目标路面照度而忽视现场观感和环境比。因此,LED路灯必须充分考虑道路照明需求,善用控光能力,在利用系数和横向均匀度之间取得平衡。
与均匀度相关联,本测试从实验室数据中提炼出半峰光束角、峰值光强位置r等参数作为评价指标。C0/180、C90/270半峰光束角分别与纵向和横向均匀度关系密切,峰值光强位置r则与照度、亮度均匀度指标均有关系。按北美照明学会(IESNA)对灯具的分类方法,不同类型灯具对应不同参数,各企业可参考使用。考虑我市道路实际情况和路灯适应范围,初步认为C0/180半峰光束角不宜小于120o,C90/270半峰光束角不宜小于60o,峰值光强位置r可取50o~70o范围。
(四)色温
色温决定城市夜晚的“底色”,对LED路灯的大规模推广应用十分重要。笔者认为LED路灯的色温(光色)尚有较大改善空间,归纳为五大挑战:1、LED白光的接受程度;2、光色的舒适感较差,高不成低不就(较低色温存在偏绿问题,较高色温存在偏绿偏紫问题);3、同型号产品色温一致性不佳;4、色温不同方向的均匀性较差;5、色温的漂移较严重。
从表4看,27款LED路灯的整灯光效平均值随着色温提高而提高,在5500-6000K区间达到值,为59.6Lm/W,然后随着色温提高而逐步下降。由于5500-6000K区间的LED路灯数量所占比例达40.8%,同时整灯光效平均值,所以可认为目前5500-6000K为LED路灯的主流色温区间。相比之下,色温<5000K的整灯光效平均值仅45.5Lm/W ,差距非常明显。
LED路灯色温区间的选择,需要在满足道路照明设计标准的前提下,充分考虑市民的接受程度,在光效、色温、成本之间取得平衡。基于目前技术水平,5000-6500K区间的冷白光可能是较好选择。
建议
总体而言, LED路灯进步明显,展示了巨大发展潜力和规模应用前景。尽管产品一致性有待提高,色温方面的研究有待深入,但在光效、光衰、配光等方面已取得不少技术突破,部分样品测试数据良好,相比现有主流路灯已有节能空间,具备明显的推广应用价值。
为了推动产品应用,促进行业健康有序发展,提出以下建议:
打破地方保护主义,鼓励先进企业跨地区自由竞争,推动技术创新,催生有核心竞争力的LED路灯企业;建立权威统一的LED路灯检测和结果发布平台,对进入采购名录的产品实行强制抽检,重建LED路灯的美誉度;注意示范道路选择,基于节能效果和比较优势,LED路灯应重点用于非主干道,取得优势后再向主干道渗透; 全面看待LED路灯的各项指标,从照明需求出发寻找光效、光衰、配光和色温之间的平衡点,指标均衡的产品才有竞争力;认识道路照明的特殊性,注意应用光效、半峰光束角、峰值光强位置r、色温纵向均匀度、合理色温区间等技术细节,通过改进细节来改善产品;重视LED的色温研究,预计色温将是未来几年LED路灯研究和国际竞争的焦点和热点;开展应用研究,从工程需求、道路照明需求和人的需求出发,寻找其与LED特性的契合点,生产出更高效、更合理、更可靠、更宜人的产品,推动LED路灯的规模应用。
邬辉麟、吴春海
深圳市灯光环境管理中心
表1:整灯光效、应用光效与利用系数
路灯类型 整灯光效
(Lm/W) 12m×33m 9m×33m
应用光效
(Lm/W) 利用系数 横向
均匀度 应用光效
(Lm/W) 利用系数 横向
均匀度
整灯光效LED 81.5 48.9 0.60 0.42 39.3 0.48 0.53
应用光效LED 79.6 49.9 0.63 0.43 40.2 0.51 0.52
LED平均 54.8 36.1 0.66 0.21 31.2 0.57 0.38
CosmoPlis 85.1 45.0 0.53 0.45 34.5 0.41 0.45
150W钠灯 67.3 36.4 0.54 0.50 28.3 0.42 0.53
100W钠灯 54.4 30.7 0.56 0.48 23.6 0.43 0.52
注:应用光效为设定区域内的总光通与输入功率的比值;横向照度均匀度为道路横向的测点
最小照度与照度的比值。
表2:实验室与路面光衰
路灯类型 实验室2000小时光衰 路面1200小时光衰
12m×33m 9m×33m
实验室光衰最小LED 1.2% 9.3% 7.7%
路面光衰最小LED 3.3% 8.0% 5.9%
LED平均 5.6% 14.1% 12.9%
CosmoPlis 1.9% 10.8% 10.5%
150W钠灯 5.1% 9.1% 8.7%
100W钠灯 5.6% 16.1% 15.1%
注:由于3款LED路灯的光衰数据不全,本表LED路灯样本为24个。
表3:实验室与路面配光参数
路灯类型 半峰光束角 峰值光强位置 12m×33m 9m×33m
C0/180 C90/270 r 总均匀度 横向均匀度 总均匀度 横向均匀度
总均匀度LED 137.6 87.1 61.0 0.61 0.43 0.67 0.52
LED平均 125.9 70.1 43.7 0.31 0.21 0.40 0.38
CosmoPlis 143.3 54.9 69.0 0.38 0.45 0.38 0.45
钠灯150W 109.0 49.3 36.0 0.37 0.50 0.36 0.53
钠灯100W 135.1 52.2 51.0 0.38 0.48 0.37 0.52
表4:色温与光效
色温区间(K) <5000 5000-5500 5500-6000 6000-6500 >6500 全部
平均色温(K) 4480 5165 5746 6363 7558 6035
LED整灯光效平均值(Lm/W) 45.5 53.0 59.6 56.0 50.6 54.8
数量(款) 3 3 11 4 6 27
比例 11.1% 11.1% 40.8% 14.8% 22.2% 100%
对话深圳市灯光环境管理中心主任邬辉麟
《十城万盏参考》:“十城万盏”半导体照明应用工程,将给深圳城市道路照明带来哪些直接或间接的效益?
邬辉麟:我中心是深圳城市照明(包括道路照明和景观照明)的专业管理机构。目前,LED已在我市的景观照明建设中大显身手,营造了靓丽的夜晚景观。在“十城万盏”半导体照明应用工程的推动下,LED路灯的技术水平和产品质量都有了长足进步。对深圳这样的LED产业基地,既促进城市经济发展,又为我市道路照明提供节能环保、绿色低碳的新一代光源,直接和间接效益不言而喻。但要提醒一点,对道路照明来说,照明效果良好,系统稳定可靠仍然是最重要的效益,因此LED产业需要把产品质量和系统稳定性放在位。
《十城万盏参考》:在LED路灯的布设上,深圳对于太阳能技术与半导体照明(LED)相结合加以应用的模式如何评价?结合深圳的实际,此项目是否可为?
邬辉麟:对太阳能技术与LED的结合,理论上很匹配,发挥了直流供电的优点,但在实施时要注意因地制宜、因时制宜,不能盲目推广。结合深圳实际,该项目的制约因素仍然是太阳能。首先,市内高楼林立,树木茂密,太阳光遮挡严重。其次,市政路灯功率较大,一般在150W以上,所需太阳能板面积较大,对城市景观影响较大;为应对台风,也需增加灯杆和基础的费用。最后,大部分配件为专利产品,市场上无替代产品,同时蓄电池的稳定性不理想,对长期的维护管理工作有影响。综上所述,该项目的优点和缺点同样突出,在市政路灯上大规模应用的条件尚不成熟。但如果能因地制宜,在一些缺少市电电源,对照度要求较低和遮挡较少的空旷路段,如公园园道、海边步道安装太阳能甚至风光互补LED路灯,效果会更好。