1、LED 道路照明灯具光度数据的现状分析本文对 2009 年下半年的 100 个 LED 路灯的光性能质量进行持续性的统计分析，是 2009 年度中期“LED 道路照明灯具光度数据的现状分析”的续篇。这些数据是评价 LED 路灯光度性能质量现状和发展的基础。希望能用发展的角度去看待 LED 路灯的现有水平，为提高和改进我国的 LED 路灯的质量提供一些相关信息，为各级道路设施管理部门的规划提供客观的参考数据。统计工作的总结已表明，对 LED 路灯进行持续性的数据总结是非常必要的。从出现 LED 路灯到目前为止仅 3 年时间，虽然 LED 路灯在各方面的进步非常快，但比较已使用半个世纪的高压钠灯和
2、金属卤化物灯来说，LED 路灯应该经受更长时间的考验，不断改善质量，才能逐渐被照明行业认可。本文的数据归类统计的方法仍使用美国能源部（DOE）出版的 SSL 灯具符合能源之星的合格判据。本文的分析涉及 LED 路灯的光度学性能，包括灯具的光输出、沿道路的纵向光分布、沿道路的横向光分布、C-90和 C-270的配光对称性、光束均匀度和截光水平，同时还分析了灯具的能效。本文未涉及 LED 路灯的色度性能和光输出维持率。本文的数据来自我们在 2007 年至 2009 年年底所测得的 200 个功率在 50W-200W 左右、机动车道用、杆高 8m 及以上的悬臂式 LED 道路照明路灯具的光度学数据，
3、这些 LED 路灯所涉及的功率分布见图 1。图 1 将 LED 路灯的功率由高至低分成四档，其中除了 100W150W 的灯具比例在提高，其它三档都在持续降低，到目前为止，这个功率范围的路灯已占有最高比例。本次统计增加了来自深圳、辽宁和芬兰的路灯，这些样本数据对于反映 LED 路灯的情况具有代表性，样本产地覆盖的地区及数量分布见图 2。一、被测灯具的光输出光输出也称光通量，研究 LED 的光通量是为了分析目前 LED 灯具光输出能力，并根据道路照明国家标准规定的照明标准值，对相关 LED 路灯光输出值所适用的道路条件进行预测。1检测数据的说明城市中的机动车道路分为快速路或主干路、次干路和支干路
4、。路灯的光通量是保证路面达到道路照明标准要求的照度水平的基本条件。根据国家标准对各类道路照明水平的要求，我们将 LED 路灯的光输出（单位 lm）分为2300、23004000、4000-5000、5000-7500、7500-9000、9000-10500、10500-12000、12000-13500、13500-15000 和15000 10 个区段，检测结果给出的落在各个区段的LED 路灯的数量及其统计见表 1 和图 3，要说明的是光通量最小值 2300lm 也参考了 DOE 给出的LED 路灯光通量的最小值。-最小值 2300lm：支路是次干路与居住区道路之间的连接道路. 满足双车道
5、支路的照明水平，灯具的初始光通量应达到 2300lm。-2300-4000lm：次干路是城市中与主干路结合组成路网、起集散交通作用的道路，其照度要求达到 10lx。满足次干路二车道至三车道的照明水平，灯具的初始光通量应达到 2300-4000lm。-4000-5000lm：满足次干路四车道的照明水平，灯具的初始光通量应达到 4000-5000lm。-5000-7500lm：主干路是连接城市各主要分区的干路，采取机动车与非机动车分隔形式。机动车在主干路上的行驶速度比次干路快，照明水平比次干路高，其照度要求达到 20lx。满足主干路二车道的照明水平，灯具的初始光通量应达到 50007500lm。-
6、7500-9000lm：满足主干路三车道的照明水平，灯具的初始光通量应达到 50007500lm 。-9000lm：达到主干路四车道的照明水平，灯具的初始光通量应达到 9000lm 以上。以照度达到30lx 计，路灯单侧布置时，灯间距为 12m30D（23.5+23.5 ）+15D（5+5 ）=90000.8，以双侧对称布置时，灯间距为 24m。以此类推，大于 10500lm 的光通水平达到五车道的照明需求，大于 12000lm 的光通水平达到六车道的照明需求。根据 2009 年下半年的数据统计的需要，又增加四个光通量水平的统计类别，它们是：10500-12000lm、12000-13500l
7、m、 13500-15000 lm、15000 lm。在这增加的光通量范围内，灯具占有的比例总共达到 13%，这些 LED 路灯的光通量水平已能达到六车道甚至八车道的需求。从 2007 年至 2009 年总的趋势来看，小于 5000lm 的路灯比例在不断减少，从 2007 年占有80%，2008 年占 46.3%，2009 年上半年 22.4%，至 2009 年下半年下降至 16%，下降速率约50%。5000-7500lm 是满足主干路两车道照明需求的最低光通量，目前处于这个光通量区域的灯具比例在不断提高，达到最高比例 34%。二、被测灯具的光分布情况按 IES 对灯具光度分布的分类方法，路灯
8、的纵向光分布可按短投射配光、中投射配光或长投射配光分类，沿道路的横向配光的分类的方法是以 50%最大光强的曲线覆盖区域的位置进行的，沿道路横跨线，将道路表面分割成四个纵向宽度，即 I 类、II 类、III 类和 IV 类。图 4 是各种光分布灯具用于车行道的示意图，图 5 是一个类-中投射灯具的在半空间和道路上的等光强图例。LED 路灯的光分布应按照 IESNA 的分类方法。1.被测灯具纵向光分布的情况图 6 和表 2 是被测灯具纵向配光情况的统计。延续了 2008 年至 2009 年上半年的趋势，2009 年下半年短投射的比例又有所提高，近投射的比例再次出现降低。但总的来说，近投射的路灯仍超
9、过一半，它们不适于用作道路照明。数据反映中投射路灯的数量太低，检测样本中暂无长投射路灯。2.被测灯具沿道路的横向光分布的情况图 7 和表 3 是横向配光的情况。（1）车道数与横向配光道路照明灯具的横向配光决定了灯具适用的车道数。-光束照亮 I 类纵向宽度，路灯可以用于 2 车道；-道路灯的光束照亮 II 类纵向宽度，路灯可以用于 4 车道；-道路灯的光束照亮 III 类纵向宽度，路灯可以用于 6 车道；-宽过 III 类宽度的是第 IV 类，路灯可用于超过 6 车道。应按车道的数量配用适宜的横向配光类型的路灯，如某一 II 类横向配光的路灯的正确应用是 4 车道，那么如果错误的用于 2 车道，
10、就会有较大比例的光通量照射到道路以外的区域，光通量的利用率降低，LPD 值会受到影响。（2）目前 LED 路灯的横向配光情况2009 年下半年较 2009 年上半年，窄配光的比例再次降低，比例值减少 4%，II 型配光的比例提高 4.8%。令人欣喜的是出现了达到 III 型配光水平的路灯。但是，窄配光的路灯仍然占有半数以上，这些路灯的照明质量难以满足要求。3C-90和 C-270的配光对称性道路的纵向延伸特性，以及路边区域和屋边区域的不同照明需求，使得路灯应具有特殊的配光形式。满足道路被照亮的同时、道路边界线旁的屋边也适当照亮的要求，体现在道路照明标准中的 SR 值。路边需要的光通量多，而屋边
11、需要的少，所以路灯在满足上述光度特性以外，还应合理分配路边和屋边的光通量，即 C-90和 C-270的光通量。测量得到的灯具配光图中 C-90和 C-270平面的配光曲线不能简单得处理成对称形式，否则，将造成灯具光通量分配不合理、利用系数不高，从而降低灯具的照明效率。至 2009 年下半年，非对称的配光比例与上半年比较有提高，保持着持续上升的势头，如图 8 所示。2009 年下半年非对称占有 43.4，且最大光强全部投向路边，但对称型配光仍然超过一半。对称型配光适用于悬吊在道路中间的路灯，而且需要相应的安装结构，对于灯杆式路灯来说，这种配光是不合理的，造成光通量的浪费，如果通过提高仰角来改善路
12、边、屋边的光通比，也会因此增加眩光的程度。三、光束均匀度1.最大光强的 角最大光强的 角位置与道路照明的均匀度有关，包括照度均匀度和亮度均匀度。DOE 给出的标杆是最大光强处于 55o-65o 区域内。与路面照度相比，路面亮度均匀度能对驾驶员观察结果产生更客观的影响。路面亮度与观察角度有关，还与路面材料有关，当最大光强在垂直面内的投射角度达到 65o-75o 时，路面的亮度均匀度可达到比较高的水平。图 9 和表 4 是测得的道路灯具最大光强所在 角位置的数据。数据分析（见表 4）表明，国内的 LED 路灯最大光强所在的 角偏小，达到等照度配光要求，最大光强所在的 角位于 55o-75o 的数量
13、只占 23.5%。特别是在 2009 年以前，LED 路灯中绝大多数的最大光强投射角度都比较小。几年的数据表明达到 55o-65o 的比例在逐步上升，2007 年和 2008 年只占 10.04.9% 。2009 年上半年则快速提高到了 22.4%，2009 年下半年，最大光强 角的数据又有提高，55o-65o 、65o-75o 水平的路灯两者比例之和由 2009 年上半年的 26.5%提高至 31%。最大光强 角较低的路灯比例由 2009 年上半年的 73.5%降低至 69%，仍占有较大比例。但就从这一类 角较低的路灯里去分析，也能看到数据是在进步的。比如，其中 45o-55o 路灯的比例增
14、加了 6.6%，而 0o-45o 的比例是在降低的。2. 灯下点附近 25o 范围内的光强和最大光强的比值 0-25 I / max I图 10 和表 5 是 0-25 I / max I 测试结果的统计数据。I / max I 和最大光强的 角是评价照明均匀度的两个方面。虽然最大光强的 角 55o-65o、65o-75o 的路灯比例不断的提高（见图 10），但 2009 年下半年的数据显示 0-25 I / max I 的值位于之间的比例升至 87%， 0-25 I / max I 的水平在降低， 0-25 I / max I 为 0.5-1 路灯的配光里有许多光通量集中在了 025的灯下区
15、域内，光强变化不够大，将降低照度均匀度和亮度均匀度。由于光强的变化不够大，此类配光形式会导致下述情况：-每个路灯的照射面积较小；-灯下点较亮，灯下点周围较暗。-为得到均匀的照明效果，将导致 LPD 值的升高。四、截光水平1.截光水平的相关概念眩光来源于路灯直接射入眼睛的光线。为了改善眩光对视觉的不良影响，要求道路照明灯具具有截光控制施。从驾驶员的观察位置和观察方向分析，路灯垂直面上 80-90的光输出会直接射入眼睛造成眩光，所以应将这个区域的光通量限制在 10%以内。2.80-90的环带光通统计样本的检测数据表明，LED 路灯垂直面上 80-90的光通量 80-90 的比例基本低于总光通 的
16、10，如图 11 和表 6 所示。 2009 年下半年，LED 路灯的 80-90 10的比例有增大的现象，主要原因是最大光强投射角度提高的同时增大了 80-90 。3.80-90的光强造成灯具眩光的另一个重要因素是垂直面上 80-90的光强太大。DOE 给出的标杆是 80-90的光强 80-90 I 不超过最大光强 max I 的 5%。检测统计数据表明，到 2009 年下半年 53%的 LED 路灯满足 80-90 I / max I 5%，几年来第一次超过 80-90 I / max I 5%的比例。图 12 是 80-90光强测试结果的统计数据，如图 12 和表7 所示。五、灯具能效1
17、.灯具能效的概念灯具能效（EOL）是指在灯具的声称使用条件下，灯具发出的总光通量与其所消耗的电功率之比。假设传统 150W 及以下高压钠灯灯具的照明利用系数为 0.7、灯具效率为 0.7 时，灯具能效约为 50 lm/W，DOE 提出 LED 路灯的 EOL 应不小于 50lm/W，它是 LED 路灯能与传统光源路灯比较的门槛。2.检测数据分析a.LED 灯具的能效水平正在提高从 2007 年至 2009 年下半年，低光效的路灯比例在不断地下降，到目前为止，EOL40 和40EOL50 的路灯比例已降低至 4%和 17%，如图 13 和表 8 所示。2009 年下半年的数据显示，60EOL70
18、 的路灯比例由 16.3%提高至 27%。另有 2%的 LED 路灯光效超过了 80lm/W。六、总结在 2009 年下半年的 100 个 LED 路灯中，有一个 LED 路灯满足了上述路灯的所有要求。此路灯的功率是 84.1W，光通量达到 5500lm，配光类型属于短投射、I 类，光效达到 65.5lm/W，配光图见图 14。在之前统计的 100 个 LED 路灯中，达到上述光度性能指标的 LED 路灯有两个。比起上一次统计结果，2009 年下半年的合格数没有提高，反而是降低的。2009 年下半年，虽然大多数路灯的质量参数在不断提高，却很少有路灯能符合所有的路灯配光要求。有许多有潜力的灯具都
19、只有一项未符合要求。从下半年的数据分析，有三种情况造成某项参数的不符合：其一，在垂直角度 0-25的区域内光通量比较高， 0-25 I / max I 的值达到 0.5-1.0 的比例占有 87%。有一些路灯的最大光强 角、截光水平、光效和纵向、横向配光类型都符合要求，却忽略灯下点附近光通量的控制。其二，最大光强 角在不断提高的同时，给 80-90区域内的光强控制增加了难度。一些不合格路灯的情况是靠近 80位置的光强值超出了截光水平。其三，C-90（路边）和 C-270（屋边）对称的配光占有较大的比例。有不少路灯的纵向、横向配光类型可以达到要求，最大光强 角和照明均匀度的指标也都能达到要求。却将配光简单地设计成 C-90和 C-270对称形式，没有考虑路灯的特殊照明要求。总之，在 2007 年至 2009 年检测的 200 个 LED 路灯中，共有 3 个 LED 路灯能够满足上述的全部要求，合格率仅为 1.5%。所测的 LED 路灯质量离 DOE 的标杆要求相差甚远，有待大大地提高。
