LED路燈與高壓鈉燈路燈能效比較分析

李保軍 牟達(dá)名 姚怡良 田松林

(1.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，深圳 518055;2.深圳市半導(dǎo)體照明 (LED)及光電性能檢測(cè)公共技術(shù)平臺(tái)，深圳 518055)

1 前言

近幾年來，LED應(yīng)用領(lǐng)域跨越至照明光源市場(chǎng)。LED路燈作為一種節(jié)能產(chǎn)品，各地政府都在積極推動(dòng)其發(fā)展和使用，大有替代傳統(tǒng)高壓鈉燈的趨勢(shì)。LED路燈如果替代傳統(tǒng)的高壓鈉燈，是否能實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能，節(jié)能量是多少，成為政府各級(jí)主管部門和業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)注的問題。

為了解決以上問題，本文通過對(duì)市政主干道路在用LED路燈進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并現(xiàn)場(chǎng)拆下兩盞LED路燈帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了數(shù)據(jù)驗(yàn)證，然后與傳統(tǒng)高壓鈉燈路燈的照度計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析比較，得出了其節(jié)能效果參數(shù)，為深圳市政府推廣LED路燈提供了參考數(shù)據(jù)。

2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 準(zhǔn)備工作

(1)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)確認(rèn)

測(cè)試前對(duì)在用LED路燈的電表安裝控制、線路布置、電表準(zhǔn)確度等情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，確認(rèn)電表所讀取和控制路燈的數(shù)量，關(guān)閉其他連接到該電表的所有其他負(fù)載，為準(zhǔn)確計(jì)算LED路燈能效做準(zhǔn)備。

(2)燈桿參數(shù)測(cè)試

對(duì)在用燈桿的高度、間距、懸挑長(zhǎng)度、懸挑角度等進(jìn)行測(cè)量，獲取燈具安裝使用情況，同時(shí)為模擬比對(duì)收集數(shù)據(jù)。

(3)路面布點(diǎn)

該路段為雙向8車道，燈具采用雙側(cè)對(duì)稱布燈，中間有隔離帶。因此，依據(jù)GB/T5700—2008《照明測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)要求，我們選取單側(cè)4車道作為測(cè)試對(duì)象，選擇該路段典型區(qū)域作為測(cè)試區(qū)域。為了保證后續(xù)比對(duì)工作的準(zhǔn)確性，道路布點(diǎn)相對(duì)較密。將兩燈桿之間的區(qū)域劃分成縱向15等分，橫向16等分的矩形網(wǎng)格，采用四角布點(diǎn)法布點(diǎn)，測(cè)試每點(diǎn)的照度值(布點(diǎn)示意圖詳見圖1)，總計(jì)測(cè)試272個(gè)點(diǎn)。

圖1 照度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試布點(diǎn)圖

(4)單燈檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完后拆下兩盞LED路燈，送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配光性能測(cè)試、實(shí)驗(yàn)室照度測(cè)試和模擬比對(duì)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果

(1)功率密度

照明功率密度是單個(gè)燈具輸入功率 (包括光源和燈的控制裝置，單位:瓦)與道路的寬度 (單位:米)和相鄰兩個(gè)路燈間距 (單位:米)的乘積的比值。該路段為單側(cè)布燈，照明功率密度的計(jì)算區(qū)域如圖2。

圖2 路燈單側(cè)排布時(shí)照明功率密度的計(jì)算區(qū)域

根據(jù)道路布燈情況，所選測(cè)試區(qū)域燈桿間距:29.4m，測(cè)試道路寬度:14.4m，單個(gè)燈具實(shí)測(cè)平均輸入功率:205.68W，計(jì)算得出照明功率密度:0.49W/m2。

(2)路面照度

根據(jù)前期的道路的布點(diǎn)情況，采用照度計(jì)測(cè)試每個(gè)點(diǎn)的路面照度，詳細(xì)測(cè)試結(jié)果見表1，該數(shù)據(jù)已經(jīng)扣除當(dāng)時(shí)背景照度0.18 lx。

表1 實(shí)測(cè)照度值 (按照?qǐng)D1照度測(cè)試布點(diǎn)圖排序，單位:lx)

(3)平均照度

依據(jù) GB/T5700—2008《照明測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)要求的計(jì)算方法，采用四角布點(diǎn)法計(jì)算平均照度，計(jì)算公式如下:

式中 Eav——平均照度;

Eθ——測(cè)量區(qū)域四個(gè)角處的測(cè)點(diǎn)照度;

E0——除Eθ外，四條邊上的測(cè)點(diǎn)照度;

E——四條邊以內(nèi)的測(cè)點(diǎn)照度;

M——縱向網(wǎng)格數(shù);

N——橫向網(wǎng)格數(shù)。

計(jì)算得平均照度值為26 lx。

(4)照度均勻度

照度均勻度為最小照度與平均照度的比值。該區(qū)域的平均照度值為26 lx，最小照度為11.3 lx，故照度均勻度為0.43。

3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

3.1 實(shí)驗(yàn)室照度驗(yàn)證

為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試的準(zhǔn)確性，確定其余周邊燈具對(duì)所測(cè)區(qū)域光照度的貢獻(xiàn)量，本次測(cè)試取下所測(cè)區(qū)域的兩盞LED路燈，在實(shí)驗(yàn)室單獨(dú)安裝此燈具進(jìn)行照度測(cè)試。

為了驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試布點(diǎn)方式、數(shù)量與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試完全相同，得到實(shí)驗(yàn)室測(cè)試照度平均值為26 lx，與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果一致，因此，可得出結(jié)論一:在單側(cè)布燈的路燈正常點(diǎn)亮?xí)r，相鄰燈具對(duì)測(cè)試區(qū)域的光照度貢獻(xiàn)非常小，可忽略不計(jì)。該驗(yàn)證結(jié)論為軟件模擬道路照明提供了基礎(chǔ)。

3.2 燈具配光性能測(cè)試

為了在DIALux軟件中模擬LED路燈的照明情況，驗(yàn)證計(jì)算照度與實(shí)測(cè)照度的一致性，本次研究中用分布光度計(jì)進(jìn)行配光曲線測(cè)試，得到配光曲線如圖3、和圖4。同時(shí)得到兩盞LED路燈配光曲線的IES文件，為下一步的模擬工作奠定了基礎(chǔ)。

4 LED路燈照度計(jì)算

圖3 1號(hào)LED路燈配光曲線

圖4 2號(hào)LED路燈配光曲線

我們對(duì)LED路燈的計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。由結(jié)論一可知，相鄰燈具對(duì)測(cè)試區(qū)域的光照度影響較小，因此，此次模擬燈具數(shù)量為兩盞LED路燈，模擬3D效果圖如圖5。

模擬參數(shù)中的燈具的安裝距離，高度，懸挑長(zhǎng)度和角度以及道路寬度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)完全相同詳細(xì)模擬過程參數(shù)詳見表6。得到詳細(xì)模擬照度數(shù)據(jù)見表2，數(shù)據(jù)比較表格見表3。

表2 LED路燈照度模擬數(shù)據(jù) (單位:lx)

圖5 LED路燈模擬效果圖 (3D)

表3 LED路燈實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)比較

結(jié)論二:由以上數(shù)據(jù)可看出，LED路燈的模擬結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果符合，因此可得出采用軟件模擬高壓鈉燈的數(shù)據(jù)與LED路燈的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行比較是可行的。

5 高壓鈉燈照度模擬

由實(shí)驗(yàn)室照度驗(yàn)證得到的結(jié)論一與LED路燈照度模擬驗(yàn)證得到的結(jié)論二作為理論依據(jù)，接下來我們需要尋找與LED路燈照度較接近的高壓鈉燈來進(jìn)行模擬試驗(yàn)比較。在DIALux軟件的燈具庫中，經(jīng)過試驗(yàn)，在市場(chǎng)用量比較大兩種品牌 Philips和Schreder中找到兩款高壓鈉燈燈具，計(jì)算得到的平均照度為26 lx(Philips)和24lx(Schreder)。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表4和表5。模擬過程主要參數(shù)見表6。高壓鈉燈配光曲線見圖6和圖7。

圖6 高壓鈉燈配光曲線 (Schreder)

表4 高壓鈉燈 (Philips)照度模擬數(shù)據(jù) (單位:lx)

表5 高壓鈉燈 (Schr eder)照度模擬數(shù)據(jù) (單位:lx)

表6 模擬過程主要參數(shù)

圖7 高壓鈉燈配光曲線 (Philips)

6 能效分析

根據(jù)本次的模擬結(jié)果計(jì)算比較，此次進(jìn)行模擬的LED路燈要比所選取的兩款高壓鈉燈均節(jié)能24.1%，計(jì)算方法:詳細(xì)比對(duì)數(shù)據(jù)見表7。

7 總結(jié)

本文通過嚴(yán)密的論證過程，對(duì)在用LED路燈進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)驗(yàn)證，軟件照度模擬驗(yàn)證等方法，首先得出照度模擬的可行性和數(shù)據(jù)的可信度。以此為基礎(chǔ)，對(duì)高壓鈉燈進(jìn)行照度模擬，并與在用LED路燈的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，得出LED路燈比高壓鈉燈的節(jié)能數(shù)據(jù)。

表7 模擬結(jié)果比較

［1］GB/T5700—2008．照明測(cè)量方法．

［2］GB/T24827—2009．道路與街路照明燈具性能要求．

［3］CJJ45—2006．城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)．