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北方道路照明的应用研究与探讨

发布日期:2021-05-07 点击次数:264

北方道路照明的应用研究与探讨

阮程1,黄耀伟1,陈昊1,汪洋1,2

(1.长春希达电子技术有限公司,吉林长春 130103;2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春 130103)

摘要:LED路灯作为道路照明的新一代产品,相比于传统主流的照明产品具有诸多优势,但在大规模推广的过程中,关于LED路灯光源色温和封装形式的研究偏向与选择存在一些争议。本文以长春市吉林大路沿线照明提升改造项目为例,探讨契合目前城市道路照明设计标准的以人为本,安全舒适的LED路灯设计策略,尝试提出适合北方地区的绿色健康LED路灯设计建议,为未来城市道路照明设计提供参考。

关键词:LED路灯;道路照明;色温;封装形式;以人为本

Research on the application of road lighting in North China

Cheng Ruan 1, Yaowei Huang 1, Hao Chen 1, Yang Wang 1,2

(Changchun Cedar Electronics Technology Co., Ltd., Changchun 130103, ChinaChangchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130103, China)

Abstract:

As a new generation of road lighting products, LED street lamps have many advantages compared with traditional mainstream lighting lamps. However, in the process of large-scale promotion, there are some disputes about the research bias and selection of LED street lamp light source color temperature and packaging form. This paper takes the lighting improvement and reconstruction project along Jilin Road in Changchun City as an example, discusses the people-oriented, safe and comfortable LED street lamp design strategy that conforms to the current urban road lighting design standards, and tries to put forward the green and healthy LED street lamp design suggestions suitable for the northern region, so as to provide reference for the future urban road lighting design.

Key words:light health indicators, visual health and comfort, light environment, design strategy

引言

随着科技的飞速发展,生活节奏随之越来越快,早出晚归已经成为现代人的日常习惯,高效节能,绿色健康的生活理念逐渐成为人们追求的目标。传统的道路照明光源已不再满足人们对现代照明的需求,因此,通过优化包括光效、配光、光衰和光色等光学参数,研发满足人们生理和心理需求的智能化、舒适化、健康化的道路照明光源具有重要的意义和价值。LED作为第四代照明光源具有光效高,寿命长,体积小,响应速度快,无污染等优势,正在逐步取代高压钠灯和金卤灯等传统道路照明光源,成为城市道路照明设计中备受青睐的新生光源[1-3]。相比于光谱功率分布相对固定的传统光源,LED可通过不同颜色荧光粉的匹 配或不同发光波长芯片的组合,结合智能控制技术,任意调控光谱功率的分布,使得路灯光源提供照明的同时,满足人们生理和心理舒适度的需求。但在LED路灯实地推广的过程中,根据业界和用户的反馈发现,尚存一些选择和概念上的模糊认知。本文通过长春市吉林大路沿线照明提升改造项目,提出适合北方寒冬地区道路照明灯具设计策略。

1 关于LED路灯色温的探讨

根据GB 50352-2005《民用建筑设计通则》将中国划分为了7个主气候区,北方地区属于Ⅰ类严寒地区或Ⅱ类寒冷地区,基于前期对道路照明色温的研究 [4],低于3000K色温的LED路灯更有益于提高人的舒适度和驾驶安全性,暖色温的光线在寒冷的北方为出行的人提供温暖的视觉和心理体验,因此北方道路照明改造建议选用低于3000K的色温的LED灯具。

2 关于LED路灯光源封装的探讨

目前路灯光源封装包括表面贴装(SMD)和集成封装(COB)两种形式,选用COB单光源进行路灯设计具有诸多优势:

① 精简生产工艺,COB灯具无需贴片、回流焊生产,降低SMD电气引脚焊接引入的电气失效风险,避免高温回流焊对光源的芯片和荧光材料造成高温损伤省去SMD光源铝基板的热阻

② 光学透镜采用光学玻璃,具有耐高温(-50℃550℃)、抗腐蚀、抗冲击(IK09)、耐紫外、长期使用不老化发黄, 有效减少因光学配件老化造成的产品光衰,高透光率(>97%)的优点

③ 产品光源功率密度高>50W/cm²,光能量集中,易于优化提升光学设计,照射距离远,可满足高杆投光照明等特殊应用

④ 产品采用相变散热技术,具有取热能力强、均温性优越、体积小、重量轻、寿命长、环保等优良特性。解决了高功率密度COB光源的散热难题,可保证COB光源的长期稳定工作

⑤ 实现低色温、高光效(>135lm/W @2500K),2500K色温,让LED光色回归传统,满足最佳的道路照明要求,减少潜在的对人体健康的伤害。2500K具有极佳的穿透力,在雾霾、雨雾天气下仍能保持较好路面照度。消除多颗粒LED路灯的光影虚化现象。通过透镜一体化非成像光学设计技术,实现精准配光,有效减少眩光(TI<7)并提高出光效率,满足不同道路路面均匀度要求,提供舒适的道路光环境。

3 照明提升改造项目介绍

长春市吉林大路照明提升改造工程西起人民广场,东至东盛大街,括民康路、解放大路、吉林大路三段城市主干路,全线长约4.2公里,共安装LED路灯468盏,LED中杆灯132盏,均选用2500K,单光源LED,根据不同路段照明需求,采用差异化特定光学设计,实现人本照明

民康路段改造前为中间隔离带布灯,改造后为高低杆双侧对称布置,灯杆高度为高杆12米、低杆6米,高杆灯头功率为300W,低杆灯头功率为120W和65W。此路段工程难点在于低杆灯头距离居民楼最近处仅有4米,为保证路灯点亮后不影响居民的日常生活,需要进行灯具偏光设计,根据现场实际情况降低灯臂仰角,采用不同截光型的光学透镜,采用低杆120W或65W不同功率的光源,使得现场控光效果达到理想水平,获得业主单位的高度认可及广大市民的一致好评。民康路改造后,现场平均照度实测值为63.55lx,平均亮度为1.73cd/㎡,均匀度为0.74,高于国家道路照明标准要求

  

图1 民康路改造后白天和夜间现场效果

解放大路段改造后布置有双侧高低杆路灯、多功能灯杆路灯以及中杆灯,现场道路最宽处为双向8车道。由于路面较宽,主路灯头选用了2×240W双光源路灯,低杆路灯根据辅路建筑物远近情况采用120W和65W光源。改造后平均照度实测值为80.87lx,平均亮度为1.93cd/㎡,均匀度为0.55,高于国家道路照明标准要求

  

解放大路改造后白天和夜间现场效果

吉林大路段与民康路段相似,同样由中间隔离带布灯变为高低杆双侧对称布置,亦有较多居民楼及商业门市,低杆灯头的设计对两侧楼体的光照影响降到最低,根据现场实际情况优化灯臂仰角,组合不同截光型的光学透镜,搭配120W或65W不同功率的光源,使得现场光照效果达到最优。改造后平均照度实测值为55.44lx,平均亮度为1.62cd/㎡,均匀度为0.87,高于国家道路照明标准要求

  

吉林大路改造后白天和夜间现场效果

4 北方道路照明设计建议

城市道路照明不仅对保障交通安全、维护社会治安起着重要作用,还能美化、亮化市容市貌,装点城市夜景环境,适合每座城市的专属道路照明设计也将成为夜晚城市最靓丽的名片。因此,城市道路照明设计起到至关重要的作用。

道路照明设计既要满足城市道路照明标准基本要求,也要根据城市实际需求及老旧路段特点进行照明方案设计,提高道路照明质量,保证市民夜间出行安全,增加视觉和心理舒适度,本文结合长春市吉林大路沿线照明提升改造工程项目,针对北方道路照明设计提出以下建议:选用低于3000K色温的暖色光源,提高驾驶安全,增加体验舒适度,实现以人为本的健康照明光环境;选用COB封装形式单光源LED,易于配光,灵活更换光学配件,小体积,轻量化,减少眩光危害,易于满足不同照明功能和任务需求。

参考文献

[1] 朱应昶, 肖辉. 城市道路照明智能化研究[J]. 照明工程学报, 2017(5).

[2] 王安,张红梅.浅谈道路照明未来发展之路[J]. 光源与照明, 2017(02): 11-12.

[3] 许洪强,梅新强,马正红.LED应用于道路照明的探讨[J].中国照明电器, 2017(07): 40-42.

[4] 阮程,黄耀伟,汪洋. LED路灯应用于道路照明的探讨[A]. 中国照明学会.2018年中国照明论坛——半导体照明创新应用暨智慧照明发展论坛论文集[C]. 中国照明学会:中国照明学会, 2018(05).

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