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    學術論壇

    北方道路照明的應用研究與探討

    發布時間:2022-10-25 09:51:29

    北方道路照明的應用研究與探討

    阮程1,黃耀偉1,陳昊1,汪洋1,2

    (1.長春希達電子技術有限公司,吉林長春 130103;2.中國科學院長春光學精密機械與物理研究所,吉林長春 130103)

    摘要:LED路燈作為道路照明的新一代產品,相比于傳統主流的照明產品具有諸多優勢,但在大規模推廣的過程中,關于LED路燈光源色溫和封裝形式的研究偏向與選擇存在一些爭議。本文以長春市吉林大路沿線照明提升改造項目為例,探討契合目前城市道路照明設計標準的以人為本,安全舒適的LED路燈設計策略,嘗試提出適合北方地區的綠色健康LED路燈設計建議,為未來城市道路照明設計提供參考。

    關鍵詞:LED路燈;道路照明;色溫;封裝形式;以人為本

    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

    隨著科技的飛速發展,生活節奏隨之越來越快,早出晚歸已經成為現代人的日常習慣,高效節能,綠色健康的生活理念逐漸成為人們追求的目標。傳統的道路照明光源已不再滿足人們對現代照明的需求,因此,通過優化包括光效、配光、光衰和光色等光學參數,研發滿足人們生理和心理需求的智能化、舒適化、健康化的道路照明光源具有重要的意義和價值。LED作為第四代照明光源具有光效高,壽命長,體積小,響應速度快,無污染等優勢,正在逐步取代高壓鈉燈和金鹵燈等傳統道路照明光源,成為城市道路照明設計中備受青睞的新生光源[1-3]。相比于光譜功率分布相對固定的傳統光源,LED可通過不同顏色熒光粉的匹 配或不同發光波長芯片的組合,結合智能控制技術,任意調控光譜功率的分布,使得路燈光源提供照明的同時,滿足人們生理和心理舒適度的需求。但在LED路燈實地推廣的過程中,根據業界和用戶的反饋發現,尚存一些選擇和概念上的模糊認知。本文通過長春市吉林大路沿線照明提升改造項目,提出適合北方寒冬地區道路照明燈具設計策略。

    1 關于LED路燈色溫的探討

    根據GB 50352-2005《民用建筑設計通則》將中國劃分為了7個主氣候區,北方地區屬于Ⅰ類嚴寒地區或Ⅱ類寒冷地區,基于前期對道路照明色溫的研究 [4],低于3000K色溫的LED路燈更有益于提高人的舒適度和駕駛安全性,暖色溫的光線在寒冷的北方為出行的人提供溫暖的視覺和心理體驗,因此北方道路照明改造建議選用低于3000K的色溫的LED燈具。

    2 關于LED路燈光源封裝的探討

    目前路燈光源封裝包括表面貼裝(SMD)和集成封裝(COB)兩種形式,選用COB單光源進行路燈設計具有諸多優勢:

    ① 精簡生產工藝,COB燈具無需貼片、回流焊生產,降低SMD電氣引腳焊接引入的電氣失效風險,避免高溫回流焊對光源的芯片和熒光材料造成高溫損傷,省去SMD光源鋁基板的熱阻;

    ② 光學透鏡采用光學玻璃,具有耐高溫(-50℃?550℃)、抗腐蝕、抗沖擊(IK09)、耐紫外、長期使用不老化發黃, 有效減少因光學配件老化造成的產品光衰,高透光率(>97%)的優點;

    ③ 產品光源功率密度高>50W/cm2,光能量集中,易于優化提升光學設計,照射距離遠,可滿足高桿投光照明等特殊應用;

    ④ 產品采用相變散熱技術,具有取熱能力強、均溫性優越、體積小、重量輕、壽命長、環保等優良特性。解決了高功率密度COB光源的散熱難題,可保證COB光源的長期穩定工作;

    ⑤ 實現低色溫、高光效(>135lm/W @2500K),2500K色溫,讓LED光色回歸傳統,滿足最佳的道路照明要求,減少潛在的對人體健康的傷害。2500K具有極佳的穿透力,在霧霾、雨霧天氣下仍能保持較好路面照度。消除多顆粒LED路燈的光影虛化現象。通過透鏡一體化非成像光學設計技術,實現精準配光,有效減少眩光(TI<7)并提高出光效率,滿足不同道路路面均勻度要求,提供舒適的道路光環境。

    3 照明提升改造項目介紹

    長春市吉林大路照明提升改造工程西起人民廣場,東至東盛大街,括民康路、解放大路、吉林大路三段城市主干路,全線長約4.2公里,共安裝LED路燈468盞,LED中桿燈132盞,均選用2500K,單光源LED,根據不同路段照明需求,采用差異化特定光學設計,實現人本照明。

    民康路段改造前為中間隔離帶布燈,改造后為高低桿雙側對稱布置,燈桿高度為高桿12米、低桿6米,高桿燈頭功率為300W,低桿燈頭功率為120W和65W。此路段工程難點在于低桿燈頭距離居民樓最近處僅有4米,為保證路燈點亮后不影響居民的日常生活,需要進行燈具偏光設計,根據現場實際情況降低燈臂仰角,采用不同截光型的光學透鏡,采用低桿120W或65W不同功率的光源,使得現場控光效果達到理想水平,獲得業主單位的高度認可及廣大市民的一致好評。民康路改造后,現場平均照度實測值為63.55lx,平均亮度為1.73cd/㎡,均勻度為0.74,高于國家道路照明標準要求。

     

    解放大路段改造后布置有雙側高低桿路燈、多功能燈桿路燈以及中桿燈,現場道路最寬處為雙向8車道。由于路面較寬,主路燈頭選用了2×240W雙光源路燈,低桿路燈根據輔路建筑物遠近情況采用120W和65W光源。改造后平均照度實測值為80.87lx,平均亮度為1.93cd/㎡,均勻度為0.55,高于國家道路照明標準要求。

     

    吉林大路段與民康路段相似,同樣由中間隔離帶布燈變為高低桿雙側對稱布置,亦有較多居民樓及商業門市,低桿燈頭的設計對兩側樓體的光照影響降到最低,根據現場實際情況優化燈臂仰角,組合不同截光型的光學透鏡,搭配120W或65W不同功率的光源,使得現場光照效果達到最優。改造后平均照度實測值為55.44lx,平均亮度為1.62cd/㎡,均勻度為0.87,高于國家道路照明標準要求。

     


    4 北方道路照明設計建議

    城市道路照明不僅對保障交通安全、維護社會治安起著重要作用,還能美化、亮化市容市貌,裝點城市夜景環境,適合每座城市的專屬道路照明設計也將成為夜晚城市最靚麗的名片。因此,城市道路照明設計起到至關重要的作用。

    道路照明設計既要滿足城市道路照明標準基本要求,也要根據城市實際需求及老舊路段特點進行照明方案設計,提高道路照明質量,保證市民夜間出行安全,增加視覺和心理舒適度,本文結合長春市吉林大路沿線照明提升改造工程項目,針對北方道路照明設計提出以下建議:選用低于3000K色溫的暖色光源,提高駕駛安全,增加體驗舒適度,實現以人為本的健康照明光環境;選用COB封裝形式單光源LED,易于配光,靈活更換光學配件,小體積,輕量化,減少眩光危害,易于滿足不同照明功能和任務需求。

    參考文獻

    [1] 朱應昶, 肖輝. 城市道路照明智能化研究[J]. 照明工程學報, 2017(5).

    [2] 王安,張紅梅.淺談道路照明未來發展之路[J]. 光源與照明, 2017(02): 11-12.

    [3] 許洪強,梅新強,馬正紅.LED應用于道路照明的探討[J].中國照明電器, 2017(07): 40-42.

    [4] 阮程,黃耀偉,汪洋. LED路燈應用于道路照明的探討[A]. 中國照明學會.2018年中國照明論壇——半導體照明創新應用暨智慧照明發展論壇論文集[C]. 中國照明學會:中國照明學會, 2018(05).





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