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LED高桿照明的應用研究

發布日期:2020-08-05 點擊次數:587

 

                                                                                        LED高桿照明的應用研究            

                                                                                                                       ——以長春市人民大街為例

阮程1 黃耀偉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:本文通過對目前高桿照明現狀及問題分析,結合高效、健康、節能的人本照明需求,提出低色溫、高光效、低眩光的高桿照明設計方案,實現節能的同時,保證駕駛安全。本文以長春市人民大街為實例,簡述設計思路與實施方案,并通過實際LED高桿燈設計與傳統鈉燈性能進行對比分析,為未來LED高桿照明的發展提供參考。

關鍵詞:LED高桿照明,健康,低色溫,低眩光,節能

引言

在當前全球能源緊缺和半導體產業飛速發展的大環境下,LED作為一種新型的高效、綠色、節能的道路照明產品正在逐步替代傳統鈉燈,成為道路照明領域的一顆新星。隨著城市社會經濟的高速前進,城市道路交通建設日趨安全、舒適和健康,“以人為本,健康照明”已成為新時代道路照明的發展方向。

城市道路照明設計除嚴格按照《CJJ 45-2015城市道路照明設計標準》中規定的城市道路的主要技術指標設計,還需要考慮夜晚道路光環境對行人和駕駛者的心理和生理的影響,提高道路光環境的安全性具有重要意義。

1  LED高桿燈現狀及問題   

目前,傳統高壓鈉燈能耗高,顯色指數低,需要新型高顯色指數節能產品替換,LED高桿燈產品發展日趨成熟,利用高效節能的LED高桿燈替代傳統高壓鈉燈照明產品,實現節能減排已達成廣泛共識[1-3]。雖然LED產品性價比不斷提升,技術趨于成熟,節能優勢明顯,但多數城市特別是北方城市應用相對謹慎,遠低于政策及市場預期,通過高桿燈功能分析主要有三方面原因:

色溫問題:傳統LED高桿燈色溫主要集中在3000K~6500K,色溫偏高,穿霧性差。根據瑞利散射原理,如圖1所示,波長越短的光越容易散射,波長越長的光線穿透力越強,色溫越高,藍光成分所占比例越大,光線的穿透力越差,在雨、霧和霾等能見度低的天氣條件下,影響駕駛者的辨識能力和反應速度;我國北方冬季漫長,綠化被冰雪長時間覆蓋,從心理角度分析,當地居民更喜歡鈉燈色色溫高桿燈產品。

 

圖1 瑞利散射示意圖及各波長的瑞利散射相對強度

舒適度問題:光源色溫的選擇影響人們心理和生理的感受,根據《CJJ 45-2015城市道路照明設計標準》規定,機動車道照明平均照度維持值10-30 lx,交會區照明標準30-50lx,對應Philips高級工程師Kruithof提出的光源照度色溫與人體生理反應的關聯曲線,如圖2所示,滿足人的生理和心理舒適度需求的色溫低于2500 K,這在目前的LED高桿燈中未見覆蓋此范圍的色溫區間;根據Rea團隊的研究表明[4],低色溫的照明環境可以降低藍光對人視覺和節律的危害,提高視覺舒適度和駕駛安全性。

 

圖2 視覺舒適度曲線[5]

后期維護問題:傳統LED高桿燈主要采用光源一體化燈具散熱結構設計和多模組燈具散熱結構設計,種類單一,在后期互換性差,維護成本高,甚至受燈具供應商制約,無法更換維修。

2  天芯系列-LED高桿燈

長春希達電子技術有限公司業界首創的單光源可互換鈉燈色LED高桿燈突破上述傳統LED高桿燈存在的技術難題,實現了一系列低色溫,高光效,舒適安全,健康可靠的新一代道路照明產品。希達2200K單光源、低色溫、高光效LED高桿燈產品具備以下特點:

(1)低色溫高光效長壽命

突破色溫低、光效高的技術瓶頸。采用2200K色溫,與高壓鈉燈同色,穿透力強,適用于各種霧霾及雨雪天氣多發的北方地區使用,保障道路交通安全,同時到溫暖城市作用。整燈光效超過130lm/W,打破低色溫導致低光效的業內難題。

(2)高均勻照度無眩光無虛影

采用超大功率燈具多維度一體化光學系統設計技術,高可靠千瓦級燈具光電熱系統集成熱管理技術,千瓦級LED照明燈具產品可靠性技術等領先核心技術,解決大功率LED燈具的散熱、眩光和可靠性控制等難題,實現產品全周期可控。采用單光源設計,無虛影,為駕駛者對夜間行車時路面環境的判斷給予了最大的保障,極大的提高了道路駕駛安全性。

(3)大角度偏光透鏡

透鏡采用40°偏光的大角度偏光高硼硅玻璃透鏡設計,有效抑制逆向出光角度和光強,提高路面的光線利用率,高硼硅玻璃材質耐高溫、抗沖擊、透光率達92%以上。

(4)工業設計

外觀設計簡約,融入北方雪花冰晶元素,八角對外面采用鏤空對稱設計理念,兼具增大空氣對流散熱的功能結構和外觀設計的藝術美感;整燈外部結構執行汽車標準的噴涂工藝,提高抗腐蝕性;整燈防護等級可達IP66。

 

圖3 天芯系列-LED高桿燈

5)智能控制

可選配智能化無線或有線控制系統,可集中控制,智能調光,實現進一步節能。同時以高桿燈為載體,結合WiFi互聯網技術,電力載波物聯網技術,傳感技術,形成智慧高桿燈平臺系統,滿足智慧城市建設。主要應用包括智慧高桿燈綜合管理中心、智慧照明管理系統、視頻監控系統、WiFi覆蓋系統、智慧傳感及發布系統、緊急報警系統、充電樁系統,用戶可以根據實際需求選擇不同的應用子系統進行組合應用。

接下來以長春市市區內最長、最寬的主干道人民大街照明設計為例,采用希達天芯系列-LED高桿燈替換傳統高壓鈉燈,并對改造后效果進行展示。

3 人民大街交會路照明設計實施及效果展示

人民大街是長春市區的中軸線,全長13.7公里,寬度達36-54米,貫穿長春中心城區街。人民大街全線高桿燈改造包括75根燈桿,435盞高桿燈,此次改造包含15米、18米、30米三種不同高度的燈桿,所用燈具全部采用希達電子天芯系列-240W LED高桿燈,下圖為改造后街區實景圖片,路面照度和均勻度明顯提高,2200K色溫體驗舒適。希達公司開發的鈉燈色LED高桿燈產品,采用LED大空間照明應用新技術,經中國照明學會照明科技新產品鑒定,該技術研究成果整體達到了國內領先水平,產品通過歐盟環保強制指令認證RoHS認證和歐盟強制安全認證CE認證。

    

圖4 白天(左)和夜間(右)人民大街勝利公園地鐵口高桿燈

   

圖5 人民大街省委(左)和市政府(右)

4  結論

城市道路照明設計應做到符合國家城市道路照明設計標準和國家城市綠色照明規劃設計的要求,本文積極響應國家實行節能減排,倡導綠色環保的號召,在長春市人民大街全線實施LED高桿照明改造項目,照明效果得到顯著提升,用戶反饋效果良好。通過“重點突出、層次分明”的照明設計,使燈光與環境相得益彰,營造了和諧有序、溫馨舒適的城市健康光環境。

隨著社會經濟的發展,道路照明不單是便民出行,還在于為人們提供優質的主觀體驗。未來,希達電子將繼續踐行“科技創新,產業報國”的發展理念,發揮中科院在技術創新與產業發展方面的引領作用,瞄準國際前沿水平,打造高端LED照明產品,竭誠為客戶提供優質LED照明產品的綜合解決方案,為推動我國照明事業的持續發展貢獻力量。

參考文獻

[1] 竇林平.國內LED照明應用探討[J].照明工程學報,2011,22(06):51-58.

[2] 劉承東.LED高桿燈在道路照明中的應用[J].中國照明電器,2009(03):30-34.

[3] 郭起宏,高京泉,賀孝田.LED道路照明若干技術瓶頸問題探討[J].照明工程學報, 2010, 21 (01): 64-68.

[4] Rea M S, Figueiro M G, Bullough J D, et al. A model of phototransduction by the human circadian system[J]. Brain Research Brain Research Reviews, 2005, 50(2): 213-228.

[5] 2013飛利浦工業照明應用手冊[M]. 上海, 2013.

 

上一條光環境與書法展品喜好程度的相關性研究
下一條LED照明產品白光定義及其光色一致性研究

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