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LED高杆照明的应用研究

发布日期:2020-08-05 点击次数:520

 

                                                                                        LED高杆照明的应用研究            

                                                                                                                       ——以长春市人民大街为例

阮程1 黄耀伟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:本文通过对目前高杆照明现状及问题分析,结合高效、健康、节能的人本照明需求,提出低色温、高光效、低眩光的高杆照明设计方案,实现节能的同时,保证驾驶安全。本文以长春市人民大街为实例,简述设计思路与实施方案,并通过实际LED高杆灯设计与传统钠灯性能进行对比分析,为未来LED高杆照明的发展提供参考。

关键词:LED高杆照明,健康,低色温,低眩光,节能

引言

在当前全球能源紧缺和半导体产业飞速发展的大环境下,LED作为一种新型的高效、绿色、节能的道路照明产品正在逐步替代传统钠灯,成为道路照明领域的一颗新星。随着城市社会经济的高速前进,城市道路交通建设日趋安全、舒适和健康,“以人为本,健康照明”已成为新时代道路照明的发展方向。

城市道路照明设计除严格按照《CJJ 45-2015城市道路照明设计标准》中规定的城市道路的主要技术指标设计,还需要考虑夜晚道路光环境对行人和驾驶者的心理和生理的影响,提高道路光环境的安全性具有重要意义。

1  LED高杆灯现状及问题   

目前,传统高压钠灯能耗高,显色指数低,需要新型高显色指数节能产品替换,LED高杆灯产品发展日趋成熟,利用高效节能的LED高杆灯替代传统高压钠灯照明产品,实现节能减排已达成广泛共识[1-3]。虽然LED产品性价比不断提升,技术趋于成熟,节能优势明显,但多数城市特别是北方城市应用相对谨慎,远低于政策及市场预期,通过高杆灯功能分析主要有三方面原因:

色温问题:传统LED高杆灯色温主要集中在3000K~6500K,色温偏高,穿雾性差。根据瑞利散射原理,如图1所示,波长越短的光越容易散射,波长越长的光线穿透力越强,色温越高,蓝光成分所占比例越大,光线的穿透力越差,在雨、雾和霾等能见度低的天气条件下,影响驾驶者的辨识能力和反应速度;我国北方冬季漫长,绿化被冰雪长时间覆盖,从心理角度分析,当地居民更喜欢钠灯色色温高杆灯产品。

 

图1 瑞利散射示意图及各波长的瑞利散射相对强度

舒适度问题:光源色温的选择影响人们心理和生理的感受,根据《CJJ 45-2015城市道路照明设计标准》规定,机动车道照明平均照度维持值10-30 lx,交会区照明标准30-50lx,对应Philips高级工程师Kruithof提出的光源照度色温与人体生理反应的关联曲线,如图2所示,满足人的生理和心理舒适度需求的色温低于2500 K,这在目前的LED高杆灯中未见覆盖此范围的色温区间;根据Rea团队的研究表明[4],低色温的照明环境可以降低蓝光对人视觉和节律的危害,提高视觉舒适度和驾驶安全性。

 

图2 视觉舒适度曲线[5]

后期维护问题:传统LED高杆灯主要采用光源一体化灯具散热结构设计和多模组灯具散热结构设计,种类单一,在后期互换性差,维护成本高,甚至受灯具供应商制约,无法更换维修。

2  天芯系列-LED高杆灯

长春希达电子技术有限公司业界首创的单光源可互换钠灯色LED高杆灯突破上述传统LED高杆灯存在的技术难题,实现了一系列低色温,高光效,舒适安全,健康可靠的新一代道路照明产品。希达2200K单光源、低色温、高光效LED高杆灯产品具备以下特点:

(1)低色温高光效长寿命

突破色温低、光效高的技术瓶颈。采用2200K色温,与高压钠灯同色,穿透力强,适用于各种雾霾及雨雪天气多发的北方地区使用,保障道路交通安全,同时到温暖城市作用。整灯光效超过130lm/W,打破低色温导致低光效的业内难题。

(2)高均匀照度无眩光无虚影

采用超大功率灯具多维度一体化光学系统设计技术,高可靠千瓦级灯具光电热系统集成热管理技术,千瓦级LED照明灯具产品可靠性技术等领先核心技术,解决大功率LED灯具的散热、眩光和可靠性控制等难题,实现产品全周期可控。采用单光源设计,无虚影,为驾驶者对夜间行车时路面环境的判断给予了最大的保障,极大的提高了道路驾驶安全性。

(3)大角度偏光透镜

透镜采用40°偏光的大角度偏光高硼硅玻璃透镜设计,有效抑制逆向出光角度和光强,提高路面的光线利用率,高硼硅玻璃材质耐高温、抗冲击、透光率达92%以上。

(4)工业设计

外观设计简约,融入北方雪花冰晶元素,八角对外面采用镂空对称设计理念,兼具增大空气对流散热的功能结构和外观设计的艺术美感;整灯外部结构执行汽车标准的喷涂工艺,提高抗腐蚀性;整灯防护等级可达IP66。

 

图3 天芯系列-LED高杆灯

5)智能控制

可选配智能化无线或有线控制系统,可集中控制,智能调光,实现进一步节能。同时以高杆灯为载体,结合WiFi互联网技术,电力载波物联网技术,传感技术,形成智慧高杆灯平台系统,满足智慧城市建设。主要应用包括智慧高杆灯综合管理中心、智慧照明管理系统、视频监控系统、WiFi覆盖系统、智慧传感及发布系统、紧急报警系统、充电桩系统,用户可以根据实际需求选择不同的应用子系统进行组合应用。

接下来以长春市市区内最长、最宽的主干道人民大街照明设计为例,采用希达天芯系列-LED高杆灯替换传统高压钠灯,并对改造后效果进行展示

3 人民大街交会路照明设计实施及效果展示

人民大街是长春市区的中轴线,全长13.7公里,宽度达36-54米,贯穿长春中心城区街。人民大街全线高杆灯改造包括75根灯杆,435盏高杆灯,此次改造包含15米、18米、30米三种不同高度的灯杆,所用灯具全部采用希达电子天芯系列-240W LED高杆灯,下图为改造后街区实景图片,路面照度和均匀度明显提高,2200K色温体验舒适希达公司开发的钠灯色LED高杆灯产品,采用LED大空间照明应用新技术,经中国照明学会照明科技新产品鉴定,该技术研究成果整体达到了国内领先水平,产品通过欧盟环保强制指令认证RoHS认证和欧盟强制安全认证CE认证。

    

图4 白天(左)和夜间(右)人民大街胜利公园地铁口高杆灯

   

图5 人民大街省委(左)和市政府(右)

4  结论

城市道路照明设计应做到符合国家城市道路照明设计标准和国家城市绿色照明规划设计的要求,本文积极响应国家实行节能减排,倡导绿色环保的号召,在长春市人民大街全线实施LED高杆照明改造项目,照明效果得到显著提升,用户反馈效果良好。通过“重点突出、层次分明”的照明设计,使灯光与环境相得益彰,营造了和谐有序、温馨舒适的城市健康光环境。

随着社会经济的发展,道路照明不单是便民出行,还在于为人们提供优质的主观体验。未来,希达电子将继续践行“科技创新,产业报国”的发展理念,发挥中科院在技术创新与产业发展方面的引领作用,瞄准国际前沿水平,打造高端LED照明产品竭诚为客户提供优质LED照明产品的综合解决方案,为推动我国照明事业的持续发展贡献力量。

参考文献

[1] 窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报,2011,22(06):51-58.

[2] 刘承东.LED高杆灯在道路照明中的应用[J].中国照明电器,2009(03):30-34.

[3] 郭起宏,高京泉,贺孝田.LED道路照明若干技术瓶颈问题探讨[J].照明工程学报, 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飞利浦工业照明应用手册[M]. 上海, 2013.

 

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