绿色道路照明用光源的种类和特性解析.docx
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绿色道路照明用光源的种类和特性解析
绿色道路照明用光源的种类和特性
——海宁新光阳光电有限公司
城市的道路需要合理的照明。
随着发光效率更高，使用寿命更长，照明质量更好的各种新光源的不断面世，道路照明中使用的光源也不断更新换代：
如从上世纪30年代采用低压钠灯和直管荧光灯为主，发展到上世纪60年代采用高压汞灯和高压钠灯为主，再到本世纪初开始推广使用陶瓷金卤灯系列和LED路灯系列，其目的都是体现符合时代特征的绿色道路照明的宗旨。
中国的城市化率在2008年已达到45.8%，有城市655座。
“宜居和可持续发展”已成为各城市描绘未来发展蓝图的关键词。
而绿色道路照明体现出的节能与和谐城市环境的效果，必将成为各个城市不约而同的选择。
目前，绿色道路照明用光源有超高光效高压钠灯系列，暧白光陶瓷金卤灯系列和LED路灯系列三大类。
本文主要对这类光源的特性进行综合性的评价，供中国城市道路照明的主管部门或工程师们参考。
一、超高光效高压钠灯
1、发光效率
超高光效高压钠灯在国外被称为节能型高光效高压钠灯，其特征自然是其发光效率要比常用的普通型高压钠灯的更高。
表一列出了两类高压钠灯的光通量（光效）值比较。
表一普通型和超高光效型高压钠灯的光通量（lm）
功率（w）
类别
70
100
150
250
400
600
普通型
5400
8300
14000
25000
44000
90000
超高光效型
6700
10300
18200
33500
57500
93000
浙江省宁波亚茂照明电器有限公司研发生产的超高光效高压钠灯，其综合性能已达到国际同类产品水平（见表二）
表二国内外超高光效高压钠灯的光通量比较（lm）
功率（w）
生产商
70
100
150
250
400
600
飞利浦
6600
10700
18000
33200
56500
90000
欧司朗
6600
10700
17500
33000
56500
90000
GE
6600
10700
17500
33200
56500
90000
亚茂
6700
10800
18200
33500
57500
93000
2、特点
a）.节能、发光效率是传统光源中最高的；
b）.长寿命（可达35000小时以上）；
c）.价格低，维护费用少；
d）.黄光透雾性好，不诱虫；
e）.发光体长，适用于宽幅型主干道照明；
f）.可调光（≥70%），使用变功率镇流器；
g）.用在对色彩分辨要求不高的场合。
3、结论
a）.在光效和使用寿命方面有明显的优势，透雾力强和不诱虫，使用方便，成本低，是目前道路（特别是主干道）、机场码头等大面积场合照明用主要光源；
b）.逐步用超高光效高压钠灯替代普通型高压钠灯。
二、LED路灯
白光LED技术发展迅速，发光效率不断提高（实验室：
254lm/w，商用化：
200lm/w，工作电流350mA，功率型单颗1w，Ra=75），价格不断下降，LED芯片寿命超过5万小时，市场发展前景不容置疑。
1、LED光源的总发展趋势：
在发达国家的大城市中首先推广（价格问题），低光通量要求的普通照明用LED灯泡和反射灯首先推广（如图一）
图一LED应用市场发展路线图
2、LED路灯的优点
a）.多个发光点排列结合，光照均匀；
b）.显色指数较高，75左右（但输出光谱中仅有蓝绿光）；
c）.100%可调光；
d）.单颗（1w）LED光效高，寿命长（模组化后？
），替换传统光源的路线明确。
3、目前LED路灯的性能
a）.模组化后的系统光效约是单颗光效的70%左右，温升使光效下降约20%，光路损耗约10%。
例：
飞利浦采用单颗功率为1w、发光效率为110lm/w的LED组装的路灯，其系统光效为62lm/w（约56%）。
b）.集成后的LED路灯寿命不可能超过3万小时，驱动芯片不能保证恒流；
①LED发光强度与工作电流大小有关；电流小，发光弱；电流过大，光衰增大（发热）。
恒流下（如350mA）才能体现节能与长寿命的优点。
功率型LED的工作电压为低压（2.75～3.8V）,目前大多数驱动电源难以保证恒流工作，影响光效与寿命。
②驱动电源自身寿命不超过2万小时：
主要是电解电容受温升的影响。
CREE：
3年，国内：
2年。
③衬底技术是影响光效与寿命的关键：
CREE：
SiC衬底，专利技术；一般：
蓝宝石衬底，先天不足。
c）.价格高，维护成本大；
d）.专利瓶颈：
CREE：
1700项美国专利，589项中国专利，3600项国际专利；
优势：
碳化碳衬底技术，荧光粉技术与芯片设计技术的组合，领先国际。
4、结论
a）.最佳组合的LED路灯光效高（系统光效可达140lm/w），可调光，节电效果最佳（40%以上）；
b）.采用最佳组合的LED路灯，远低于传统HPS的实际使用寿命；其使用寿命也仅三年左右；
c）.透雾透雨性差，恶劣天气条件下易产生交通事故；
d）.价格高，维护费用大；
e）.国内生产厂家众多，产品规格不统一，性能差别很大，做成“真正的LED路灯”有一段路要走。
※对各地推广更换LED路灯的质疑
1、2009年5月科技部组织的十城万盏计划（2010年底有42座城市列入计划），以“国家付出沉重代价”结束；
2、广东将所有路灯改为LED路灯将是灾难－瑞森尼科照明系统技术有限公司（8月22日）；
LED作为未来照明的方向是肯定的，也不反对使用LED路灯（真正的路灯），但不能拿公众的利益作为白老鼠，人民的健康和生命伤不起（周国红副总）。
3、山东淮坊市2万盏LED路灯使城市变“鬼城”。
经济领域中的左倾典型，无科学发展观。
目前主干道最好的是钠灯和陶瓷金卤灯，次干道可选陶瓷金卤灯及试点LED。
政府对LED推广不应做补贴和强制使用。
三、陶瓷金卤灯路灯
陶瓷金卤灯集石英金卤灯和高压钠灯的优点于一身，不但具有高的显色指数，其发光效率和寿命指标也极其优秀。
表三和表四分别列出了飞利浦公司和新光阳公司的性能参数。
表三飞利浦cosmopolis陶瓷金卤灯系列的光电参数
产品型号
额定功率（w）
光效（lm/w）
显色指数
色温（k）
寿命（hrs）
45w/628
45
96
60
2800
30000
60w/728
60
114
66
2800
30000
90w/728
90
116
66
2800
30000
140w/728
140
118
66
2800
30000
表四海宁新光阳光电有限公司陶瓷金卤灯系列的光电参数
产品型号
额定功率（w）
光效（lm/w）
显色指数
色温（k）
寿命（hrs）
50w/830
50
≥90
≥80
3000±200
15000
70w/830
70
≥95
≥80
3000±200
15000
100w/830
100
≥100
≥80
3000±200
15000
150w/830
150
≥110
≥80
3000±200
15000
1、陶瓷金卤灯路灯（暧白色）的优点
a）输出光谱为接近太阳光的自然白光，可产生如下效果：
※色彩表现力强，能更好地创造更生动更有吸引力的夜间环境，增加商场营业额；
※显著提高可视度，安全感加强，可使城市犯罪率下降（如华盛顿的抢却率下降了85%，纽约的流氓行为减少了50%以上）；
※更易分辨道路和周边环境的细节，从而提升行车安全性，可明显减少交通事故。
b）中间视觉效应使陶瓷金卤灯的实际光效更高；
图二为高压钠灯和陶瓷金卤灯光谱分布及其与不同视觉条件下的的视见函数Va的对应关系。
由图可见，中间视觉条件下（马路照明状况），高压钠灯的实际光效下降了，而含有丰富蓝绿光的陶瓷金卤灯的实际光效上升了，如图三所示。
图二中间视觉
图三不同光源在中间视觉下的光谱分布
雾都英国伦敦政府鼓励道路照明推广暧白光陶瓷金卤灯，并制定了不同等级道路的亮度标准（见表五）。
表五英国道路照明中采用白光灯的标准
道路照明等级
ME1
ME2
ME3
ME4
ME5
ME6
平均亮度值
（cd/㎡）
2.0
1.5
1.0
0.75
0.5
0.3
白光下的平均亮度值
（cd/㎡）
1.63
1.16
0.74
0.52
0.32
0.18
下降值（%）
18.5
22.7
26.0
30.7
36.0
40.0
c）寿命长（15000～30000小时）；
d）可调光【（30～40）%下浮时Ra基本不变】；
e）价格低，维护费用少；
f）黄色光谱丰富，透雾性好。
2、不同道路照明中用陶瓷金卤灯的区别
飞利浦：
Cosmopolis系列
GE:
StreetWise系列
海宁新光阳：
XGY系列
前二款为同一类型，其特点是电弧放电管的管径与长度比为1：
5，比高压钠灯的1：
8要短，而XGY公司的G12系列其比例为1：
1.5，发光长度更短。
飞利浦公司认为当管径/发光长度=1：
5时有最佳光学效率，如图四所示。
图四飞利浦公司认为放电管管径/长度比例
实际上，不同发光长度的光源配用匹配的灯具反射器都能满足被照路面照度值和均匀度的要求，接近点光源的光源更有利于灯具光学效率的提高。
Cosmopolis陶瓷金卤灯采用了传统高压钠灯类似的灯具，而新光阳采用了利用系数更高的镀膜型反射器。
图五是该反射器的图片，图六和图七分别是配用新光阳公司G12陶瓷金卤灯的配光曲线和路面亮度分布图。
图五镀膜型反射器
图六配用新光阳公司G12陶瓷金卤灯的光强度分布曲线
图七配用新光阳公司G12陶瓷金卤灯的路面等照度曲线
3、结论
a）暧白光陶瓷金卤灯的发光效率比小功率高压钠灯的高，显色指数≥68（XGY≥80）；
b）中间视觉效应使陶瓷金卤灯的实际光效更高，采用暖白光时的路面亮度要求平均下降30%以上，配备智能调光系统，总节电接近45%，节能减排效果明显；
c）采用暖白光陶瓷金卤灯，透雾性好，安全性高；
d）高流明维持率：
15000小时下≥70%；
e）高的照明质量，是城市马路照明的最佳光源（芝加哥、首尔、伦敦）。
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