從配光設(shè)計(jì)角度談LED道路照明節(jié)能

　　2.2 照度亮度比(E/L)

　　照度亮度比是指道路計(jì)算面的平均照度與平均亮度的比值，可由公式（4）計(jì)算得到：

　　式中Eavg———道路計(jì)算面內(nèi)的平均照度；

　　Lavg———道路計(jì)算面內(nèi)的平均亮度。

　　該技術(shù)指標(biāo)由燈具配光的類型、路面的材質(zhì)、光線照射到路面的入射角大小、觀察員的位置和視線方向等因素有關(guān)，對(duì)于道路照明而言，國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的觀察員位置為距離道路計(jì)算面60米遠(yuǎn)、高度1.5米的位置。JTJ026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的瀝青路面E/L比值按照15～22取值，水泥路面E/L比值按照10～13取值。根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的配光可以使該比值降低，甚至低于規(guī)范推薦的范圍很多，即:使用更少的光通量可以實(shí)現(xiàn)更高的亮度[1]。如配光設(shè)計(jì)不合理，也可能造成E/L比值過(guò)大，甚至超出推薦的取值范圍，造成照度達(dá)標(biāo)而亮度不夠的問(wèn)題。根據(jù)CJJ45—2006的規(guī)定，亮度2cd/m2的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)30lx的照度，其照度亮度比E/L按照15取值，據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用在該標(biāo)準(zhǔn)推薦的R3瀝青路面時(shí)，一般的道路燈具配光的照度亮度比值在14～19范圍內(nèi)[1]，即:需要28～38lx的照度才能使R3瀝青路面達(dá)到2cd/m2的亮度水平。這就是說(shuō)，通過(guò)降低照度亮度比，可以實(shí)現(xiàn)10%～25%的節(jié)能效果。

　　3 采用CU和E/L技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)配光性能的實(shí)例

　　筆者選取10款（如圖3～4所示）來(lái)自不同廠家的配光曲線，為了便于比較分析，修正其輸出光通量，選取120W整燈功率的輸出總光通量為9000lm（按照系統(tǒng)光效75lm/W計(jì)算）。在計(jì)算過(guò)程中，路面材質(zhì)選取R3瀝青路面，維護(hù)系數(shù)按照0.7取值，把這10款配光曲線分別應(yīng)用在不同典型照明場(chǎng)景中，對(duì)比各種場(chǎng)景的計(jì)算結(jié)果，總結(jié)各款配光性能好壞，如表1～4所示。表1中的應(yīng)用場(chǎng)景為:道路寬度為7米2車道，間距30米單側(cè)布燈，燈桿高度8米（距高比為3.75）；表2中的場(chǎng)景為:道路寬度為10.5米3車道，間距30米單側(cè)布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表3中的場(chǎng)景為:道路寬度為25米雙向6車道（包括1米中間隔離帶），雙側(cè)對(duì)稱間距30米布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表4中的場(chǎng)景為:道路寬度為25米雙向6車道（包括1米中間隔離帶），雙側(cè)對(duì)稱間距30米布燈，燈桿高度10米（距高比3.0）。

　　4 從計(jì)算結(jié)果比較表中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

　　4.1 配光設(shè)計(jì)忽視亮度均勻性

　　從表1～表4的所列數(shù)據(jù)看出，尤其是在距高比不超過(guò)3.5的情況下，絕大多數(shù)的配光設(shè)計(jì)能滿足照度均勻性指標(biāo)，但是有將近一半的配光曲線在本文所有應(yīng)用場(chǎng)景中無(wú)法滿足亮度均勻性指標(biāo)。一般情況下，可以通過(guò)適當(dāng)縮小距離比使照度均勻性不夠的配光設(shè)計(jì)達(dá)到0.4以上，但是縱向均勻度是很難通過(guò)縮小距離比來(lái)提高的，除非距離比很小的情況下才能達(dá)標(biāo)。筆者建議在配光設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先考慮亮度均勻性，因?yàn)楦鶕?jù)亮度均勻性設(shè)計(jì)的配光曲線一般都能滿足照度均勻性要求[2]。

　　4.2 許多配光曲線的利用系數(shù)低

　　從表1～表2的數(shù)據(jù)看出，許多配光設(shè)計(jì)橫向過(guò)寬，其CU曲線斜率小，上升速度太慢，在應(yīng)用到較窄道路時(shí)，出現(xiàn)利用系數(shù)低的問(wèn)題，不僅造成浪費(fèi)能源問(wèn)題，還出現(xiàn)光污染或光侵入的問(wèn)題。個(gè)別配光設(shè)計(jì)，如列表中的Sym4的配光曲線，在本文中所有應(yīng)用環(huán)境中的利用系數(shù)都非常低，與相同輸出光通量的其他燈具相比，照度亮度均出現(xiàn)低50%的問(wèn)題，造成近50%的電能浪費(fèi)。

　　4.3 對(duì)稱型配光無(wú)法滿足道路照明的要求

　　從表1～表4的比較結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)稱配光（如Sym1～3）不適合單側(cè)或雙側(cè)布燈，具有縱向均勻度過(guò)低的問(wèn)題；在使用的過(guò)程中，需要具有很大的仰角，可能出現(xiàn)眩光超標(biāo)的問(wèn)題（如Sym4），或者出現(xiàn)利用系數(shù)降低的問(wèn)題（如Sym4）。對(duì)稱配光比較適合布置在道路中間，如安裝在隧道中央的應(yīng)用場(chǎng)景。