1、前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求量日益攀升，能源價(jià)格亦隨之高漲。電力是我國(guó)能源的重要組成部分，其中照明用電占了不小比例。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，早在2013年，我國(guó)的總發(fā)電量超過了5.2萬億千瓦時(shí)，而照明用電在占據(jù)總發(fā)電量的比例達(dá)到了13%以上，其中，城市道路照明用電又占據(jù)了照明用電比例的30%以上。在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，城市道路照明用燈的數(shù)量正在以每年150—200萬的速度增加。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，道路照明用電比重還將會(huì)逐步提高。對(duì)此，相關(guān)部門在下發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)“中國(guó)綠色照明工程”的意見》的通知中，提出了綠色照明的概念，希望能夠以節(jié)能燈具取代傳統(tǒng)高耗能燈具。本文就目前城市道路照明存在的問題進(jìn)行闡述;從節(jié)能環(huán)保要求著手，比較分析高壓鈉燈與LED燈在道路照明中各自特點(diǎn)及節(jié)能潛力，進(jìn)而證明了用LED燈取代高壓鈉燈作為道路照明的可行性和必要性。

2、高壓鈉燈與LED 燈用于城市道路照明的比較

目前城市道路照明的光源主要有傳統(tǒng)高壓鈉燈、日光燈等，其中，高壓鈉燈以其光效高、霧穿透能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在道路照明中使用量最大。結(jié)合我國(guó)目前道路照明設(shè)計(jì)特點(diǎn)，采用高壓鈉燈的道路照明存在以下以下不足：

(1)燈具直接照射在地面上，并且照度極高，在一些次干道也可以達(dá)到401x以上，但是顯然，這種照度屬于過度照明，造成了大量的電能浪費(fèi)。同時(shí)，在相鄰兩個(gè)燈具的交叉位置，照度僅僅達(dá)到直接照射方向的40% 左右，無法有效滿足照明需求。

(2)高壓鈉燈的反射器效率僅為50—60%左右，這也就表明在照明中，由將近30—40%的光都照射在了燈具內(nèi)部，整體效率僅僅達(dá)到60%，存在嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。

(3)理論上，高壓鈉燈的壽命可以達(dá)到15000小時(shí)，但是受電網(wǎng)電壓波動(dòng)以及運(yùn)行環(huán)境的影響，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到理論壽命，每年燈具的損壞率都超過60%。

與傳統(tǒng)高壓鈉燈相比，LED路燈具有如下優(yōu)勢(shì)：

(1)作為一種半導(dǎo)體元件，理論上，LED燈的有效使用壽命可以達(dá)到50000小時(shí)，較高壓鈉燈的15000小時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出。

(2)與高壓鈉燈相比，LED燈的顯色指數(shù)可以達(dá)到80以上，相當(dāng)接近自然光照，在這樣的光照下，人眼的識(shí)別功能能夠得到有效發(fā)揮，從而保證道路行車安全。

(3)在路燈開啟時(shí)，高壓鈉燈需要一個(gè)預(yù)熱的過程，其光線從暗到明需要一定的時(shí)間，不僅造成了電能的浪費(fèi)，而且影響了智能化控制的有效開展。而相比之下，LED燈在打開的瞬間就能夠達(dá)到最佳光照，不存在所謂的啟動(dòng)時(shí)間，因此能夠?qū)崿F(xiàn)良好的智能化節(jié)能控制。

(4)從發(fā)光機(jī)制看，高壓鈉燈采用的是汞蒸汽發(fā)光，在光源廢棄后，如果不能有效處理，必然會(huì)造成相應(yīng)的環(huán)境污染。LED等采用的是固態(tài)照明，不存在對(duì)人體有害的物質(zhì)，是一種綠色環(huán)保的光源。

(5)從光學(xué)系統(tǒng)方面分析，高壓鈉燈的光源屬于全向發(fā)光，有超過50%的光線需要經(jīng)反射器反射后才能照射到地面，在反射過程中，必然會(huì)損失一部分光線，影響其利用率。LED燈屬于單向發(fā)光，光線能夠直接定向照射，因此利用率相對(duì)較高。

(6)在高壓鈉燈中，配光曲線需要由反射器決定，因此存在著很大的局限性;在LED燈中，采用的是分布式光源，通過對(duì)各個(gè)電光源的有效設(shè)計(jì)，能夠使得燈具的光源呈現(xiàn)出理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配光曲線的合理調(diào)整，控制光線的分布，在燈具的有效照射范圍內(nèi)，照度相對(duì)比較均勻。

(7)同時(shí)，LED燈擁有更加完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的時(shí)段和光照條件，對(duì)燈具的亮度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，能夠起到良好的節(jié)能效果。

用LED作為路燈來取代高壓鈉燈，亦存在一些不同觀點(diǎn)，例如，相比高壓鈉燈，LED燈的發(fā)光效率較低，照度較差;LED燈的照射過于集中，照射的均勻度相對(duì)較差;LED燈的光衰減率較大，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到理論壽命等。其實(shí)，這些觀點(diǎn)可通過下面的分析予以說明。

首先是所謂的“發(fā)光效率”問題，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，LED燈的發(fā)光效率的確比不上高壓鈉燈，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，但是高壓鈉燈的光譜集中在黃色區(qū)域，其色溫較低，只有2000—2500K，而LED等色溫相對(duì)較高，LED 路燈的中性白色溫達(dá)4000—5000K，LED的冷白色溫達(dá)5000—8000k。同時(shí)相比于高壓鈉燈，LED燈具有較高的顯色指數(shù)，在實(shí)際照明中接近自然光，可以帶給人舒適的感覺。

其次是“照射均勻度”問題，雖然LED燈的光照相對(duì)集中，但是可以通過對(duì)其光路的二次設(shè)計(jì)，能夠使得燈具的光源呈現(xiàn)出理想狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配光曲線的合理調(diào)整，控制光線的分布，從而實(shí)現(xiàn)照度的均勻性。

然后是“光衰”問題，在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于長(zhǎng)期處于高溫工作環(huán)境中，LED燈的使用壽命會(huì)受到相應(yīng)的影響，在不同結(jié)溫時(shí)的壽命如圖1所示?？梢钥闯?，如果結(jié)溫由115℃提升到135℃，則LED 燈的使用壽命會(huì)從理論的50000小時(shí)降到20000小時(shí)。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，要想在短時(shí)間內(nèi)提升LED燈的發(fā)光效率基本上是不可能的，因此只能通過加強(qiáng)散熱的方式來延長(zhǎng)LED燈的使用壽命。當(dāng)前，在臺(tái)灣的一家光炬科技有限公司(LightTorch Technology)中，采用回路熱管(LHP)冷卻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的工作散熱，取得了良好的效果，能夠?qū)ED燈的結(jié)溫降低到65℃，在這樣的溫度下，若燈具每天工作12小時(shí)，則其光衰小于3%。

3、LED路燈的照度及節(jié)能分析

在某城市某主干道14 根燈桿上分別安裝了功率400W的某品牌鈉燈和160W的某品牌LED路燈，進(jìn)行路面照明測(cè)試，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，用160W LED路燈代替400W高壓鈉燈，照明效果完全可以達(dá)到《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，且LED可以比高壓鈉燈高出很多。表2給出了，LED路燈與高壓鈉燈較為全面的節(jié)能效果對(duì)比情況。

4、結(jié)語

綜上，與使用高壓鈉進(jìn)行燈道路照明比較，采用LED路燈更能節(jié)能環(huán)保。毫無疑問，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，節(jié)能高效光源將不斷涌現(xiàn)，作為道路照明設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)，隨時(shí)掌握照明新技術(shù)及新設(shè)備的運(yùn)用，始終把節(jié)能環(huán)保放到工作的首位。