從配光設計角度談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算面的平均照度與平均亮度的比值，可由公式（4）計算得到：

　　式中Eavg———道路計算面內的平均照度；

　　Lavg———道路計算面內的平均亮度。

　　該技術指標由燈具配光的類型、路面的材質、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，對于道路照明而言，國際照明學會推薦的觀察員位置為距離道路計算面60米遠、高度1.5米的位置。JTJ026.1—1999公路隧道通風照明設計規(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。根據筆者經驗，經過優(yōu)化設計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現更高的亮度[1]。如配光設計不合理，也可能造成E/L比值過大，甚至超出推薦的取值范圍，造成照度達標而亮度不夠的問題。根據CJJ45—2006的規(guī)定，亮度2cd/m2的標準對應30lx的照度，其照度亮度比E/L按照15取值，據筆者經驗，應用在該標準推薦的R3瀝青路面時，一般的道路燈具配光的照度亮度比值在14～19范圍內[1]，即:需要28～38lx的照度才能使R3瀝青路面達到2cd/m2的亮度水平。這就是說，通過降低照度亮度比，可以實現10%～25%的節(jié)能效果。

　　3 采用CU和E/L技術指標評價配光性能的實例

　　筆者選取10款（如圖3～4所示）來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（按照系統光效75lm/W計算）。在計算過程中，路面材質選取R3瀝青路面，維護系數按照0.7取值，把這10款配光曲線分別應用在不同典型照明場景中，對比各種場景的計算結果，總結各款配光性能好壞，如表1～4所示。表1中的應用場景為:道路寬度為7米2車道，間距30米單側布燈，燈桿高度8米（距高比為3.75）；表2中的場景為:道路寬度為10.5米3車道，間距30米單側布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表3中的場景為:道路寬度為25米雙向6車道（包括1米中間隔離帶），雙側對稱間距30米布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表4中的場景為:道路寬度為25米雙向6車道（包括1米中間隔離帶），雙側對稱間距30米布燈，燈桿高度10米（距高比3.0）。

　　4 從計算結果比較表中發(fā)現的問題

　　4.1 配光設計忽視亮度均勻性

　　從表1～表4的所列數據看出，尤其是在距高比不超過3.5的情況下，絕大多數的配光設計能滿足照度均勻性指標，但是有將近一半的配光曲線在本文所有應用場景中無法滿足亮度均勻性指標。一般情況下，可以通過適當縮小距離比使照度均勻性不夠的配光設計達到0.4以上，但是縱向均勻度是很難通過縮小距離比來提高的，除非距離比很小的情況下才能達標。筆者建議在配光設計時，應首先考慮亮度均勻性，因為根據亮度均勻性設計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低

　　從表1～表2的數據看出，許多配光設計橫向過寬，其CU曲線斜率小，上升速度太慢，在應用到較窄道路時，出現利用系數低的問題，不僅造成浪費能源問題，還出現光污染或光侵入的問題。個別配光設計，如列表中的Sym4的配光曲線，在本文中所有應用環(huán)境中的利用系數都非常低，與相同輸出光通量的其他燈具相比，照度亮度均出現低50%的問題，造成近50%的電能浪費。

　　4.3 對稱型配光無法滿足道路照明的要求

　　從表1～表4的比較結果發(fā)現，對稱配光（如Sym1～3）不適合單側或雙側布燈，具有縱向均勻度過低的問題；在使用的過程中，需要具有很大的仰角，可能出現眩光超標的問題（如Sym4），或者出現利用系數降低的問題（如Sym4）。對稱配光比較適合布置在道路中間，如安裝在隧道中央的應用場景。