采用低安装高度LED灯具的道路照明

2012-12-04周生力

照明工程学报 2012年1期

周生力李腾苏浣

(勤上半导体照明技术研究院，东莞 523565)

1 引言

LED以其优异并日趋先进的光色电性能，完全能够并且已经大量取代传统光源，成为各照明应用领域的新宠。在此进程中，LED的作用又不仅仅在于替代，而更在于对现有照明质量的提升、在于对新兴照明需求的满足、在于对照明应用领域的扩展和对照明设计理念的创新，引领着一场照明的革命。

具体对于低安装高度照明 (简称低位照明)来讲，传统光源和传统技术局限了其在各功能性照明领域的应用，也限制了低位照明功能性效果的发挥。

2 低安装高度照明应用现状

当前，低位照明主要应用于消防通道等的应急照明，庭院、草坪等的景观照明，也局部用于车道较窄的道路栏杆照明。

应急照明［1］:低位照明在消防通道的应急照明指示照明的应用主要是考虑到发生火灾情况下，烟雾弥漫将削弱高位应急指示照明灯光的强度，而且烟雾的升腾将使得地面相对于高空烟少、氧气多，正常匍匐逃生时低位指示照明的作用将得到彰显。按照《建筑设计防火规范》规定，疏散指示标志应设置在疏散走道及其转角处距地面高度1米以下的墙面上 (如图1)。目前航空工业、客船等领域也已经具有相关的低位照明技术要求标准。

图1 应急疏散指示低位照明

景观照明:低位照明在景观照明领域的应用着眼于对景观氛围的渲染、多元色彩的表现、光影效果的控制、景观构型的重塑和对细节亮点的强调等等。例如通过泛光灯对建筑墙体的低位安装上射泛光照明能够给人以伟岸端庄的印象 (如图2);低位草坪灯的使用则更多是对不同景物区块的区分。而且，即使低位灯具往往也通过创意的造型做出艺术性的表达，但在景观照明领域选择低位照明方式更多目的是取其隐蔽性、能与景物融为一体，方便安装与维护等优点［2］。

图2 景观泛光照明

栏杆照明:对比于应急指示照明和景观照明，栏杆照明是功能性要求最突出的应用，但限于传统技术，目前栏杆照明只能应用于车道宽度较窄的道路栏杆，而不当的配光和设计往往使得道路功能性照明效果差强人意 (如图4)，使栏杆照明沦为仅用于勾勒栏杆轮廓的装饰性照明 (如图3)。

图3 传统护栏灯

图4 配光处理不当的护栏灯

3 低位照明的加强和创新应用

因为传统光源和传统技术的限制，传统的低位照明的应用偏向于装饰性的景观照明，功能性照明的表现不佳。LED光源以其优异光色电性能、精确配光和高度可控性，在传统低位照明应用上替代传统光源显得毫无难度。而在功能性照明上，LED则可得到广泛的加强和创新应用，并且具有无可比拟的优势。

3.1 LED新型护栏灯的应用

同样采用低位安装方式，对比传统护栏灯，LED护栏灯将可在以下方面得到加强:

1)采用大功率超高亮度LED，解决传统护栏灯装饰性大于功能性的问题;

2)依靠精确配光技术获得一个高亮度均匀度的车道表面，解决传统护栏灯照明效果差的问题。

3)采用二次非成像技术［3］实现光的大角度水平投射，破解传统护栏灯只能用于车道宽度较窄道路的局限 (见图5)。

图5 LED护栏灯效果图

3.2 LED低位路灯的应用

目前，道路照明灯具的安装方式大都为杆装，杆高多为8～12m，在立交或平面交叉路口常采用杆高20m以上的高杆照明，而LED低位路灯将安装在离地面1.5m以下的高度。如同LED护栏灯技术，LED低位路灯将能够达到并优化当前道路照明效果，其成功应用也将大大扩展低位照明的应用范围 (见图6、表1)。

图6 LED低位路灯应用示意图

表1 道路高杆照明、常规照明和低位照明的比较

对于高杆照明和常规照明具有改善道路与空间环境亮度的优点，低位照明仅照亮地面，但在除了进出路口及交叉路口等节点外的大部分路段，对空间的照亮将导致光浪费而且可能带来直接眩光的发生。

综上，LED路灯低位照明的应用将优化道路照明效果，同时节约成本、方便安装并实现二次节能。

4 具体应用及系统解决方案

以LED护栏灯为例，针对传统护栏灯存在的均匀度低、眩光、安装复杂等问题，我们综合考虑了精密配光控制、眩光控制、频闪控制、安全简便又兼顾防雾、耐盐雾腐蚀的要求，设计出一款低位照明灯具 (如图7)。

4.1 配光控制

上述LED低位照明灯具的光度测试数据如表2所示，可以看出该灯具光源光通量为638.6lm，灯具光通量为583.6lm，采用高透过率的二次光学透镜和PC面罩，灯具效率可达到91.4%。

图7 LED护栏灯

表2 LED低位照明灯具的光度数据表

通过适当的LED排布和二次光学透镜设计，配光效果十分理想 (见图8～图11)。

4.2 眩光控制

由于低位照明灯具的安装高度在1.5m以下，为正常行驶中的汽车驾驶员视线以下，故无对汽车驾驶员造成直接眩光的影响。而根据具体路况，在上坡路段即需进行眩光控制，特殊路段采用特殊配光处理的灯具或者调整安装状态可以加以解决。

4.3 频闪控制

LED光源直流驱动的特性决定了LED本身无频闪的情况，加上驱动器的恒流设计，为LED灯具的稳定工作提供了保障 (见图12)。

为避免汽车驾驶员行驶过程中由于灯具间隔安装导致的频闪感觉，根据北美道路照明标准，本设计的灯具安装间距避开了5～10Hz的频段，即相当于80km/h时灯具间距大于4.44m或小于2.22m，采用了2m的安装间距。由于低位安装，无直接灯光进入人眼，频闪效应更加不会发生［4］。

图8 LED低位照明灯具配光曲线

图9 三维配光图

图10 侧面配光分布示意图

图11 平面配光分布示意图

图12 频闪控制示意图

4.4 安全考虑

考虑到低位安装灯具在防触电保护、耐热防火、耐腐蚀、以及防机械撞击等特殊要求，本设计灯具灯体采用铝合金外壳并做防腐蚀表面处理、面罩采用防火材料、对带电部件采用加强绝缘和双重绝缘、采用Z型连接方式等等。

4.5 供电方式及异常反馈

本项目采用集中控制的可调式恒压电源，首先集中供电可以显著降低项目的成本，另外相对于传统的恒流源而言，恒压源也有如下优势:

1)恒压源工作于低电压，对人体更加安全;

2)恒压源可以避免大电容的使用，而大电容恰是LED电源的寿命瓶颈所在，因此恒压源明显具有更长的寿命和更佳的可靠性;

3)恒压源具有相对较小的体积，更加易于安装和维护;

即使考虑到灯具LED的伏安特性曲线的漂移，我们也可以通过调整电源的输出电压来满足LED的正常工作，而这种漂移一般是一个长期的过程。同时，通过对电源输出电流的监控反馈，我们可以监测整个系统的运行状态，例如当一盏灯被盗时，总电流会明显降低到异常水平，触发相应的系统报警，这种简单的措施可有效防盗。

4.6 维护考虑

相对于方便安装维护的优点，尘灰泥沙、汽车尾气、以及可能的机械撞击和人为破坏等等都给低位照明灯具的维护带来了难题。为此，本设计灯具面罩附加了具有自净功能的镀层材料，并通过对灯体的机械强度加强以及合理牢靠的安装设计，能够有效保护灯具同时防盗。不可避免的是，低位照明的应用和效果保持需要更多的维护来保障，因此更加适合桥梁、高速公路、隧道等环境相对较为封闭处的应用。