LED路灯及其在市政道路照明中的应用与发展

刘 彬

海口市设计集团有限公司，海南 海口 570100

0 引言

城市道路照明工程建设是完善城市基础设施的重要措施，我国的道路亮化需求量与日俱增，这与城市化进程加快息息相关，也对道路照明提出更多挑战。按需照明、追求道路照明绿色发展具有重要意义。需要根据城市发展新需求，科学统筹城市路灯照明节能方案。目前，我国各市区的路灯亮度基本达到国家标准，但存在节能工作未落实的情况。要想提高电力资源的使用率，需要提高节能意识，并进行更科学合理的设计规划。

1 市政道路照明中路灯的发展现状

路灯是城市照明的重要组成部分。在传统路灯照明系统中，比较常用的是高压钠灯，其主要由灯杆、灯具、光源和镇流器等组成，其中镇流器是高压钠灯最重要的元件。高压钠灯的光效低，造成了能源的浪费；除去路灯自身光照的耗能，高压钠灯的镇流器的耗能量也较高。因此，随着市场需求的改变，传统的高压钠灯逐步被淘汰。基于节能环保的考量，需要解决高压钠灯及其镇流器耗能大的问题，不断提升其综合效能；同时，需要开发高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的新型路灯，这对城市照明节能有十分重要的意义[1]。

LED路灯是照明市场的新型节能灯具，受到照明设计师的青睐。LED路灯即半导体照明路灯，以发光二极管为光源，发光二极管是一种固态冷光源，因此LED路灯具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点[2]。使用LED路灯可以促进城市照明节能的发展。

2 市政道路照明中常见的LED路灯

2.1 LED电路灯

在市政照明工程中，LED电路灯较普及。LED电路灯的供电网络铺设简单，不受电压波动的影响；LED电路灯的显色度可选，能满足不同场合的应用需求；LED电路灯的稳定性较高，受环境因素影响较小；LED电路灯的铺设成本和维护费用低，没有多余配线，模块安装简便。但是，为了使LED电路灯的电路管线铺设符合国家相关标准要求，需要规范线路设计，为后续施工做好基本保障，其施工周期较长，工作量较大。

2.2 太阳能LED路灯

太阳能供给稳定、价格波动小且清洁环保，是工程项目最理想的使用能源；太阳能可以转化为电能，利用太阳能供电，有利于减缓市政电网压力。与LED电路灯相比，太阳能LED路灯将节能标准推向新高度。太阳能LED路灯无须铺设电网，缩短了工期，工作效率更高。而且，每个路灯都有单独使用的光电能接收板，如果有路灯出现故障，其余路灯不会受影响，维修成本较低，整体照明寿命较长。但是，太阳能LED路灯对天气和光照条件有特殊要求，如遇光照较弱的天气，光电转化效率会大打折扣。另外，太阳能LED路灯受环境条件限制，其周围不能有遮蔽物，否则会影响太阳能LED路灯的正常工作。我国使用的太阳能LED路灯多布置在辅干道，这些地方具备较充足的光照。

2.3 风光互补LED路灯

风能也是较常见的再生能源，但其利用率相对较低。有设计人员为了摆脱太阳能约束条件的制约，将风能与太阳能结合，设计了风光互补LED路灯。在光照充足的白天，风光互补LED路灯利用太阳能收集板收集太阳能；在没有光照的夜晚，通过风能储蓄电力，为后续的照明提供电能。风光互补LED路灯具有很强的实用性，但此种照明方式在结构构造方面有较高要求，设计成本偏高，使设备采购成本增加，而且设备维护工作技术性较强，对后续保养维护提出挑战。

3 LED路灯的优势与劣势

3.1 LED路灯的优势

与其他市政照明方式相比，LED路灯的优势明显。

（1）LED路灯使用定向辐射，可以减少漫反射的不利影响。LED灯具通常采用单颗LED芯片集成的系统，所有芯片都经过了二次光学设计，光照效率较高，而且光源可直达路面，不受其他干扰因素影响。

（2）LED路灯的稳定性较高，稳流效果强。符合生产标准的LED灯具的功率比值远高于传统的高压钠灯，而且在使用中无须配备稳流设备，也不会受电压波动影响造成光源不稳[3]。

（3）LED路灯的光源显色指数高，而高压钠灯的光谱窄、显色性低，不利于驾驶安全。LED路灯的显色性高于同类灯具，不会使照射范围内的物体出现颜色偏差。

（4）LED路灯不会造成光污染，对人眼无刺激。

（5）LED路灯的生产原料环保无毒，而传统灯具重金属元件使用超标，回收再利用效果低于LED灯具。

（6）LED路灯的亮度值更高，可以改变原有路灯能耗消耗过大的问题。而且随着科技水平的提高，LED路灯的使用寿命可达数万小时，耐用性更强。

（7）LED路灯的环保性强，不含任何有辐射的物质，且受电源电压影响较小，发光效能高、穿透性强。

（8）LED路灯不需要高压，电压更稳定，受环境影响因素较小，极少出现自燃、爆炸等危险情况，安全性高。

LED路灯的优势比传统路灯更大，因此使用频率逐年增加，尽管目前LED路灯系统建设处于起步阶段，但其市场前景不容小觑。

3.2 LED路灯的劣势

LED路灯在实际应用中也存在不足。例如，市面LED灯具的配光类型主要为截光型，照明均匀程度受影响，常会导致照明范围内出现“斑马线”（路面出现黑白交替现象，人的视觉随之忽暗忽亮，也被称为“光斑”）。LED路灯的色温偏高，眩光问题严重，且穿雾能力低于高压钠灯，对天气有一定要求。LED路灯的散热设计烦琐，散热能力较差，这不仅影响灯芯温度，而且灯具使用周期会大大缩短。通常，LED灯具的温度每上升10 ℃，就会导致灯具照明出现5%左右的光衰，而且目前尚未找到解决大型LED路灯温度过高问题的有效方法。

4 LED路灯在市政道路照明中的实际应用

4.1 灯具选用

以某市政道路为例研究LED路灯的照明设计。以前，该道路的照明光源使用的是400 W的高压钠灯，其功率过高导致故障频出，维护成本较高。对此，设计人员使用200 W的LED路灯代替了400 W的高压钠灯，以降低耗能。同时，LED路灯使用的PC材料透光率较高，经过多次设计，其照射范围更广。使用LED路灯后达到的照明效果如图1所示。

图1 LED路灯的照明效果

4.2 照明设计

该市政道路为带有中央绿化带的双向6车道，其中，绿化带宽度为3 m。于绿化带中铺设LED路灯，选用截光型LED灯具，其功率为200 W，各路灯灯杆间距为30 m，灯杆高度设置为12 m。LED路灯的照明范围能轻松覆盖6条车道的大部分区域，在保证照明质量的同时，可以提高道路的美观程度，增强光照的连贯性。工作人员对LED路灯进行了各项性能的测试，结果都符合施工要求。这也从另一角度印证了LED路灯可靠性强、节能环保优势大的特点。

4.3 电源选用

该市政道路在照明工程改造前，其路灯系统使用路边的箱式变压器供电。因为高压钠灯的耗能偏大，启动时容易电压不稳，导致供电网的漏洞较多，供电范围较小。使用LED路灯进行照明工程改造，实现照明全覆盖，可以克服箱式变压器的缺点，在电缆截面不变的情况下，可以降低电压耗能，并使供电半径增加1.5倍。经过几年的改造，根据国家颁布的相关标准对敷设电缆进行严格把关，实现了路灯节能、供电范围变大的目标，供电半径的增加减少了箱式变压器的投入，并改进了照明效果。

5 LED路灯在市政道路照明中的应用前景

5.1 应用优势显著，市场前景广阔

现阶段，尽管LED路灯也有一些不足之处，但其凭借自身优点获得了更多关注。LED路灯的使用寿命较长，具备特殊制造流程和无毒无辐射的特点，可以将对环境的污染和对人类的危害降到最小；LED路灯可以利用新型能源，能给市民的生活和出行带来更多便利；LED路灯的适应性在不断提高，可以适应我国由于地形复杂、环境多样导致的多样化的使用条件。尽管LED灯具的价格较高，但是综合考虑其优势和后续维护保养成本，其具有较强的竞争实力。

LED道路照明技术被国内外的许多国家使用，能更好地解决能源短缺带来的危害，在不损害环境的前提下，其使用效率更高、更节能，应用优势显著。LED照明技术的市场竞争水平高，应用前景广阔。一方面，在“十四五”规划期间，国家对城市建设规划提出新期望，LED灯具的市场发展态势良好，可以吸引更多的企业加入；另一方面，我国已经建成全面小康社会，大到国家实力、小到公民收入都有了翻天覆地的变化，国家和人民的经济收入提高，使LED的照明费用不再成为限制条件。与此同时，国家也在积极支持LED照明技术的发展，对其发展进行了优化改革，因此LED照明技术的发展前景越来越好。

随着我国城市化进程的加快，市政建设需要不断更迭来满足人们的生活需求，而市政路灯照明建设作为其中的重要一环亟须科学规划和发展。LED路灯作为一种新型路灯，凭借节能、无光源污染等诸多优势得到普遍认可。现阶段，在道路照明系统中投入使用的LED光源主要为大功率LED路灯。与普通的LED光源相比，大功率LED光源的节能效果更好。为了应对全球范围内的资源紧缺，新能源的开发利用是大势所趋，随着LED技术的不断成熟，其必将在世界范围内得到进一步推广。

5.2 智能LED路灯的发展

智能控制是智能照明的根本，智能照明是未来发展趋势。通过智能照明，利用大数据、大系统共享模型，整合资源，可以避免重复建设，实现全面感知、协同运行、高效管理、智能控制、绿色节能的目标，最终实现城市照明的可持续发展，达到城市化建设的更高阶段。

从能源管理的角度看，管理部门需要引入更高效的管理和节能解决方案；从城市管理的角度看，城市需要以有效的数据为基础进行照明分析、控制和决策；从智慧城市建设的角度看，城市物联网的建设是重中之重。智慧路灯集成了城市照明、城市供电节点、城市网络节点等多种应用，是智慧基础设施的重要组成部分。智慧路灯作为智慧城市的基础设施，可以通过应用各种传感技术，为智慧城市建设提供更智能的技术手段，实现对信息数据的全面收集和特征提取，提供智慧城市的数据分析业务和顶层业务。应用智慧路灯可以提供更多有价值的数据信息，逐步构建城市智慧服务体系，进一步为城市管理者和市民提供新服务和新模式，其未来发展空间巨大。路灯的智能化改造势在必行。

6 结束语

文章主要分析了LED路灯在市政照明系统建设中的重要地位及其应用，在已有的优势之上LED路灯可以得到更好的推广和应用，与和谐、绿色的生态家园的建设息息相关。在城市建设中，需要根据实际情况灵活投入LED路灯建设，在保证夜间道路照明满足市民出行要求的同时，促进城市的可持续发展。