道路照明的光学系统设计技术及发展趋势

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1、LED道路照明的光学系统设计技术及发展趋势清华大学深圳研究生院半导体照明实验室钱可元QianKeyuan1采用LED路灯的疑惑LED的发光效率无法和高压钠灯相比；LED路灯光色不够亮，穿透性不够；LED的照射过于集中，其照射的均匀度差；LED路灯的长期光衰严重，寿命不长；LED路灯本身自重过重，不利于安装，防风；LED色温太高，刺眼;而高压钠灯色温低，舒适，穿雾能力强。LED路灯只适用于灯杆在8米以下的次干道。主干路宜采用低色温的高压钠灯。LED路灯造价过高，无法普及；2城市道路照明的技术指标与设计依据3城市道路照明系统追求的目标城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例；以439亿

2、kwh，平均电价0.65元/kwh计算，一年开支285亿元。城市道路照明系统追求的目标应该是：只求够亮，不求最亮！4衡量道路照明的技术指标•亮度分布的均匀性：亮度均匀的路面可以减少驾驶者眼睛由于不断适应明暗变化所起的疲劳感。Uo（平均均匀度）＝Imin/IavU1（纵向均匀度）＝Imin/ImaxImin－道路上最小亮度Imax－道路上最大亮度Iav－道路上平均亮度5路灯国家标准67术语解释目前,快速路和主干道的照度规定值偏低,至少20lx以上。7路灯现状高压钠灯光效>100lm/W(120lm/W)主要用于主干道，快速路照明,照度25~50lx单盏110～400W均匀度0.35左

3、右节能灯光效50~70lm/W，主要用于庭院照明8道路照明光源的要求高光效；必须满足总光通量的要求；长寿命；要求能正常工作5年以上；有利于形成照度与亮度均匀分布的光场；耐候性；温度、湿度、紫外辐射9传统路灯的技术参数高压钠灯光效>100lm/W(120lm/W)主要用于主干道，快速路照明,照度25~50lx单盏110～400W均匀度0.35左右节能灯光效50~70lm/W，主要用于庭院照明10灯具系统的效率光源效率灯具效率电源光学结构区域外的光照明利用系数要求照明区域11LED路灯的优势－光学方面的优势发光立体角小；传统路灯发光的立体角为4π；近似点光源，便于二次光学系统的设计；均匀

4、度有望大大提高(0.7)；总的光效高；高压钠灯80-120lm/w照明效果比较的对象：高压钠灯。绝非白炽灯！12路灯光源光通量的计算高压钠灯(120lm/W)道路等级快速路主干道次干道光源功率（W）400250150照射面积(m2)400350300路面长度(m)403530照度（lux）301510区域内光通量（lm）1200052503000光源总光通量（lm）480003000018000系统效率0.250.1750.16713路灯光源光通量的计算LED光源(100lm/W)道路等级快速路主干道次干道照射面积(m2)400350250区域内光通量（lm）120005250300

5、0系统效率0.70.70.7最少需要光通量（lm）1714375004286需要LED功率（W）1727543最理想的情况！14LED路灯的光学设计151，传统城市照明光源面临的问题显色指数很低(约为30)在点亮时温度很高，产生严重的眩光寿命较短，需要经常进行价格不菲的维护作业0510-5-10-1551015203025照度(lux)水平距离(米)传统城市照明光源16LED路灯面临的光学设计问题常规LED远场分布具有的朗伯型特征17低端LED路灯存在的问题基本没有光学处理单元，照明效果极差，节能效果不显著某一次干路(6车道，24米宽)的现有LED路灯实测：灯高10米，间距30米最高

6、照度仅为14lux，最低照度仅为0.8lux，平均照度仅为4.8lux，均匀度仅为0.17。18IESStreetlightDistributionPatternsThesepatternsarelargelybasedonthelightpatterncreatedbyexistingstreetlightingfixturesMostcustomerswillwanttokeepthesepatternsbecausepeopleareusedtothemTypeITypeIITypeIIITypeIVTypeV19新型LED路灯系统2021封装后的照度分布理论模拟图在35米长1

7、0米宽的矩形区域上能达到70%以上的均匀度透镜的效率达到了90%以上。22LED路灯工程实例广东东莞莞龙路LED照明工程23LED路灯工程实例广东东莞石龙1万多盏大功率LED路灯改造工程245.新型LED路灯与现有路灯的比较常规路灯现有LED路灯新型LED路灯测试条件6车道，24米宽，灯高12米，间距35米。6车道，24米宽，灯高10米，间距30米。6车道，24米宽，灯高12米，间距35米。路灯本身消耗功率(W)40072134实际耗电功率(W)50085