从配光设计角度谈LED道路照明节能

　　2.2 照度亮度比(E/L)

　　照度亮度比是指道路计算面的平均照度与平均亮度的比值，可由公式（4）计算得到：

　　式中Eavg———道路计算面内的平均照度；

　　Lavg———道路计算面内的平均亮度。

　　该技术指标由灯具配光的类型、路面的材质、光线照射到路面的入射角大小、观察员的位置和视线方向等因素有关，对于道路照明而言，国际照明学会推荐的观察员位置为距离道路计算面60米远、高度1.5米的位置。JTJ026.1—1999公路隧道通风照明设计规范中推荐的沥青路面E/L比值按照15～22取值，水泥路面E/L比值按照10～13取值。根据笔者经验，经过优化设计的配光可以使该比值降低，甚至低于规范推荐的范围很多，即:使用更少的光通量可以实现更高的亮度[1]。如配光设计不合理，也可能造成E/L比值过大，甚至超出推荐的取值范围，造成照度达标而亮度不够的问题。根据CJJ45—2006的规定，亮度2cd/m2的标准对应30lx的照度，其照度亮度比E/L按照15取值，据笔者经验，应用在该标准推荐的R3沥青路面时，一般的道路灯具配光的照度亮度比值在14～19范围内[1]，即:需要28～38lx的照度才能使R3沥青路面达到2cd/m2的亮度水平。这就是说，通过降低照度亮度比，可以实现10%～25%的节能效果。

　　3 采用CU和E/L技术指标评价配光性能的实例

　　笔者选取10款（如图3～4所示）来自不同厂家的配光曲线，为了便于比较分析，修正其输出光通量，选取120W整灯功率的输出总光通量为9000lm（按照系统光效75lm/W计算）。在计算过程中，路面材质选取R3沥青路面，维护系数按照0.7取值，把这10款配光曲线分别应用在不同典型照明场景中，对比各种场景的计算结果，总结各款配光性能好坏，如表1～4所示。表1中的应用场景为:道路宽度为7米2车道，间距30米单侧布灯，灯杆高度8米（距高比为3.75）；表2中的场景为:道路宽度为10.5米3车道，间距30米单侧布灯，灯杆高度8米（距高比3.75）；表3中的场景为:道路宽度为25米双向6车道（包括1米中间隔离带），双侧对称间距30米布灯，灯杆高度8米（距高比3.75）；表4中的场景为:道路宽度为25米双向6车道（包括1米中间隔离带），双侧对称间距30米布灯，灯杆高度10米（距高比3.0）。

　　4 从计算结果比较表中发现的问题

　　4.1 配光设计忽视亮度均匀性

　　从表1～表4的所列数据看出，尤其是在距高比不超过3.5的情况下，绝大多数的配光设计能满足照度均匀性指标，但是有将近一半的配光曲线在本文所有应用场景中无法满足亮度均匀性指标。一般情况下，可以通过适当缩小距离比使照度均匀性不够的配光设计达到0.4以上，但是纵向均匀度是很难通过缩小距离比来提高的，除非距离比很小的情况下才能达标。笔者建议在配光设计时，应首先考虑亮度均匀性，因为根据亮度均匀性设计的配光曲线一般都能满足照度均匀性要求[2]。

　　4.2 许多配光曲线的利用系数低

　　从表1～表2的数据看出，许多配光设计横向过宽，其CU曲线斜率小，上升速度太慢，在应用到较窄道路时，出现利用系数低的问题，不仅造成浪费能源问题，还出现光污染或光侵入的问题。个别配光设计，如列表中的Sym4的配光曲线，在本文中所有应用环境中的利用系数都非常低，与相同输出光通量的其他灯具相比，照度亮度均出现低50%的问题，造成近50%的电能浪费。

　　4.3 对称型配光无法满足道路照明的要求

　　从表1～表4的比较结果发现，对称配光（如Sym1～3）不适合单侧或双侧布灯，具有纵向均匀度过低的问题；在使用的过程中，需要具有很大的仰角，可能出现眩光超标的问题（如Sym4），或者出现利用系数降低的问题（如Sym4）。对称配光比较适合布置在道路中间，如安装在隧道中央的应用场景。