LED道路照明应用八大难题解析

   纪录片《穹顶之下》，一夜之间红遍中国，节电、节能更加成为城市照明管理者的重点考虑因素。事实上，LED作为绿色照明的一种，早已在多年前十城万盏”试点示范工程中得到应用中。

      随着LED照明产品的广泛应用，LED市场变得庞大而复杂，产品良莠不齐，不但LED优良的节能特性没有得到完好的体现，甚至让人们对LED照明产品产生了误解。一味的单方向强调产品的好处，其实不是一个真正的有效地推广渠道。相反，我们正视问题，面对这种挑战，可能对于道路照明业主方来说更有说服力。

      究竟什么样的产品才能满足业主的技术需求?满足照明管理者的维护管理需求?满足现有企业的生产能力?笔者与业界专家、城市道路照明管理单位的业主代表就LED道路照明的光、形、色、模组、效率等方面问题与多家道路照明企业技术人员或者市场部人员进行沟通，希望通过从企业的回答中点出道路照明LED应用中的问题，也期待对今后道路照明LED推广应用能有所帮助。

      LED路灯该使用多少色温?

      众人都说，高色温LED光效高，节能效果好，但感受不舒服易视觉疲劳且透雾性差;低色温虽感受舒服，但光效低，节能效果稍差;那么，在实际应用中，到底什么样的色温能兼顾光效、节能、舒适性的需求，实现较高性价比?

      来自比亚迪照明的销售人员表示，对于主干道和支路都用多少色温的路灯，他认为，低色温路灯让人觉得自然、熟悉，但是同样瓦数流明不如高色温的，高色温可以提高行人的专注度，同时也会造成驾驶员视觉疲劳，所以照明的效果需要综合多个指标来衡量。“所以我们建议主干道3500K～4000K，支路使用2700K～3000K的路灯。但从色温讲，是不可能兼顾多种需求。如果非要选定一种色温兼顾多方面，个人认为3000K比较合理。”

      而来自山西光宇照明和施莱德(中国)照明工业有限公司技术人员一致认为，色温大于3500K的LED光源光效差异不大，色温3000K以下的光源光效会降低10%左右，4000K是最适合的并可兼顾多种需求，并且节能性价比较高。建议LED路灯的使用色温不易超过4000K!

      飞利浦照明技术人员也表示，从目前LED芯片的技术来看，高、低色温LED芯片的光效差距正在接近，色温3000K~4000K基本能够兼顾多种需求，可以达到较高的性价比，同时也可以让人视觉感到舒适。

      广东德洛斯照明工业有限公司技术人员表示，如果就色温与照度的舒适区域而言，不同照度需要采用不同色温，比如路灯建议采用3000K左右比较舒适，隧道灯可以考虑3000K～4000K左右，室内一般在4000K～5000K左右比较舒适;但是综合成本因素，3000K以内效率偏低，目前建议路灯采用4000K左右色温比较适宜。

      从理论上讲，太阳的平均色温约是5600K，高于该色温带给人的感觉就更偏重是一种冷色调;早上七八点钟的阳光大约是4000K，下午二三点左右的阳光色温大约在5000K附近，这段时间人类活动最为活跃，选择4000K或5000K符合人类活动规律。

      华普永明技术人员表示，虽然正午阳光色温接近本色5600K左右，但是人类一般在此条件下选择午休，工作效率是一个低谷，因此5700K左右的色温并非首选。同时，根据弗吉尼亚技术学院的驾驶员应激反应时间测试，5000K色温下，驾驶人员采取动作的时间最短。从封装角度来看，5000K时黄色光和蓝光的比例恰当，光效最高;3000K或者更低色温时，光效降低，人的应激反应时间增加，人的警觉性下降，所以这是一个误区，仅仅是满足部分人喜好而已。华普永明出货数据表明，4000K与5000K的订单也占比较大比例，不难推出这也是大多数客户实际应用需求的反映。5000K是路灯最佳的色温，如果兼顾使用习惯，也可接受4000K色温。

      如何判断LED灯具寿命5万小时真实性?

      目前，地方和国家对灯具寿命的检测方法及检测时间差异较大，用户则希望在较短时间判断，那么如何合理快速检测LED灯具寿命?

      现有技术下，LED灯具2000H的光通量维持率可以做到?4000H的光通量维持率可以做到?6000H的光通量维持率可以做到?8000H的光通量维持率可以做到?

      目前LED灯具的主要组成部分是光源、电源和结构(模组及灯壳)，灯具寿命的考察内容主要是针对这三项。决定寿命的主要是光源和电源。华普永明技术人员表示，对于光源，首先采用拥有LM80报告的LED灯珠;其次保护LED灯珠的腔体的防护等级是否足够高;最后要看芯片结温是否在设计的安全范围内。对于电源，要看其设计是否留够余量，保证寿命达到50000小时以上，另外制造工艺保证的MTBF是否足够。

      比亚迪照明销售人员称，采购方可以通过企业提供的国家级测试机构或认可的测试报告，关键元器件的选用证明，灯具寿命的理论依据及相关数据及企业的信誉度来综合判断其真实性。其中LED灯珠的LM80报告和权威的灯具温度(含引脚)报告，根据其中的数值就可以来推算。目前质量好的灯具可以做到2000H无光衰，4000H<1%,6000H<3%,8000H<5%。

      灯具的寿命是光源寿命和电源寿命。对于光源寿命的测试，华普永明技术员建议推广LM80的测试，LED灯珠厂家的灯珠如果都有LM80报告，检测机构仅需要测试灯具正常工作时的焊盘温度就可以得出灯具的光衰曲线。检测机构没有必要将灯具硬点来测试寿命，这样费时费钱。并且，对于电源的寿命，目前尚无公认的测试方法。

      可以根据灯具光衰曲线来判断灯具寿命，山西光宇照明技术人员却持另一种观点。她表示，在户外实际点灯情况下，不同LED路灯的光衰并未呈现出规律性，灯具型式不同，光衰曲线存在差异。单纯用光衰曲线变化预测灯具寿命，可靠度和置信率低。并且，灯具密封结构设计、密封材料的选择、光学防护材料的选择都会对灯具的可靠性和光衰有直接影响。电源尽管是灯具中最容易损坏的部件，但是通过合理的电源腔温度设计和增加防雷抗浪涌保护器可以极大提高灯具可靠性。

      业内人士认为，5万小时是LED的理论寿命，5万小时相当于每天亮灯10小时连续使用13.7年，从LED路灯的推出到现在也就10年左右，目前还没有真正使用时间超过5万小时的LED路灯。每个企业都有自己的技术特点和标准。从技术上讲，这个问题对于采购方来说过于专业，最好的办法就是请有资质的专业第三方检测机构进行抽检。

      是否有必要防雷?

      高压钠灯时代，几乎可以忽略灯具上的防雷措施。LED灯具被称为是IT产品，所以在雷雨高发地区的灯具的防雷措施是否必要呢?有何措施呢?

      光宇照明技术人员表示，LED作为电子器件，无论是电源还是LED光源，电压冲击都会造成器件损坏，因此，做好屏蔽可以极大的提高灯具的可靠性。GB7000.1-2014对雷击浪涌保护器进行了规范。

      德洛斯照明技术人员认为，LED本身就是半导体产品，所以对雷击以及一般浪涌都会比较敏感，所以无论在雷雨高发地区或者电源污染较为严重的地方都需要做好防雷或者防浪涌措施，具体的做法一般是在电源入口放置防雷模块或浪涌吸收模块。

      比亚迪照明技术人员也表示，LED作为单体低压器件，自身的电器特性决定了不能经受较大的能量冲击，同时LED灯具的驱动中含有大量的小功率电压器件，它们都不能承受较大的冲击，因此防雷应该优先泄放，其次考虑用防雷的大功率器件去吸收，因此LED路灯应先保证有效接地，再考虑安装吸收防雷器件和设备。

      防雷措施――必要!华普永明技术人员表示，目前，公司产品采用两级防护：第一级加外置防雷器，线对线10KV,线对地10KV;第二级电源内置防雷，线对线4KV,线对地6KV。同时，他也表示，对于灯具安装，底线必须接，但是绝大多数工地都不接地线，建议国家出台强制性安装的规定。

      如何实现不同品牌之模组的互换?

      以前城市照明管理单位维护灯具只需要携带光源电器就行，体积小重量轻，更换简便，国家标准统一，替代性好，价格便宜。

      随着LED技术的普及，由于国家标准的缺失，各个厂家的LED模块化设计均不统一，替代性差，维护单价居高不下，使得城市照明管理单位维护时极为困难。并且在5年期满后，面临照明质量下降不能满足安全要求，需要整体更换的困局。究竟多大功率的模组是最合适的，如何实现不同品牌之模组的互换?

      业内人士称，目前模组化已成为LED照明产业趋势，也渐渐成为市场主流，统一模组的机械、电气、光学接口势在必行。并且，模组化有很多好处，其中可替换性是非常核心的一条，如果统一机械、电气、光学接口，各个厂家之间的模组都可以互换，则以上所提的问题都可以得到解决。

      据了解，由国家半导体照明工程研发及产业联盟组织制定的联盟标准CSA016-2013《LED应用接口要求：自散热、控制装置分离式LED模组的路灯/隧道灯》涉及的光源模块制定了产品光、电、热、机械接口规范，模组化的路灯将更加方便维护和更换，可实现不同厂商间产品的互换，能够让企业生产具有核心竞争力的产品，支撑产业发展;规范市场，实现规模化生产，降低成本。CSA016已于2013年12月纳入国标委国家标准计划项目;2014年6月国标版正式启动，目前已在上海、广东、浙江、湖南、四川等地方标准中推广，未来将在国际上与金砖国家合作，进一步在国际上形成影响力。当前已有华普永明、PHILPS等采用相应的标准生产路灯模组，宁波燎原、上海三思、江苏林洋、南京中电熊猫等企业进行了CSA016规格的路灯产品的产业化生产。

      目前由飞利浦、亚明、光宇、九州、三思生产的采用CSA016标准的路灯产品已经在上海内环进行试挂，经检验反馈为眩光少，舒适度高，路面亮度均匀性好。

      华普永明公司董事总经理陈凯也认为，传统路灯企业如果购买满足CSA016标准的LED模组，可以快速地推动整个产业的升级。因为在LED时代，灯珠与传统照明灯丝概念等同，模组与灯泡概念是等同的，模组系列化方案将可以用不同的光引擎，组成不同用途的整灯;变动光引擎数目，可以组合任意功率瓦数的大功率灯具，所以采购标准化的模组则有利于LED路灯企业的顺利的升级。华普永明作为专业的路灯模组生产厂家，模组可以做到IP68，符合CSA016标准，希望通过与路灯生产厂家的合作发挥路灯企业的研发短板，缩短新产品开发周期，提升产品附加值，还可以给予路灯企业全方位的技术支持。

      有路灯企业代表也表示，对于路灯生产厂家来说，要采用“拿来主义”，将专业的事交给专业的人来办，不要想着什么都要自己做，路灯光源模组化这将有利于路灯厂家直接采购品质过硬的光源产品。CSA016标准主导LED路灯的模组产品，将更进一步促进传统照明企业向LED照明的转型，提高路灯企业的竞争力。

      自清洗的问题如何解决?

      以前的路灯灯具都有一个圆弧形的玻璃，空气中的污染吸附后，下雨时会进行冲洗，形成自清洗。现在市场上的LED灯具大部分为平板式，自清洗的问题如何解决?

      对于这个问题，大多数路灯企业认为，以前的路灯最大的问题是产生高压(触发电压上万伏特)及高温(上百摄氏度的高温)导致灰尘吸附在表面，而LED既没有那么高的电压，也没有那么高的温度，其吸附灰尘的能力大大降低，在一般环境中几乎没有清洗的必要。

      但也有企业认为，灯具自清洗难度较大，建议模块做到IP66甚至IP67，使用高压水清洁。除了在比较恶劣的地方(比如隧道)可以定期(一年或几年)用高压水枪冲洗一次即可。当然，透镜表面可以硬化处理来提高透光率，同时提高抗摩擦能力，降低灰尘附着力。

      业内人士建议，在灯具设计时可以采用上下通透式，下雨时可以通过缝隙流到透镜表面，把透镜的灰尘冲洗干净。采用适用于COB或中功率芯片的光学玻璃透镜能较好的解决透镜的维护系数。

      据了解，华普永明的LED路灯模组设计就具有一定的自清洁能力。当雨水经过翻盖的开孔可以流入灯壳，散热器上的大部分淤积物会被冲刷干净。当然，在灯具设计上可以促使灯具自清洗，也有一些采用自清洁玻璃的LED路灯。

      如何看待节能回报数据计算?

      节约电费测算的回报周期数据，可以看出在150瓦及以下功率高压钠灯的替换中，满足照明质量的前提下，LED灯具具有节能优势，250瓦及以上高压钠灯的替换上，LED节能优势不明显，在其寿命周期内无法完成节能回报。

      经常看到企业的计算方式与实例分析，里面数据非常完美，但是大部分都是对比使用了5年以上的常规路灯，可信度不高。企业是如何看代这些数据的计算的形成呢?

      “上述问题的描述不符合真是现状，功率越高的钠灯替换项目，节能效率越高。可能是描述这个现象的LED灯具企业的技术能力太差，无法做出合格的大功率LED灯具。从财务数据来说，大瓦数LED路灯的每瓦单价更低。”华普永明技术人员表示。

      对于，上述存在的问题，光宇照明技术负责人表示，LED路灯的节能体现主要在以下几个方面：1.LED路灯的整灯光效目前达到了100lm/W以上，但从光效上看已经比150W和250W的钠灯节能了，也比一般的400W钠灯节能了。2.LED路灯在配光上可以做到比传统钠灯更好的道路利用率，但从配光方面讲，相同光通量的LED路灯和钠灯比，LED路灯通过配光节能可以达到20%。3.LED路灯的功率表连续，可以更具路段采用合理的功率达到节能和满足道路照明标准的要求。

      济南三星灯饰技术人员认为，前几年，LED光效成本高，节能不明显，有些企业在节能对比数据上确实做了手脚，但现在随着LED光效的大幅度提升和LED成本的下降，LED灯具价格也明显降低。

      按实际计算75WLED替代150W钠灯，150WLED替代250W钠灯，240WLED替代400W钠灯，从照明功能上能完全满足。因为LED标称的是输入功率，钠灯标称的是光源功率，钠灯的输入功率还要乘以1.2，从功率上看节能大约50%。一般3年左右回本，LED灯具的寿命是8-10年，大约有5-7年的收益。

      如何判定LED灯具的眩光?

      一条道路LED改造后，经常有人说刺眼，即我们称之为的眩光，如何判定LED灯具的眩光?

      一般情况，眩光可通过分布光度计测得。同时，在LED道路照度计计算时，会有一项指标“TI”阙值增量，如果在主干道该指数大于10%就会有眩光产生，如果是次干道或支路该指数不能大于15%。此数值越小越能避免眩光的发生。

      华普永明技术人员介绍说，用分布式光度计测出IES文件，用Dialux模拟，就可以得出眩光，根据标准来判定，合格的就是合格的，不合格的就是不合格的。

      据了解，道路眩光主要有两种，一种是失能眩光，另一种是不舒适眩光，两种都可以通过计算和测试得到具体数值。为了控制道路眩光，保证应用到路面的效果，首先可以要求厂商提供计算书，进行初步筛选，对阙值和安装姿态下的I80进行限制就可以保证安装后不会产生眩光。

      德洛斯技术人员表示，从配光上看，是否符合截光型或者半截光型灯具：《城市道路照明设计标准》中规定快速路、主干路必须采用截光型、半截光型灯具;次干路应采用半截光型灯具;支路宜采用半截光型灯具。灯具布置仰角不宜超过15°，灯具最大光强方向和垂直夹角不宜超过65°，如果均达到要求，眩光不会超标。

      企业如何生产出满足业主管理部门的产品?

      由于LED光源技术的研究和发展快速，国家相应的有关技术标准和产品准则迟迟不能完善推出，造成各家制造企业各自为政，缺少LED照明行业尤其是道路照明产品的通用标准(LED灯具均是各类组件的标准)，给市场的应用和后期维护带来不小的困难，如不同品牌的灯具光源与电器无法互换、灯具维护等困难。那么，路灯企业如何生产出满足业主管理部门的产品?

      德洛斯技术人员表示，不能说没有标准，其中GB7000.1是所有灯具的通用标准，目前我们理解是LED产品犹如当年的电脑产品一样，一个周期的变化是很厉害的，技术的发展都可能会运用这个平台那个结构，若国家贸然把各种形态参数都固定了，那必然会造成技术发展的瓶颈。目前比较好的LED产品基本是免维护的，与上面提及的LED模块一样的道理，只要产品品质过硬，无需要多考虑互换性。

      对此，山西光宇照明技术人员表示，住建部在2014年已经完成可《LED城市道路照明应用技术要求》，国家半导体照明工程研发及产业联盟编制的《LED照明应用接口要求：自散热、控制装置分离式LED模组的路灯/隧道灯》已经申报了国标，《城市道路照明设计标准》CJJ45标准于2014年完成了修编，新增加了针对LED照明的内容;GB7000.203-2013也于2014年完成修编，并于2015年正式实施，新修编的标准针对LED灯具的特点在安规方面增加修改了规定。这些国家级部级标准的制定和修编对LED应用于道路在灯具安全、性能、规格接口和照明设计方面都进行了指导，对LED路灯进一步的规范推广意义深远。

      “一方面，对于目前已发布的相关标准，企业会严格执行。同时希望相关国家机构能够严格规范企业对于标准的执行。另一方面，企业欢迎国家机关机构尽快出台其他相关技术标准，并会积极配合执行。只有企业和国标标准机构共同努力，才能营造健康市场环境。”飞利浦照明市场人员如是说。

      一路灯企业高管认为，任何一种新技术的出现，必然需要一定时间的磨合期，磨合期内会逐渐达成某些技术共识，同时也会淘汰不合适的技术应用。我们应当参考国外一些标准，或将标准制定的比较宽泛，允许多种技术的共存与发展，最终优胜劣汰。

      总之，要想让业主主管部门满意，路灯企业除了要做到有LED标准就要按照标准执行外，还要站在业主管理部门的角度去设计产品，要符合安全标准GB7000.1;安装后照明指标符合标准CJJ45-2006的要求;要比传统灯具成本低，损坏率低，更换维修方便;出保质期后能采购到配件。

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