1、LED路燈節(jié)能改造方案介紹一、 背景隨著世界能源危機的加劇，各國都在尋求解決能源危機的辦法。一條道路是尋求新能源和可再生能源的利用；另一條是尋求新的節(jié)能技術，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。 在過去的一百多年中，照明光源經歷了三個重要的階段：白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈（HID），如今在照明界具有廣闊發(fā)展前景的LED光源被稱為第四代光源。LED作為新興的一種光源，具有壽命長、發(fā)光效率高、功耗低、啟動時間短、顯色指數(shù)高、工作溫度低、結構牢固、不怕震動、方向性好、工作電壓低、無紫外輻射、重量輕等顯著特點，是世界上最有發(fā)展?jié)摿Φ男乱淮庠础６襆ED光源可實現(xiàn)無汞化生產,對環(huán)境保護同樣具有重
2、要意義。用半導體LED作為光源的固態(tài)照明燈，將會逐漸取代傳統(tǒng)的照明燈而進入各種應用領域。 目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑。LED正以其固用的優(yōu)越性吸引著世界的目光。美國，日本等國家及臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預測，美國55%的白熾燈、日光燈被LED取代，每年可節(jié)省350億美元電費，每年可減少7.55億噸二氧化碳排放量。日本100%的白熾燈換成LED，可減少1-2座核電站發(fā)電量，每年可節(jié)省10億公升以上原油消耗。臺灣地區(qū)25%的白熾燈及100%日光燈被LED取代，每年可節(jié)省110億度電。LED照明燈還將會形成500億美元的巨大產業(yè)市場。 近年來國
3、際上著名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等都相繼推出LED半導體照明計劃，設立國家級重點實驗室，投入巨資開發(fā)研究。爭先占領LED照明領域的最前沿。我國有資料顯示，每年用于照明的電力接近2500億度，其中若能有三分之一采用LED照明，每年就可以節(jié)約800億度電，基本上相當于一個三峽電站的年發(fā)電量，對緩解我國日益嚴峻的能源危機，電力緊缺將起到巨大的積極作用。為此，我國專項成立了“國家半導體照明委員會”，出臺了國家半導體照明工程計劃,建立LED產業(yè)化基地，推動我國LED產業(yè)的健康發(fā)展。二、 道路照明設計一般要求按照城市道路照明設計標準的要求，機動車交通道路照明應以路面平均亮度（或路面平均照度）、路面
4、亮度均勻度和縱向均勻度（或路面照度均勻度）、眩光限制、環(huán)境比和誘導性為評價指標。人行道路及小區(qū)照明應以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度為評價指標。下表為幾種常規(guī)路燈布置方式的相關指標布置方式燈具仰角道路寬度安裝高度H(m)間距S(m)地面照度照度均勻度單側布置10-15雙向2車道616-188/100.4雙向4車道1233-3610/150.4雙側交錯布置10-15雙向4車道820-2510/150.4雙向6車道1025-3020/300.4雙向8車道1025-3020/300.4雙側對稱布置10-15雙向4車道820-2510/150.4雙向6車道1025-3020/300.4雙向8車道
5、1025-3020/300.4常規(guī)照明的五種基本布置方式如下圖所示：三、LED路燈在道路照明方面的優(yōu)勢用大功率LED燈用作道路照明，與傳統(tǒng)高壓鈉燈相比有著無可比擬的優(yōu)點：1. 發(fā)光機制不同，由于LED是一種半導體器件，其有效壽命可達50000小時（即經過50000小時后，光衰小于30），遠遠高于鈉燈以及金鹵燈（它們的壽命大概在12000-15000小時）。2. 由于LED是半導體材料，無燈絲及其它附加材料，因此它的抗震性好。3. LED光源照明燈的顯色指數(shù)可達到80以上，比較接近于自然光，人眼在此情況下更易辨別事物，有利于的行車安全；而高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20-30。4. 傳統(tǒng)的氣體放電燈如
6、高壓鈉燈在啟動時有一個預熱過程，既浪費能源又不利于智能化控制； LED路燈由于在光源方面有本質上的區(qū)別，不存在“啟動時間”的問題，加電可立即正常工作，能夠非常方便的實現(xiàn)智能化節(jié)能控制。5. 由于傳統(tǒng)的路燈光源都是采用汞蒸汽的機制來發(fā)光，因此，廢舊光源的處理也是目前全世界亟待解決的問題，同時，傳統(tǒng)光源的發(fā)光機制決定了它會發(fā)出對人體有害的紫外線。 LED光源是固態(tài)照明，沒有有害物質如汞等元素，也不會發(fā)出紫外線，因此，是環(huán)保的光源。6在光學系統(tǒng)內，傳統(tǒng)的路燈光源是全向發(fā)光，有一半的光線是需通過反射器反射出來的，而反射器是要吸收部分光線的，因此光線損失比較大。由于LED是單向發(fā)光，光線的利用率比傳統(tǒng)的
7、路燈高。7. 傳統(tǒng)路燈的配光曲線是由反射器決定的，因此具有一定的局限性，而LED光源是一種分布式光源，可以通過各個電光源的設計，使燈具光源呈理想的蝙蝠翼形，通過合理控制光的分布，使路面光斑呈矩形，在有效的照射范圍內，獲得較高的照度均勻度。8. 更完善的自動控制（選配）: 可根據(jù)不同時間段的需要設定不同的亮度，更加提高節(jié)能的效果。如晚上7時亮時是200W，到了半夜12點人少時，亮度自動調節(jié)為100W,其中還可以省電60W。現(xiàn)在的道明照明設計中，燈距一般是燈高的3倍，而燈高一般等同于道路的路寬，根據(jù)幾何三角關系可以計算出照明燈具的配光角度應當為C0/180方向約140度，C90/270方向約80度
8、。示意圖依照現(xiàn)在的交通照設計標準，道路方向路燈間距一般是3倍于燈高，由于常規(guī)光源的配光曲線的關系造成有些光源無法照明的黑暗地帶。這不僅造成能源的浪費，也給夜間行駛帶來很大的不便，產生安全隱患。常規(guī)路燈容易形成部分黑暗地帶、陰影。通過特殊光形設計的LED應用在路燈燈具上，可以使燈具的發(fā)光角度發(fā)生偏移，提升了路邊的照明利用率;根據(jù)矩形的長寬比可以產生長寬比為2:1的光斑，這樣相鄰的光斑之間則不會出現(xiàn)陰影，可以在路面上形成一條明亮的照度均勻的光帶，因而更符合現(xiàn)在的交通道路的照明設計，不需要提高燈桿高度即可滿足足夠寬的照射范圍，而且還提高了燈具的照明效率，降低了道路的照明功率密度 ，從而真正達到節(jié)能及
9、綠色環(huán)保。采用特殊光學設計的LED路燈形成的照明光帶，照度均勻，無陰影四、 采用LED路燈的實際測試指標1、以某系列LED路燈為例，在不同布燈方式下，實測數(shù)據(jù)如下表： 布置方式道路寬度安裝高度H(m)燈具型號間距S(m)地面平均照度照度均勻度雙側布燈雙向8車道12200W30240.7從實測數(shù)據(jù)可知，用LED路燈代替高壓鈉燈，照明效果完全可以達到城市道路照明設計標準的要求。同時，由于LED路燈的配光曲線是理想的蝙蝠翼形，使得道路路面照度均勻度大于普通的高壓鈉燈，起到了很好的誘導作用。2、采用200w LED路燈的模擬1.單向2車道單側布置帶人行道：渲染效果圖 2.標準雙向4車道雙側對稱布置：渲
10、染效果圖五、LED路燈與傳統(tǒng)路燈產品性能對比分析六、采用LED路燈的節(jié)能減排社會效益在滿足道路照明較高標準情況下路燈節(jié)能減排對比表 傳統(tǒng)路燈LED路燈1、單個光源理想光效110lm/W100lm/W2、每瓦直接到達路面的光通量40%直接到達路面，44lm80%直接到達路面，80lm3、經反射到達路面的光通量60%經反射后再到達路面，反射器反射效率40%， 1100.60.426.4Lm 20%經反射后再到達路面，反射器反射效率40%， 1000.20.48Lm4、實際到達路面的光通量44+26.4=70.4Lm80+8=88Lm5、按中間視覺的效果，LED應乘2.5系數(shù)，折算有效視覺光通量70
11、.4Lm882.5220Lm6、按產生5000Lm照明效果，所需消耗電功率P=5000/70.471WP=5000/22022.7W7、節(jié)能效果，按百分比計算0%節(jié)能68%8、次干道照明布置，常規(guī)路燈品種標稱250W，實際消耗功率280W標稱120W，實際消耗功率135W9、每天點燈10小時，計算年用電量（KWh）1022KWh492.75KWh10、每盞10年節(jié)電（KWh）/節(jié)費（元）05292.5KWh/5292.5元11、每盞燈10年折合節(jié)煤/減排： 耗煤：0.396Kg/KWh 排放：CO2 0.175Kg/KWh0節(jié)煤2095.83Kg 減排CO2 926.2Kg七、節(jié)能效益分析（1
12、）雙向6車道照明推薦方案雙側對稱布燈，以17長道路，燈桿間距30米，燈桿高度12米，雙向共布198盞路燈，采用200WLED路燈（實際消耗功率227w）代替原有的400W高壓鈉燈（實際消耗445w），每天按10小時點亮計算：方案項目400w高壓鈉燈200wLED路燈備注年用電量（萬度）180.391.8年用電費用（萬元）72.1236.72LED路燈在使用階段每一年可以節(jié)省約35.5萬元年燈管維護費用（萬元）11.10年使用費用合計（萬元）83.2236.725年各種費用合計（萬元）4161183.6使用5年，總共可以節(jié)省約177.5萬元由于在滿足路燈地面照度的要求下，LED路燈比傳統(tǒng)路燈節(jié)電
13、60以上，因此對路燈電纜以及路燈變壓器的負荷要求也相應降低，如為新建道路，投資效益比原有路燈改造會更為顯著，主要體現(xiàn)在電纜費用及變壓器投資費用可大大降低。綜合以上分析，我們可以得出如下結論：按一個城市5萬盞路燈計算，用LED路燈改造傳統(tǒng)路燈，10年可節(jié)約3億元電費，平均每年可節(jié)約3000萬電費，如果在建設階段采用LED路燈，節(jié)省投資費用則更為可觀。 目前，照明耗電量約占整個社會用電量的20%。如果用LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源，可降低照明用電50以上，在當今社會提倡的節(jié)能降耗4的目標中發(fā)揮巨大的作用。按照我國火力發(fā)電396克/KWh的標準煤耗計算，每盞LED路燈10年節(jié)電5694KWh，可節(jié)約電煤2254.8公斤。 按照我國火力發(fā)電每KWh排放175.4g二氧化碳和8g二氧化硫計算，每盞LED路燈10年可減少二氧化碳排放998.7公斤，減少二氧化硫排放45.6公斤。 因此，采用LED路燈替換傳統(tǒng)路燈，不但有巨大的經濟效益，同時還有巨大的社會效益和環(huán)保效益，功夫在當秋，利在萬世！八、LED路燈實景圖圖一 圖二
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