LED道路照明的光学系统设计技术及发展趋势.ppt

谢谢各位 * * 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 Qian Keyuan 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； 城市道路照明的技术指标与设计依据 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！ 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 路灯国家标准 * 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。 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左右 节能灯 光效 50~70lm/W ，主要用于庭院照明 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 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 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 LED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； 均匀度有望大大提高(0.7)； 总的光效高； 高压钠灯80-120 lm/w 照明效果比较的对象：高压钠灯。绝非白炽灯！ 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） 400 250 150 照射面积(m2) 400 350 300 路面长度(m) 40 35 30 照度（lux） 30 15 10 区域内光通量（lm） 12000 5250 3000 光源总光通量（lm） 48000 30000 18000 系统效率 0.25 0.175 0.167 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) 400 350 250 区域内光通量（lm） 12000 5250 3000 系统效率 0.7 0.7 0.7 最少需要光通量（lm） 17143 7500 4286 需要LED功率（W） 172 75 43 最理想的情况！ LED路灯的光学设计 1，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 0 5 10 -5 -10 -15 5 10 15 20 30 25 照度 ( lux) 水平距离(米) 传统城市照明光源 LED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 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 最高照度仅为14 lux，最低照度仅为0.8 lux，平均照度仅为4.8 lux，均匀度仅为0.17。 IES Streetlight Distribution Patterns These patterns are largely based on the light pattern created by existing street lighting fixtures Most customers will want to keep these patterns because people are used to them Type I Type II Type III Type IV Type V 新型LED路灯系统 封装后的照度分布理论模拟图 在35米长1