LED路灯在雨、雾、雪环境下的应用

2017-08-02    

来源:澳门威尼斯人网址

   作者:四川火石光电有限公司 总经理曹永健 吉林省照明协会 秘书长陈章程  

4222

导语: 近几年,由于LED照明产品节能、寿命长等优点,在室内照明已经广泛取代白炽灯和日光灯;在室外,一些高品质的LED路灯已经完全胜任道路照明,而且还表现出一些特有的优势,比如高显色指数、寿命长等,但是LED路灯在雨、雪、雾天气下的穿透性还存在不足,是影响LED照明在户外应用的主要因素。

1、概述

    近几年,由于LED照明产品节能、寿命长等优点,在室内照明已经广泛取代白炽灯和日光灯;在室外,一些高品质的LED路灯已经完全胜任道路照明,而且还表现出一些特有的优势,比如高显色指数、寿命长等,但是LED路灯在雨、雪、雾天气下的穿透性还存在不足,是影响LED照明在户外应用的主要因素。

2、道路照明对穿透性的要求

    道路上的照明灯具主要分为汽车灯、路灯,目前汽车灯、路灯主要以黄光为主。信号灯作为指示灯对道路上行人和行车起到指引、指示和警示作用。

    2.1车灯方面

    大雾(雨、雪)是车辆行驶的一大障碍。车辆在遇到大雾(雨、雪)时,常常会打开前后雾灯,让一簇灿烂的黄色灯光开路,既照亮了前方的道路,又标明了自己的位置,使迎面而来的车辆行人能够透过浓浓的雾幕,迅速避让,防止碰撞事故发生。汽车雾灯照射出来的光是黄色光,这是经过科学家精心研究以后作出的最佳选择。

    28岁的绍兴车主陈先生为了使爱车大灯更亮,他花钱将远光、近光、雾灯全部改成了6000K的高色温氙气大灯。“真是亮极了!”陈先生说,改成氙气灯后,天气好的时候,只要打开灯光,“能晃得眼睛看不见”,他感到很满意。可不久后他驾车外出游玩时,突遭大雾袭击。他顺手打开氙气灯,可出乎意料的是“眼前完全白茫茫一片,什么都看不见”。由于能见度不到五米,氙灯又毫无用处,他只能凭感觉一点点移动。可几分钟后,突然听到后面的车急按喇叭,他停车一看,“天啊,车头离路边悬崖只有二十公分了!”

    专家建议:高色温氙灯令光线穿透力下降雾天切勿乱改灯

    陈先生回绍兴后,马上将近光灯与雾灯又改成了普通灯。由于花钱不讨好,他很是郁闷:“氙灯那么亮,怎么会在雾天就失效呢?”

    对此,绍兴汽车改装专家张师傅解释,车主将普通车灯改用色温过高的氙灯后,灯光的穿透能力会下降,一旦碰到雨雾天,灯光几乎失去作用。张师傅说,氙灯因具备亮度高、能省电、还耐用等优点,受到不少车主的青睐。在他的店中,最近几乎每天都有顾客开车前来改装氙灯。但有些车主为了炫酷,会选择6000K、8000K、12000K的高色温氙灯。因为这些氙灯不仅亮度强,而且光线中还带有蓝色、紫色等彩色,看上去绚丽夺目。但这样却降低了灯光的穿透力。

    2.2道路照明方面

    以前主要应用低压钠灯和高压钠灯。低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上,它们非常接近人眼视觉曲线的最高值(555纳米),低压钠灯辐射单色黄光,其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光,该波长光线透雾性强,所以低压钠灯,也适宜于多雾区域的照明;针对低压钠灯单色性太强,显色性很差,放电管过长等缺点而研制的高压钠灯,高压钠灯相对低压钠灯,具有显色指数高、寿命长的特点,同时也也具有较高的穿透性,色温主要在2200-2500K之间。钠灯应用在道路照明的最大优点就是对雨、雪、雾的穿透能力。

    深圳路灯管理处吴春海《LED路灯色温的思考与选择》中明确提出,从属性角度研究色温,即生理性和心理性。毫无疑问,色温兼具生理和心理两种属性。例如,光的透雾性影响驾驶者的辨识能力和反应速度,属于生理性;同时,透雾能力差使驾驶者感觉朦胧,精神高度紧张,属于心理性。他提起的案例:1999年,某国际品牌在国内推广金卤灯,深圳很多主干道,包括深南大道,都换成白光的金卤灯(6000-6500K)。初时效果尚算不错,但好景不长,2000年后开始有市民投诉,2001、2002年投诉达到高峰,反映白光昏暗,感觉不好。自此之后,深圳的主干道逐渐换回黄光的高压钠灯。

    2.3交通信号灯

    黄色光不仅用在汽车雾灯上,城市道路的十字路口交通信号灯,到了深更半夜,行人车辆稀少,交通灯上只有一盏黄灯一闪一闪地发出间断光芒,使深夜行驶的车辆驾驶员在很远的地方就能发现,以便及时降低车速,安全驶过十字路口。

3、国家标准对色温的要求

    据相关专家介绍,一方面原因是人体对冷色光源的视觉舒适度较差,不宜采用冷色光源;另一方面,色温较高的光源偏白,容易使驾驶者在视觉上产生雾蒙蒙的感觉。

    《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)于2007年实施,此标准和以前的标准对光源的要求主要是钠灯,由于钠灯的色温具有局限性,只有2500K以下,所以以前所有的标准中均没有特别说明色温。

    《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2015)于2016年6月1日实施,CJJ45-2015版的标准对光源选择做了新规定:增加了发光二极管灯(LED灯),由于LED色温较宽,可以从2300K-6500K,甚至更高,所以CJJ45-2015版的标准对LED路灯的色温做了要求,即LED路灯的相关色温不宜高于5000K,并宜优先选择中或者低色温。

    广西壮族自治区住建厅出台了《城市照明与建设管理工作方案(2015-2016年)》,明确色温由低到高分为暖色、正白和冷色。根据不同的地域环境和不同等级的道路,应采用相应色温的灯具。如在快速路、主干路、次干路、山区多雾的地区应选用色温比较低的灯具。同批次的光源色温应一致,市政道路不推荐使用冷色光源。

4、光的穿透性能与哪些因素有关

    光在照明中的应用中,穿透性不是严格意义上的穿透,而是绕过尘埃颗粒,被人看到。光的波长越长,越不容易被散射(也就是波长越大的光衍射能力越强),故穿透能力最强。但实际中由于水雾灰尘等因素的影响,红色光线的实际穿透能力就变弱了,而且红光的光效很低,不能满足照明的要求。

 1.png

    国际照明委员会(CIE)在1931年定义的人眼对波长的敏感曲线,在波长555nm的绿光最敏感,也就是说一瓦(1W)的555nm的绿光,人眼对他的相对亮度是683流明。由此可以知道,光能量最大的效率是683lm/W。

 人眼对波长的效率表

2.png

    绿色光早就被作为“安全”和“可以通过”等的标志光;但是由于绿色光波长小,容易被散射,同时为单色光,不适合户外路灯照明。

因此从波长和人眼对波长敏感因素,黄光最适合户外照明。

5、LED路灯穿透性的研究

    常规白光LED的频谱中,短波长占据很大部分,在雪花、雨滴和雾滴中传播时短波长的光会被散射,造成眼前白茫茫的一片,照明效果不佳。

    对于可见光在雾的环境中传播,BobsyAriefKURNIAWAN测量了在不同雾浓度和雾滴大小条件下,人眼对LED亮度的响应。他采用了红黄蓝绿四种颜色光,以及他们每两种颜色之间的颜色,构成了十二种颜色光进行实验,并得出了红黄光和红蓝光穿过雾时亮度最高。同时,蓝光在浓雾中的可见性最差。而在下雨和下雪的环境中,研究大多集中在对黄光和白光的选择上。人们通常认为黄光比白光好,因为在相同亮度下黄光带来的眩光没有白光严重。这个常识性的认识被JohnD.Bullough’s的研究证实了。他得出了在相同光强下,黄光比白光受到反向散射的影响小,因而眩光小的结论。

    不同色温的LED的光谱图

(1)6000K色温的LED的光谱图

3.png

    此图为产品色温段6000K左右的光谱图,图中光谱能量最多的为460nm左右的蓝光波段,再下来就是550~580nm段的绿色及黄色波段能量较多。

(2)3000K色温的LED的光谱图

4.png

    接下来就是3000K色温的LED产品的光谱组成其中以570nm~630nm段的光谱能量最多,蓝色段的能量几乎没有了。但是由于存在大量红光,所以整体效率偏低。也就是3000K色温的路灯光效低,替换钠灯时节电比较低。

6、如何实现LED路灯的低色温、高光效

    在LED行业中,基本是色温越高,光效越高;色温越低,光效越低。所以目前LED路灯基本实现模组化,主要组成:LED模组、LED驱动电源、灯壳,要实现LED路灯的低色温、高光效,主要取决LED模组。荧光粉主要影响色温,LED芯片、荧光粉、二次配光透镜主要影响光效。

    实现低色温的办法:是在封装时调整LED红粉、绿粉和黄粉的比例,以便封装出不同色温的LED灯珠;

    实现高光效的主要办法:一是采用高光效的LED芯片;二是采用高转换效率的LED荧光粉;三是采用高出光率的LED二次配光透镜;四是选择高导热的铝基板。

    通过以上办法,可以实现LED路灯的“低色温、高光效”,在行业内的实际应用中,LED路灯的色温在逐年降低,LED路灯的整灯光效在逐年增加。

图一:2016年前LED路灯实际应用中的色温变化

5.png

图二:2016年前LED路灯实际应用中的整灯光效变化

6.png

7、结论

    道路照明的功能性需求之一就是希望提高雨、雾、雪天气的穿透能力,以便增强的对行车、行人的引导性,提高雨、雪、雾天气的行车安全。LED路灯作为新一代照明产品,除了节能、寿命长、显色性好等优点外,从技术角度,完全可以实现低色温,色温可以控制在高压钠灯和白炽灯之间的色温,从而使LED产品在户外照明中的优势越来越突出。

参考文献:

[1] 《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)

[2] 《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2015)

[3] 广西壮族自治区住建厅《城市照明与建设管理工作方案(2015-2016年)》

[4]《LED路灯色温的思考与选择》吴春海

[5]《国际照明委员会色彩体系(CIE色彩系统)》


实习编辑:杨志钊

标签:LED  路灯  照明  

只有登录之后才可以评论,请点击这里评论

在线评价

表情

输入验证码:   

验证码

发表评论

http://www.bp-tricks.com/

相关论文

MORE >>
澳门威尼斯人网址官方在线QQ咨询:AM 9:00-PM 6:00
广告/企业宣传推广咨询:林小姐 韩小姐 廖小姐 辛小姐
活动/展会/项目合作咨询: 市场部
新闻/论文投稿/企业专访: 李先生
媒体合作/推广/友情链接: 市场部

澳门威尼斯人网址网友交流群:2223934、7921477、9640496、11647415

澳门威尼斯人网址照明设计师交流群:2223986、56251389

中国职业照明设计师QQ群:102869147

X