浅析城市LED道路照明设计

摘要：随着社会经济发展，城市道路照明的主体已经升华为新一代环保LED路灯，其以光色柔和不伤眼，低损耗低能耗，环保节能寿命长为优点。本文以设计的角度为立足点和出发点，以《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011）为基本，对LED路灯节能等优势进行研究分析，并简单探讨一下LED道路照明的灯具参数选择方法及步骤。

关键词：城市道路照明；LED光源；参数计算

中图分类号：K915文献标识码： A

为推进“十二五”期间我国城市绿色照明工作，提高城市照明节能管理水平，我国住房和城乡建设部研究制定了《“十二五”城市绿色照明规划纲要》（建城〔2011〕178号），要求把推进城市绿色照明，促进城市照明节能，提升城市照明品质作为城市照明工作的核心。LED照明具有环保无污染、耗电少、光效高、寿命长等特点，在城市道路照明中成为被重点推广的新型光源，尤其是《深圳市推广应用LED照明产品实施方案》（深府函[2012]213号）等政策的出台， LED逐渐成为城市道路照明的主力。立足于光学的舒适性和能源的节省性设计为出发点，本文试对LED道路照明的灯具参数选择进行探讨分析，有错误之处欢迎指正。

一、LED照明系统的研究意义

道路照明是城市功能的重要组成部分，城市基础设施建设通常是随着经济发展和科学生产力提高而逐步完善的，传统的路灯常采用高压钠灯，高压钠灯整体上光效低的缺点造成了能源的巨大浪费，因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的路灯对城市照明节能具有十分重要的意义。

LED作为发光二极管，是一种半导体器件，材质不含铅汞等重金属物质，不会对人体和环境造成严重污染，非常环保。它把电能转化为人肉眼能够接受的可见光，色彩丰富，光色柔和不伤眼，低损耗低能耗，寿命长。LED从最初作为仪器设备的指示光源，之后推广至交通信号灯，最后乃至显示屏都有采用，现已逐步占据道路照明的主体地位，适用范围可谓是极其广泛，皆是因为以上的优越性。

2010年末，全国657个城市共有道路照明灯约1774万盏，“十一五”期间净增道路照明灯567万盏。从照明效果上，采用100W的LED路灯可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能60%。随着LED效率的快速提高，LED路灯在节能方面显示出了巨大的潜力。因此，对于LED道路照明进行科学的设计，可以为社会经济带来巨大效益。

表1：功率型LED与高压钠灯光源的比较

二、LED照明的相关政策、规范

全球人口过多，资源问题刻不容缓，节能减排成为国际社会的统一目标。2008年初，国家财政部和国家发改委还颁布了《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，以推动LED等高效照明产品对白炽灯等低效照明产品的替换，可见LED对节能环保的巨大贡献以及国家对LED技术的肯定与大力推广。

传统的城市道路照明设计以《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）为指导，该规范确定的城市道路照明灯具为高压钠灯、金属卤化物灯及荧光灯。随着LED技术的发展，LED灯具在道路照明上应用越来越多，也日趋成熟，由于LED比传统灯具更为节能高效，原来的标准已经落后时代的发展。

2012年2月，深圳市了《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011），作为国内第一个以LED灯具为主体的道路照明设计及验收的地方标准，它是对新形势下《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）的一种补充，对LED路灯在全市道路照明的应用起到积极的指导意义。同年，《深圳市推广应用LED照明产品实施方案》（深府函[2012]213号），提出2年普及公共照明领域LED照明，城市道路照明工程等领域，一律采用LED照明。

三、LED路灯的参数选择方法及步骤分析

城市道路照明既要满足辨识可靠、视觉舒适等功能性要求，保障道路交通的安全畅通，同时起着美化城市环境的作用，还要节能环保，避免浪费。

下面以某城市道路为例，简要分析LED路灯参数选择的一般方法及步骤。本设计道路为城市支路，道路红线宽15m，双向2车道，机动车道宽7m，沥青混凝土路面。

图1：某道路标准横断面图

1.道路照明指标

确定道路照明指标要求时，首先要考虑道路的使用性质和道路等级，在《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011）中，从城市道路照明上将道路分为三种类型：快速路及主干路、次干路、直路，以下是它们的道路照明指标要求：

表2：机动车交通道路照明指标

设计道路为城市支路，按规范要求，道路平均亮度不低于0.75cd/m2，总均匀度不低于0.4，平均照度为不低于10lx，均匀度不低于0.3。

2.路灯设置方式

LED灯具可用于常规照明、中杆照明和高杆照明。常规照明用于道路正常段照明，高度多为6～12m，中杆照明多用于道路交叉口增强照明，高度为15m左右，高杆照明适用于立交等要求照射范围广的路段，高度为20～30m。对于小型道路交叉口，考虑方便后期路灯的日常维护，可通过适当缩减路灯布置间距、提高灯具安装功率等方法来提升交会区照明效果，避免使用中杆照明。

路灯灯臂长度的选择不宜超过灯杆高度的1/4，且不宜大于2.5m。

路灯的布置方式的选择，要结合道路的性质及照明需求，在同样满足照明指标要求的前提下，单侧布置比双侧布置需要路灯数量较少，可节省投资。

表3：灯具布置方式与灯具推荐安装高度、间距、仰角的关系

设计道路机动车道宽7m，双向2车道，依据表3的参数关系，设计路灯采用单侧布置，对于不同机动车道侧臂长，计算出不同的布置参数。

表4：路灯推荐布置参数

依据计算值，选择机动车道臂长L=1.0m时，比较符合设计要求（L/H≤0.25，L≤2.5m，6m≤H≤12m）。故本设计道路的路灯设置方式为单侧布置，机动车道内侧臂长L=1.0m，灯具安装高度H=6m，灯具安装间距S=21m，仰角A≤15°。

表5：灯具最小利用系数

W/H = 7/6 = 1.17，查表5得本设计灯具最小利用系数U=0.6。

3.灯具选择

道路照明设计应在保证照度要求的情况，选择合适的灯具参数，避免浪费。《“十二五”城市绿色照明规划纲要》（建城〔2011〕178号）要求LED路灯灯具的系统效能不低于90lm/W。同时，《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011）中对道路照明的功率密度LPD提出了强制性规定，必须满足要求。

表6：机动车交通道路的照明功率密度（LPD）

设计道路为双向2车道的支路，LPD必须小于0.45W/m2。由于前面通过计算我们已经确定了路灯布置的参数，其中间距S=21m，则可通过LPD要求反算回路灯可选择的最大的安装功率。

灯具最大安装功率Pmax = S×W×LPD=7×21×0.45=66.15（W）

式中： Pmax―灯具最大安装功率值（含电源等附件）（W）

S―灯具安装间距（m）

W―机动车道宽度（m）

LPD―照明功率密度（W/m2）

由于LED路灯多为3W或者1W的灯珠通过串并联等方式组合而成，故其灯具功率可选择区间比较大，而高压钠灯（150W、250W、400W）的可选择区间则要小很多。这里假定选择灯具安装功率P=50W（≤Pmax），进行平均照度校核。

设计平均照度Eav ===11.94（lx）

式中： Eav―设计平均照度（lx）

N―与排列方式有关的数值，单侧布置或双侧交错布置时N=1，相对矩形排列时N=2。

P―灯具安装功率值（含电源等附件）（W）

η―灯具综合光效（lm/W），≥90lm/W。

K―维护系数，不准货车通行的路段取0.7，准许货车通行的路段取0.65。

U―灯具利用系数，按道路路宽与正常安装高度比例一般为0.5～0.75，见表5灯具最小利用系数。

S―灯具安装间距（m）

W―机动车道宽度（m）

路面平均亮度采用平均照度换算系数法（lx/(cd/m2)）计算，沥青路面为15lx/(cd/m2)，混凝土路面为10lx/(cd/m2))。则本设计道路平均亮度Lav = Eav/15=11.94/15=0.796（cd/m2）。

经校核，灯具布设间距21m，布设高度6m，安装功率取50W时，道路的设计平均亮度Lav=0.796cd/m2＞0.75cd/m2，设计平均照度Eav=11.94lx＞10lx，设计LPD=50/21/7=0.34W/m2＜0.45W/m2，满足规范要求，故本次设计道路选取的路灯参数是合理的。

此外，规范还要求本道路照明均匀度不小于0.3，由于照度均匀度与灯具的配光曲线相关，只能通过厂家的样本数据，采用软件模拟方式进行校核，本文暂不对其展开探讨。

综上可见，《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011）为LED路灯在道路照明的应用提供一套较为完整的设计方法，指导我们科学的进行LED路灯应用设计。

结语

本文综合阐述了LED的节能环保等特性，以《LED道路照明工程技术规范》（SJG22-2011）为基本，采用案例方式简单分析了LED道路照明参数选择的方法和步骤。随着科学生产力的迅猛发展，LED照明技术也不断的进步，在国家的大力支持下，LED路灯会得到最大的推广，节能减排的效果也将日益显现。

参考文献：

[1]SJG22-2011.LED道路照明工程技术规范[S].

[2]司徒宁俭.城市道路照明设计[D].深圳市灯光环境管理中心,2002.