（一）配光（光型較正）

道路照明配光曲線(xiàn)的設計有多種方法，本研究嘗試在符合道路照明配光曲線(xiàn)規范(平均照度/亮度、均勻度、眩光限制、環(huán)境比等)的前提下，在不同的配光技術(shù)中研究如何提高照明利用率、降低燈具功率，以達最節能的目的。

道路照明的配光曲線(xiàn)設計，需考慮車(chē)行方向與車(chē)行垂直方向(含環(huán)境比: 車(chē)行道外邊 5m 寬狀區域內的平均水平照度與相鄰的 5m 寬車(chē)行道上平均水平照度之比)的需求。

1、車(chē)行方向配光曲線(xiàn)最大值在 60～65 度為宜。若最大值在 70 度時(shí)，75 度以上的光束會(huì )太大導致 眩光值(TI)超標；若最大值低于 60 度時(shí)，Ul 不易達標(尤其是主干道 Ul≧0.7)。

（1）燈距為燈高 3 倍時(shí)，光束分布角度需涵蓋燈距一半以上(約 56 度)；

（2）燈距為燈高 3.5 倍時(shí)，光束分布角度需涵蓋燈距一半以上(約 60 度)；

（3）燈距為燈高 4 倍時(shí)，光束分布角度需涵蓋燈距一半以上(約 63 度)；

（4）75 度以上為眩光，因此需避免超過(guò) 75 度以上的光束分布。

2、車(chē)行垂直方向配光曲線(xiàn)分布角度，以單側配置一般路幅與燈高相同為例， 光束分布角度需涵蓋路幅(約 45 度)，所以路寬方向配光曲線(xiàn)分布角度需比 45 度大一些。

（1）若大于45度太多時(shí)，光束會(huì )落在路面外，導致照明利用率下降；

（2）但是若有要求環(huán)境比SR時(shí)，則需大于45度，使得光束部份會(huì )落在路面外以符合環(huán)境比SR要求，但是照明利用率會(huì )下降。

（二）散熱

熱傳遞的三種形式: 傳導 (conduction) 、 對流 (convection) 、 輻射(radiation)。本研究嘗試在這三種形式中找出最適合LED的散熱技術(shù)。

綜合分析以上三種方式，經(jīng)研究發(fā)現最適合LED特點(diǎn)的散熱方式為傳導散熱。有些廠(chǎng)家為應對結溫，采取加大散熱鰭片表比面積，選用熱阻效應小的母材并盡力減少母材壁厚等方式增大熱熔以提高散熱效率，但測試結果發(fā)現熱沉溫度雖有所下降，光衰卻并未因熱沉加大而明顯改善！結溫需要有導出過(guò)程，即，散熱過(guò)程必須滿(mǎn)足結溫速率與傳導速率及散發(fā)速率相匹配才會(huì )達致最好的散熱效果！采用熱管技術(shù)引導散熱后經(jīng)測試，結溫平均維持在 75 度左右，接近理想狀態(tài)。本項研究創(chuàng )新采用熱管技術(shù)完美的解決了燈具散熱問(wèn)題！

五、LED路燈較傳統路燈成本優(yōu)勢分析

LED 是利用半導體P－N結發(fā)光原理的固體光源。其發(fā)光效率已從 2007 年的量產(chǎn)達到 60lm/W，發(fā)展到目前的 204lm/W，已經(jīng)超過(guò)傳統高壓鈉燈光源的光效。大功率LED 管芯已有 1～5W／顆的產(chǎn)品。

LED 在匹配的驅動(dòng)線(xiàn)路下工作壽命遠長(cháng)于傳統光源，且耐震，工作可靠。運行和維護成本低?；厥瘴镂廴旧?。由于其生產(chǎn)成本的不斷降低，目前每盞LED路燈的造價(jià)已經(jīng)接近或低于傳統高壓鈉燈的造價(jià)。

該燈具的維護成本相比傳統路燈照明也降低了不少。研究的內容是：

1、LED 路燈高光效、長(cháng)壽命研究：

LED 單個(gè)管芯的出射光通量要滿(mǎn)足等級道路的亮度需求和標準路燈的配光特性則需要多個(gè) LED 單體的高度集成，并突破因熱阻大而引起的光衰等技術(shù)瓶頸。所以，探索多個(gè) LED 單體集成技術(shù)，滿(mǎn)足單燈高光通點(diǎn)光源的傳統形式，保持高光效長(cháng)壽命安全可靠的特點(diǎn)是課題研究的重要內容之一。

2、LED 路燈的配光系統研究：

LED 發(fā)光點(diǎn)小，出射光有方向性。非各向同性的多個(gè)發(fā)光點(diǎn)的光源聚合體給傳統的燈具設計方式帶來(lái)了挑戰。因此，針對 LED 光源的特點(diǎn)研究新的配光手段是課題研究的內容之二。

3、LED 路燈模塊化研究：

為了 LED 燈具的安裝維護方便，必須研究組件實(shí)現模塊化的 LED 燈具，并探討 LED 路燈燈具結構、安裝、接線(xiàn)、控制等整個(gè) LED 照明系統的標準化問(wèn)題，這是課題研究的內容之三。

4、LED 路燈的智能控制研究：

隨著(zhù) IT 技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現 LED 路燈的單燈監視與控制成為現實(shí)。實(shí)施路燈的單燈監控不僅能及時(shí)獲得單個(gè)路燈的運行狀態(tài)信息，還能夠及時(shí)發(fā)現路燈的完好率。另外，鑒于 LED 燈具發(fā)光運行的特定原理，可以實(shí)現LED 路燈的平滑調光，達到合理節能的目的。

LED 路燈的自動(dòng)控制和調光技術(shù)是本課題研究的內容之四。

六、研究結論

本試驗方案所得結論是依據相對比較值而不是絕對值(與原高壓鈉燈的對比)。

結論 1：本研究之二次光學(xué)技術(shù)能把光有效的、均勻的、依設計所需重新配置。從下列測試數據實(shí)證:

(1)將光有效的集中于機動(dòng)車(chē)道的同時(shí)降低非機動(dòng)車(chē)道的平均照度。機動(dòng)車(chē)道平均照度高出原高壓鈉燈 31.4?；非機動(dòng)車(chē)道平均照度分別降低了 18?與18.9?。

(2)達到最佳的路面均勻度要求( Emin/Eav=0.5，次干道 0.35 高于CJJ45- 2015 主干道的要求 0.4)。

結論 2: 透過(guò)本研究之二次光學(xué)技術(shù)能達到最佳的節電率；智能調光能更進(jìn)一步實(shí)現LED路燈二次節能。從下列測試數據實(shí)證:

在均勻度達標CJJ45-2006，色溫 2800K 的前提下

（1）節電率 43.39: 平均照度 38.4Lx (高于原高壓鈉燈平均照度 29.2)。

（2）節電率 61.7: 平均照度 29.06Lx (原高壓鈉燈平均照度 29.2Lx)。

（3）節電率 80.9: 平均照度 16Lx(CJJ45-2006 對次干道要求:10Lx- 15Lx)

七、同類(lèi)技術(shù)比較

（一）LED 路燈具的研究，解決的關(guān)鍵技術(shù)是：

1、采用“熱管”導熱技術(shù)對LED模塊實(shí)施散熱，瞬間將熱導移至外，LED發(fā)光更有效率，延長(cháng)LED使用壽命。

2、采用“光反射”原理，將LED模塊的光能通過(guò)“導光模組”以最大光源光效利用率將光強投射到需求界面。

3、 LED燈具實(shí)現功能模塊組裝。

（二）LED智能電源與控制系統的研究，解決的關(guān)鍵技術(shù)。

1、在受控下能調節驅動(dòng)LED模塊的功率輸出；

2、通過(guò)標準的通信模塊能接受路燈控制管理系統的遙控。

（三）標準化研究，解決的關(guān)鍵技術(shù)是：

1、如何實(shí)現LED燈具的模塊化

2、如何實(shí)現LED路燈的智能控制

八、技術(shù)成熟程度

（一）初始階段

2006 年 7 月 17 日，在上海市建委科學(xué)技術(shù)委員會(huì )七樓第四會(huì )議室，在上海市建設科技推廣中心的組織下，由上海易永光電科技有限公司介紹了LED路燈的 研究思路，看到了LED作為新興光源的發(fā)展潛力；雖然當時(shí)的LED光效才約 40Lm/W。

上海市城市建設設計研究總院面臨著(zhù) LED 路燈應用的形勢，于 2006 年 11 月8 日聯(lián)合了上海易永光電科技有限公司擬定了「上海世界博覽會(huì ) LED 道路照明燈具科研計劃」，并且于 2007 年 3 月正式作為上海市城建（集團）公司的科研項目，開(kāi)始了對 LED 作為道路照明光源的可能性進(jìn)行研究。

2008 年 12 月，在蘇州公司場(chǎng)地上第一次安裝了我們研制的 LED 路燈，并且組織了上海市政工程局科技處、上海市城建（集團）公司科技處領(lǐng)導和城建院及易永光電的所有研究人員赴現場(chǎng)觀(guān)看 LED 亮燈和實(shí)地測試。經(jīng)過(guò)常州路燈所科技人員的現場(chǎng)對路面亮度、照度及均勻度的測試 LED 路燈的照明效果完全達到設計的要求。

（二）燈具研制與實(shí)驗階段

我們研究的第二代 LED 路燈于 2009 年 8 月 3 日，在北京路燈中心的支持下， 試安裝在作為次干路的三里河東路。采用的是 180WLED 燈，取代 400W 高壓鈉燈燈高 12m， 燈間距 42m。照明效果完全達到國家標準 CJJ45 的要求。使用 4 年半至今完好，基本沒(méi)有光衰和管芯的損壞。

2010 年初，我們研制的 64WLED 燈具 30 盞，試裝到常州高架道路上，由于基板絕緣膠的質(zhì)量問(wèn)題，燈具損壞不少只好拆下來(lái)成為了研究過(guò)程中的一個(gè)教訓。

（三）燈具應用的推廣階段

上海易永光電科技有限公司作為設計研發(fā)生產(chǎn)加工企業(yè)，我們深刻的認識到LED 路燈的推廣應用面臨的問(wèn)題是：LED 路燈產(chǎn)品日新月異，設計師不知如何按規格選擇路燈，市場(chǎng)比較混亂，質(zhì)量良莠不齊，定價(jià)不清，很難做工程預算，形成按瓦算錢(qián)的悖論。對于路燈的用戶(hù)來(lái)說(shuō)碰到的問(wèn)題是：接口缺乏標準，產(chǎn)品無(wú)法互換，維護工作困難；非模塊化生產(chǎn)的一體化路燈缺乏，維修時(shí)需替換整個(gè)燈具，增加勞動(dòng)力和維護成本。

為此，我們在研究中融入了“標準化”的理念。2012 年 4 月 20 日與上海市建設與交通委員會(huì )科技委、上海易永光電科技有限公司共同申請「市政道路半導體照明技術(shù)應用技術(shù)規范」的編制。為此 2013 年，作為參編單位參與了上海市地方規范《LED 道路照明應用技術(shù)規程》的編制，并且著(zhù)手研究燈具所包含的各個(gè)器件能夠模塊化后如何方便拆卸，以及這些器件模塊如何實(shí)現標準化。還研究了推廣 LED 路燈應用中的標準化問(wèn)題，諸如燈具安裝接口、燈具驅動(dòng)電流、電源模塊安裝位置、受控系統的通信標準等，均提出了研究成果。通過(guò)上海市南莊公路，上海迪士尼旅游度假區等標志性案例測試均達到了研究預期！

（四）系統研究階段

隨著(zhù) LED 路燈研究與推廣的進(jìn)程，LED 路燈融入城市路燈管系統的需求日益強烈， 也就是說(shuō)要充分發(fā)揮 LED 路燈的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現 LED 路燈實(shí)時(shí)監控和調光節能勢在必行。為此，我們的研究工作又進(jìn)入到“系統研究”的階段，不僅是燈具的光學(xué)研究，還包括了燈具智能電源的研究、燈具受控的接口和通訊規約的確定等。鑒于道路照明智能化管理的重要性，2014 年 3 月 8 日，城建設計研究院與上海易永光電科技、上海路燈管理中心、上海路輝電子科技簽署了合作研究 LED 路燈智能化應用的協(xié)議，實(shí)現對 LED 路燈工作狀況的管理與監控，并能通過(guò)智慧控制手段實(shí)現 LED 路燈的二次節能。2014 年 12 月 15 日，在路寬 13m 雙機動(dòng)車(chē)道的次干道--上海高耀路成功安裝了 21 套我們研究的第四代 LED 路燈，以 150W 功率取代 250W 高壓鈉燈的照明。經(jīng)上海市經(jīng)信委下屬的權威機構“能效中心” 的現場(chǎng)照度測試表明：課題研究的 150WLED 路燈的照明效果完全可以替代原來(lái)安裝的 400W 高壓鈉燈；節能效果如下：

1、150W LED 路燈輸出 100?光功率時(shí)，對路面的照度達到 38.4Lux，節電率達到 43.39?。

2、150W LED 路燈輸出 68?光功率時(shí),對路面的照度達到 29.06Lux。節電率達到 61.7?。

3、150W LED 路燈輸出 31?光功率時(shí)對路面的照度達到 16Lux（是城市次干路照度標準的上限）。節電率為 80.9?。

至此，我們的研究工作，歷時(shí)八年的努力，最終的成果受到專(zhuān)家一致肯定并通過(guò)評價(jià)驗收。

九、推廣應用前景分析

1、“易耀”品牌 LED 高效節能路燈采用獨特的“二次配光”自主知識產(chǎn)權應用技術(shù)，實(shí)現同類(lèi)產(chǎn)品同比節能提升 50?的創(chuàng )新突破！從國際到國內獲獎（2017 國際半導體照明聯(lián)盟授予全球百佳案例、上海市節能產(chǎn)品獎、上海市嘉定區科技進(jìn)步獎）、從理論到實(shí)踐應用（上海市住建委科技處課題評審、工信部備案科技成果評價(jià)、奉賢、迪士尼三年以上項目典型案例）從現場(chǎng)實(shí)測到實(shí)驗室檢測（上海市能效中心權威實(shí)測及國家實(shí)驗室 6000 小時(shí)光衰檢測）都達到了行業(yè)的最高應用水準！

2、“易耀”品牌 LED 高效節能路燈區別于同類(lèi)產(chǎn)品最大特點(diǎn)：通過(guò)反射式非對稱(chēng)二次配光設計，最大限度強化被照面功能性照明的實(shí)際利用，實(shí)現了單位功率有效光通量最大化！這對消除城市光污染、減少對環(huán)境周邊綠化（農作物） 生長(cháng)節律的影響，降低城市照明運營(yíng)及維護成本，促進(jìn)城市道路光環(huán)境根本性轉變具有積極意義，前景可期！

3、堅定不移促進(jìn)及推動(dòng)合同能源管理，讓功能性照明回歸原本功能：精準照明、應照即照、因需照明、趨利避害。

4、“易耀”品牌 LED 高效節能產(chǎn)品必將引領(lǐng)大功率戶(hù)外照明產(chǎn)業(yè)朝更節能、更健康、更環(huán)保方向發(fā)展！

十、存在問(wèn)題與后續努力方向

1、道路照明需多亮

安裝了 LED 路燈后，達到國家道路照明標準要求 CJJ45 的標準，還是安裝了 LED 路燈后要達到現行道路照明亮度(超標如何實(shí)行城市監控？)

2、道路照明，是照明道路還是兼顧景觀(guān)照明?

道路照明是要照亮路面，清楚的反射到駕駛者的眼睛，還是道路照明連周邊景觀(guān)都要照亮，讓駕駛者看到更為廣泛的場(chǎng)景?

3、環(huán)境比 SR 該怎么定?

在 CJJ45-2016/2013 規范了主干道/次干道對 SR 的要求，但支路/小區道路是沒(méi)要求的。

支路/小區道路，立燈后面常有行人走動(dòng)，才是真正需要 SR；主干道/次干道立燈處常在隔離島上，是否需要 SR ？

4、顯色系數該怎么定?

高顯色系數能提高物體分辨率，道路照明需要多高的顯色系數?

LED 的顯色系數與光效成反比，如何在顯色系數與 LED 光效間達到最佳平衡點(diǎn)?

5、維護系數該怎么定?

維護系數校正了光衰與環(huán)境塵埃對光通量的光損。LED 的光通維持率要求如何反映到維護系數的設定?

6、LED模塊的光通維持率的測試方法?

LED模塊的光通維持率與其散熱系統有直接關(guān)聯(lián)性。如何定義一個(gè)經(jīng)濟有效的LED 模塊光通維持率的測試方法?

課題研究總結

光源光效的提升并不代表照明效率的提升，光源光效提升雖有效降低了功率密度，但經(jīng)過(guò)透鏡配光并未完全具有屏蔽光污染的能力（就路燈而言，所產(chǎn)生的“上視光及背光”約占燈具光通量的26?），功率密度降低空間有限。

只有通過(guò)精準配光，將有效光強聚焦在需求界面，減少無(wú)效光，降低結溫釋放壓力，LED光源特性才會(huì )最大限度的得到發(fā)揮！

在保證需求界面照明強度的同時(shí)，降低產(chǎn)品輸出功率，做到“應照即照、因需配光”！這才是未來(lái)半導體照明產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的根本出路。

根據以上分析可以得出如下結論：光源光效提升凸顯照明產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，其更大意義在于，在應用層面上應更好的提升光源光效利用率以促進(jìn)LED照明產(chǎn)品品質(zhì)提升以及滿(mǎn)足更大范圍內的應用需求！

1、LED路燈品質(zhì)好壞取決于效能對比，即被照面在滿(mǎn)足功能性照明前提下， 產(chǎn)品消耗功率越小，品質(zhì)越好！

2、光效利用率高低是檢驗半導體光源特性發(fā)揮好壞的重要指標！光源光效提高固然減少散熱壓力有助于燈具品質(zhì)提升，但照明效率的提升才是LED路燈高品質(zhì)，長(cháng)壽命，高效節能的關(guān)鍵！

3、單位需求界面有效光通量最大化，不僅解決了產(chǎn)品品質(zhì)壽命問(wèn)題，同時(shí)也實(shí)現了同類(lèi)產(chǎn)品同比節能提高一倍的創(chuàng )新突破，必將引領(lǐng)戶(hù)外功能性照明產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向！