LED照明检测与节能评价研究
    

一、概述

随着我国工业化和城市化进程的不断推进,城市道路加速延伸、拓展,城市道路照明也迅速发展。据资料显示,作为占我国照明用电总量30%以上的城市公共照明,2008年全年用电量超过了三峡电站全年发电量808.1亿kW·h的1.5倍,而城市道路照明的路灯数量也以年均10%~20%的速度递增。我国城市道路照明的节电市场不容忽视。

LED路灯是继白炽灯、高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯、无极灯之后发展起来的一种新能源产品,是国家半导体照明产业的重要支柱。采用LED路灯是国家节能减排的重要手段。同时,半导体照明作为战略性新兴产业,已经纳入国家“十二五”专项规划范围,其发展速度相对迅速。全国各地LED路灯试点工程已经全面铺开,应用相对广泛。但LED路灯示范工程的质量如何?是否满足CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》?使用寿命及维护成本如何?这一系列问题只有通过现场检测(验收),用数据才能给予回答,同时通过检测(验收)数据,才能为提高产品质量和工程建设质量提出改进意见。因此,确定LED照明检测与节能评价研究的主要研究内容为:

(1)对LED路灯照明试点工程和高压钠灯路灯照明工程的照明效果进行检测,评价其与CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》的符合情况。

(2)对LED路灯照明试点工程和高压钠灯路灯照明工程的安全性能进行检测与评价。

(3)对LED路灯照明试点工程的节能效果和经济效益进行评价。

二、研究项目实施

1.确定检测道路样本

检测道路的选择原则:选择一条LED路灯道路和一条高压钠灯路灯道路作为样品,要求LED路灯道路和高压钠灯道路的道路类型、路面材料、车道宽度、车道数量、路灯布置方式及周围环境条件等参数基本一致。

2.确定照明检测方法和评价方法

以GB/T5700-2008《照明测量方法》、LB/T001-2009《整体式LED 路灯的测量方法》作为检测方法依据。

以CJJ45-2006、LB/T002-2009《“十城万盏”半导体照明试点示范工程LED 道路照明产品技术规范》、LB/T004-2010《半导体照明试点示范工程LED 道路和隧道照明现场检测及验收实施细则》、GB7000.5-2005《道路与街路照明灯具安全要求》等作为照明效果与节能分析评价的依据。

3.确定检测内容(参数)

以满足CJJ45-2006和LB/T002-2009作为基本条件,从照明效果和照明能耗两方面来确定LED 路灯道路和高压钠灯道路的检测内容(参数)。

(1)引用的名词术语(或参数)

道路照明工程检测主要涉及光学和电学两大方面的检测参数,光学方面主要包括光效、显色指数、色温、照度、亮度等,其中光效参数为灯具产品实验室检测参数。在照明工程现场检测相关标准中还未引入此参数,为了项目研究工作的需要,也为了照明工程现场检测与灯具产品实验室检测有关参数的参考比对,特参照LB/T002-2009相关内容,引用定义提出了应用区域、应用光效(包括有功功率应用光效和视在功率应用光效)和节电率等3个名词术语(或参数)。

①应用区域

应用区域即为测量区域,对本项目而言,应用区域纵向为同侧相邻两根灯杆之间的距离,横向为道路半宽。

②应用光效

应用光效是指应用区域内的路面总光效,其计算公式为:应用光通量÷单灯功率。本项目中提出了有功功率应用光效和视在功率应用光效两个概念:

有功功率应用光效的计算公式为: 应用光通量÷单灯有功功率,单位为lm/W,是指灯具单位有功功率在现场产生的应用光通量。

视在功率应用光效的计算公式为: 应用光通量÷单灯视在功率,单位为lm/(VA),是指灯具单位视在功率在现场产生的应用光通量。

③节电率

节电率的定义为:按照每天平均亮灯12h 计,在满足CJJ45-2006规定的照度值前提下,比较LED 路灯和高压钠灯的有功功率的大小的比率即节电率,本计算未考虑两灯的照度变化及其供电线路损耗等因素。节电率计算公式为:(高压钠灯的单灯有功功率×12h-LED路灯的单灯有功功率×12h)÷(高压钠灯的单灯有功功率×12h)。

(2)照明效果参数

照明效果检测分为实验室检测和现场检测。

实验室检测参数包括电参数(电压、电流、有功功率、视在功率、功率因数、谐波)和色度参数(色温、显色指数)。

现场检测参数包括平均照度、照度均匀度、平均亮度、现场色温和现场显色指数,同时监测检测前后的电功率、电流和电压变化。

(3)能耗参数

从应用光效和节电率两方面来评价能耗,包括有功功率应用光效、视在功率应用光效、节电率等3个参数,根据检测所得数据计算有功功率应用光效、视在功率应用光效、节电率的值。

4.确定检测时间

确定每个月定期检测一次,每次在同一天晚上7:00至11:00对LED 路灯和高压钠灯路灯样本道路分别进行检测。

本研究项目的道路照明样本检测时间跨度超过一年累计点灯时间为(800~6000)h,灯具老化时间符合要求。

三、检测数据分析比对

1.各检测参数变化曲线图(见图1~图7)

2.检测数据分析比对

(1)平均照度

明高压钠灯和LED 路灯这两种道路的平均照度都满足CJJ45-2006的要求(Eav≥10lx)。但是,高压钠灯的平均照度接近LED 路灯的两倍,其平均照度远高于标准要求,属于过度耗能的过度照明现象,不利于节约能源。

缺插图!

<CTSM>图1平均照度变化曲线图</CTSM>

(2)照度均匀度

图2的数据曲线变化规律表明高压钠灯和LED 路灯这两种道路照度均匀度都满足CJJ45-2006的要求(UE≥0.3)。在本次项目选定的检测现场内肉眼观察,也未发现路面上有亮暗相间的“斑马效应”。但在其他一些安装LED 路灯的道路上,存在因照度均匀性差而造成的“斑马效应”。

缺插图!

<CTSM>图2照度均匀度变化曲线图</CTSM>

(3)平均亮度

从图3数据曲线变化规律看出,高压钠灯的平均亮度远高于LED 路灯的平均亮度,两者的平均亮度均符合CJJ45-2006中支路平均亮度大于等于0.75cd/m2的要求。平均亮度的大小与路灯的应用光通量以及路面的反射特性密切相关。路面的反射特性主要受光源颜色、路面粗糙程度、清洁程度的影响较大。

缺插图!

<CTSM>图3平均亮度变化曲线图</CTSM>

(4)现场色温和现场显色指数

依据图4和图5的数据曲线变化规律,LED路灯的色温为(5400~5700)K,属于白色冷色温,其显色指数可达69~73,显色性好,能够创造更为舒适的视觉环境,易于分辨路面情况,从而提升驾驶安全、行走安全和社会安全环境; 而高压钠灯的色温为(1956~2086)K,属于黄色暖色温,其显色指数只有26~40,显色性差。

缺插图!

<CTSM>图4现场色温变化曲线图</CTSM>

缺插图!

<CTSM>图5现场显色指数变化曲线图</CTSM>

(5)功率因数

根据实验室检测结果可知,LED路灯的功率因数(0.98)高于高压钠灯的功率因数(0.88),功率因数为有功功率与视在功率之比。功率因数越高,无功功率损耗就越小,电能利用率越高,有利于节约能源。因此,单从功率因数比较,LED 路灯比高压钠灯节能,且优势明显。

(6)应用光效

依据图6和图7的数据曲线变化规律,有功功率应用光效和视在功率应用光效都取其12次检测结果计算其平均值进行比较,计算结果如表1所示。

缺插图!

<CTSM>图6有功功率应用光效变化曲线图</CTSM>

缺插图!

<CTSM>图7视在功率应用光效变化曲线图</CTSM>

缺插图!

<CTSM>表1应用光效比较结果</CTSM>

从数据可以看出,有功功率应用光效方面,LED路灯比高压钠灯高约5.8%;视在功率应用光效方面,LED路灯比高压钠灯高约18.0%。

再者,依据LB/T002-2009和LB/T004-2009规定的LED道路照明产品1000h的初始光效(实验室产品检测) 应不低于70lm/W的要求(色温3300~6500范围),该LED路灯的应用光效(照明工程现场检测),无论是有功功率应用光效,还是视在功率应用光效,其值都低于实验室检测的产品标准值;但由于应用光效是照明工程现场检测数据,初始光效是实验室产品检测数据,两者检测方法和条件都不一致,因而两种数据可比性较差,其对应的应用光效数据仅作参考,仅表示LED路灯的工程试点应用状况。

(7)节电率

若直接用150W LED路灯替换250W 高压钠灯,在满足CJJ45-2006规定的照度值前提下,按照每天平均亮灯12h计,分别计算两者的电能消耗量(有功功率),以高压钠灯的有功功率为基准值,计算LED路灯相对高压钠灯的节电率。在未考虑两者的供电线路损耗等因素前提下,计算数据如表2所示。

缺插图!

<CTSM>表2节电率比较结果</CTSM>

结果表明,150W LED路灯替换250W高压钠灯后,LED路灯相对高压钠灯的节电率为47%。

四、结束语

1.照明效果方面

以目前LED路灯日新月异的技术发展水平,在城市支路或者次干道道路试点使用150W LED路灯(灯杆间距小于50m)已经完全满足国家相关标准规定的照明效果(包括平均照度、照度均匀度、平均亮度等)。

2.安全环保方面

从灯具本身的电器安全性上讲,高压钠灯和LED路灯的安全性均符合GB7000.5-2005《道路与街路照明灯具安全要求》的要求;同时,LED路灯显色性高于高压钠灯,能够创造更为舒适的视觉环境,从而提升驾驶安全、行走安全和社会安全环境。但在环保方面,高压钠灯含有汞等有害物质,光源废弃后会对环境和水源造成长期严重污染;而LED芯片及其封装,不含汞和铅等有害物质,不会对环境造成污染。

3.节能效果方面

在城市支路或者次干道道路试点使用150W LED路灯(灯杆间距小于50m)在满足国家相关标准规定的照明效果的前提下,相对于250W高压钠灯相对,LED路灯具有一定的节能空间。

(1)对于新建LED路灯道路,由于其照明功率降低,相应的变压器容量、开关设备容量、电缆截面积均要减小。相对高压钠灯而言,LED路灯道路的照明消耗的总电功率减少,其节能量相当显著。

(2)在应用光效方面,LED路灯比高压钠灯高约18.0%,节能明显。

(3)在功率因数方面,LED路灯远高于高压钠灯,表明无功功率损耗较小,电能利用率较高,LED路灯比高压钠灯节能明显。

综上所述,LED路灯作为新能源产品,其发展任重道远、技术突飞猛进、发展空间巨大、应用前景广泛,值得稳步推进。


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    收录时间:2017年01月06日 23:48:18 来源:国家标准物质网 作者:匿名
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