LED路燈和使用傳統(tǒng)光源路燈的光學(xué)設(shè)計(jì)方式是不同的,傳統(tǒng)光源路燈是通過使用反射器將一個(gè)光源的光通量平均分配到受照路面上。而LED路燈的光源由許多個(gè)LED組成,通過設(shè)計(jì)每個(gè)LED的投射方向,使受照路面獲得均勻的照度。
LED路燈普遍應(yīng)用在次干道和支路上,次干道的照度要求達(dá)到151x,照度均勻度為0.4,平均亮度要求達(dá)到1.0cd/m,亮度總均勻度為0.4,亮度縱向均勻度為0.5,閾值增量≤10。LED路燈在照明質(zhì)量達(dá)到以上要求的同時(shí),照明功率密度應(yīng)小于******標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值,當(dāng)車道數(shù)不少于4條時(shí),照明功率密度小于或等于0.70;車道數(shù)小于4條時(shí),照明功率密度小于或等于0.85。
為滿足上述要求,對(duì)LED路燈的配光形狀應(yīng)有嚴(yán)格的要求。在道路的縱向,光束應(yīng)投射到較遠(yuǎn)的地方,使得燈具的間距增大。在路燈的下方,光強(qiáng)應(yīng)是***小的,隨著仰角y增大,光強(qiáng)增大。當(dāng)P和y滿足一定的函數(shù)關(guān)系時(shí),路面能得到均勻的照度。
由于光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,配光形狀難以完全符合此函數(shù)關(guān)系,可以通過減小y角的投射范圍和燈間距來得到均勻的照度。在道路縱向,***大光強(qiáng)的投射方向與馬路中線應(yīng)成一定的角度c,角度c的大小決定于道路的寬度。在垂直于道路的方向上,路燈的配光曲線形狀也可以按這個(gè)函數(shù)關(guān)系設(shè)計(jì),y角的范圍決定于道路的寬度(c90°)和人行道的位置(c=270°)。
LED光源具有半空間發(fā)光的特點(diǎn),在燈具內(nèi)使用時(shí),LED光源光通量的損失比高壓鈉燈和金鹵物燈小。就目前來講,LED光源的光效達(dá)不到高壓鈉燈或金鹵物燈的水平,即相同功率的LED光源的光通量沒有高強(qiáng)度氣體放電燈高。但是,由于LED光源半空間發(fā)光的特點(diǎn),LED燈具的光通量輸出可以接近于高強(qiáng)度氣體放電燈的水平。當(dāng)LED路燈將光線照射到路面上時(shí),光線的投射方向只存在半個(gè)空間。高強(qiáng)度氣體放電燈的發(fā)光空間占據(jù)了整個(gè)空間。如果沒有燈具,光源的上半空間光線將全部被浪費(fèi)。使用燈具反射器可以將上半空間的光線反射到下半空間內(nèi),但反射器對(duì)光線的吸收作用、光線反射時(shí)受到光源自身的遮擋而轉(zhuǎn)換成熱能以及反射器對(duì)光線二次反射的再吸收會(huì)損失光源的一部分光。
燈具效率是反映光源光線損失程度的參數(shù)。從小功率高壓鈉燈(70~150W)的光度性能狀況來看,燈具效率一般處于65%~75%的水平。以100W高壓鈉燈為例,光源的光通量達(dá)到80001m,路燈的光通量輸出為5200~6000lm。LED光源在這方面是具有優(yōu)勢(shì)的,LED的發(fā)光只存在于半個(gè)空間,在不用燈具的情況下也能將光線100%投射到路面。對(duì)燈具需要設(shè)計(jì)的是在較小的角度范圍內(nèi)改變光線的投射方向,在這個(gè)過程中光的損失是微小的。目前,LED路燈的光效達(dá)到了40~501m/W。以100W的LED路燈為例,燈具的光通量輸出可以達(dá)到4000~5000lm。
LED作為路燈主要有以下優(yōu)點(diǎn)或特點(diǎn):發(fā)光效率高,燈具反射損失少,節(jié)省能源70%;配合數(shù)字控制亮度功能,更省電:不需高壓,安全性高;配合軟件可由遠(yuǎn)程自動(dòng)遙控亮度;可在事故、多霧、雨天等特殊情況下提供超高亮度及顯色性高的照明光源;安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便模塊安裝,無多余配線;不會(huì)造成光污染或浪費(fèi);壽命長,意味著不需要經(jīng)常進(jìn)行更換,從而減少了交通中斷的潛在性,降低了為此支付的維修費(fèi)用。有人計(jì)算過,采用LED路燈除了單燈成本及***初安裝的造價(jià)比高壓鈉燈高外,在鋪設(shè)成本、耗電成本及壽命方面均大大優(yōu)于高壓鈉燈。