隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，各國(guó)都在努力實(shí)施“節(jié)能減排”工程。我國(guó)十一五規(guī)劃更是明確提出了“把節(jié)約資源作為基本國(guó)策”,并提出在十一五期間，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低20%的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，照明用電約占我國(guó)整個(gè)國(guó)民用電的15%左右，因此，發(fā)展高效、節(jié)能、環(huán)保的新型道路照明燈具刻不容緩。近期科技部等中央部委所推出的“十城萬(wàn)盞”便是一些具體實(shí)施行動(dòng)。

　　LED照明產(chǎn)品以其壽命長(zhǎng)（理論上可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)）、發(fā)光效率高（目前CREE科銳公司已能夠量產(chǎn)提供100lm/W @ 350 mA以上的大功率白光器件）、不含汞（真正意義上的綠色產(chǎn)品），抗震好，少維護(hù)，是被照明界廣泛認(rèn)可的下一代理想照明產(chǎn)品。

　　公路照明是整個(gè)通用照明市場(chǎng)中最大的部分，目前中國(guó)大陸已建成100多萬(wàn)公里的高速公路，在其為數(shù)眾多的收費(fèi)站車道照明中，若采用LED半導(dǎo)體照明燈具，將極大地減少用電和后期的維護(hù)費(fèi)用，據(jù)示范工程的使用表明，以上海市內(nèi)某高速路段內(nèi)全部收費(fèi)站照明燈具的改造工程為例，每年可節(jié)省25萬(wàn)元的電費(fèi)，并節(jié)省超過(guò)8萬(wàn)元的維修費(fèi)用。因此，LED半導(dǎo)體照明燈具必然是未來(lái)此方面照明發(fā)展的趨勢(shì)。

　　一、相關(guān)照明的設(shè)計(jì)原則與標(biāo)準(zhǔn)

　　由于高速路收費(fèi)站內(nèi)的照明須考慮人眼的明適應(yīng)和暗適應(yīng)，并須考慮對(duì)車輛駕駛員心理產(chǎn)生的影響，因此需在燈具設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和使用過(guò)程中遵循相關(guān)的照明標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)IES、英國(guó)BS、國(guó)際照明學(xué)會(huì)CIE的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容及日本的《公路照明設(shè)計(jì)指南》等。中國(guó)大陸的設(shè)計(jì)參考則主要是CJJ45-2006《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，并須考慮到高速路收費(fèi)站內(nèi)照明特有的視覺(jué)問(wèn)題，優(yōu)化燈具的設(shè)計(jì)，滿足該種特定環(huán)境下的光學(xué)和人體視覺(jué)要求。

　　二、LED半導(dǎo)體照明燈具的特性分析

　　LED半導(dǎo)體照明燈具的特性主要指光學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)特性，它們是決定LED半導(dǎo)體照明燈具性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。并且在LED半導(dǎo)體照明燈具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，這三個(gè)方面相互關(guān)聯(lián)，不能獨(dú)立考慮，只有將它們作為一個(gè)整體、系統(tǒng)地優(yōu)化考量，才能設(shè)計(jì)出性能出眾的LED半導(dǎo)體照明燈具。

　　（一）光學(xué)特性

　　1、燈具有效光效。由于LED燈具采用的光源為L(zhǎng)ED,具有指向性，所以燈具效率可達(dá)0.8~0.9左右，而傳統(tǒng)燈具的光源多為高壓鈉燈、金鹵燈等，都是散射光，燈具效率只有0.5~0.6左右，如圖（1）和表（1）所示。因此，就目前LED的發(fā)展水平而言，LED半導(dǎo)體照明燈具已經(jīng)比傳統(tǒng)燈具更加高效，隨著LED光效的提高，LED半導(dǎo)體照明燈具在有效光效方面的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步擴(kuò)大。

　　2、光學(xué)設(shè)計(jì)靈活性。照度均勻一直是評(píng)判道路照明優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，傳統(tǒng)燈具由于光源多為氣體放電燈，發(fā)光體為整個(gè)燈泡，視場(chǎng)比較大，進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)比較困難，因此配光曲線多為球形，容易造成中央能量過(guò)于集中，路面照度不均勻，而產(chǎn)生“斑馬線”效應(yīng)。LED半導(dǎo)體照明燈具采用LED作為光源，由于LED基本為一個(gè)點(diǎn)光源，相對(duì)于傳統(tǒng)光源的體光源而言，進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)要更加靈活和容易，可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同配光的LED光源模組，相互組合，以得到合理的配光曲線，提高燈具的照度均勻性，使出光在路面上的能量利用率更高，更加節(jié)能

　　如圖（2）所示的LED半導(dǎo)體照明燈具，它就是通過(guò)各種反射杯將LED配光整合成不同的形式，然后相互組合、形成整個(gè)LED燈具的配光。

　　3、顯色性。顯色性是燈具性能的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它反映了在該燈具照射下，物體顏色的再現(xiàn)能力。傳統(tǒng)燈具多采用氣體放電，最常見(jiàn)的如高壓鈉燈，雖然它的光效比較高，但光譜能量比較集中，導(dǎo)致顯色指數(shù)只有20~22左右，顯色性很差，這對(duì)于道路照明而言，存在一定的安全隱患。LED半導(dǎo)體照明燈具多采用大功率白光LED,大功率白光LED為藍(lán)光激發(fā)黃色熒光粉獲得的白光，因此光譜一般如圖（3）所示，光譜較連續(xù)，顯色指數(shù)可達(dá)80以上，可明顯地看到LED燈具再現(xiàn)物體顏色的能力強(qiáng)，使道路照明更加安全可靠。并且在道路照明中，高顯色性的可以使照度標(biāo)準(zhǔn)降低些，更加節(jié)能，避免造成光污染。

　�。ǘ釋W(xué)特性

　　與傳統(tǒng)燈具相比，LED半導(dǎo)體照明燈具要特別注意燈具的散熱。傳統(tǒng)燈具的性能與溫度沒(méi)有很大的關(guān)系，因此并不注重?zé)艟叩纳嵩O(shè)計(jì)。但LED半導(dǎo)體照明燈具則不同，溫度直接影響著LED的光效與壽命，也就影響著整個(gè)燈具的光效和壽命。圖（4）和圖（5）是CREE科銳公司提供的大功率LED XLamp產(chǎn)品結(jié)溫與光通量和壽命的關(guān)系，一般情況下，必須控制LED的結(jié)溫在80℃以下，確保LED燈具獲得比較好的光效和壽命�？梢�(jiàn)在LED半導(dǎo)體照明燈具的設(shè)計(jì)中，散熱結(jié)構(gòu)的重要性。

　　一般情況下，LED燈具的散熱分為：自然散熱、風(fēng)冷散熱、熱管和回路管散熱等。對(duì)于收費(fèi)站用燈的情況，一般采用自然散熱結(jié)構(gòu)。

　　LED半導(dǎo)體照明燈具散熱結(jié)構(gòu)的最終目的是為了控制LED的結(jié)溫，因此從LED到鋁基板，再到燈具外殼的一系列傳熱結(jié)構(gòu)都要精心的設(shè)計(jì)，以確保LED結(jié)溫不至于影響整個(gè)燈具的性能。

　�。ㄈ╇妼W(xué)特性

　　驅(qū)動(dòng)電路是LED半導(dǎo)體照明燈具的重要組成部分。LED半導(dǎo)體照明燈具的驅(qū)動(dòng)電路各有不同，總體而言，由于光源為大功率LED,在220V市電的道路照明系統(tǒng)中，必須有AC-DC的轉(zhuǎn)換電路，并采用正向恒流來(lái)驅(qū)動(dòng)LED.在這個(gè)過(guò)程中，必須注意驅(qū)動(dòng)電路的效率和性能，它是LED半導(dǎo)體照明燈具性能的重要因素。

　　值得注意的是，LED的光效與它的驅(qū)動(dòng)電流密切相關(guān)，電流越大，光效越低，即整燈的光效也會(huì)越低。圖（6）為CREE大功率LED XLamp 電流與光通量的關(guān)系，并非線性曲線，可見(jiàn)電流對(duì)于光效的影響很大，所以在設(shè)計(jì)LED半導(dǎo)體照明燈具時(shí)要慎重選擇驅(qū)動(dòng)電流，才能做到節(jié)能省電。

　　還必須要注意的是，LED半導(dǎo)體照明燈具的驅(qū)動(dòng)電流大小直接關(guān)系到整個(gè)燈具的散熱結(jié)構(gòu)選擇，LED驅(qū)動(dòng)電流越大，釋放的熱能越多，為了保證結(jié)溫不至于很大地影響LED的光效和壽命，燈具的散熱結(jié)構(gòu)和傳熱結(jié)構(gòu)必須更好。

　　除了以上三個(gè)方面，LED半導(dǎo)體照明燈具的機(jī)械性能、重量、安裝結(jié)構(gòu)、美學(xué)設(shè)計(jì)也是LED半導(dǎo)體照明燈具性能的重要組成部分，但與傳統(tǒng)燈具相比，設(shè)計(jì)概念上不會(huì)有很大的差別，不作詳述。

　　三、總結(jié)

　　綜上所述，隨著城市照明的發(fā)展，道路照明的設(shè)計(jì)水平和技術(shù)水平不斷得到提高，LED半導(dǎo)體照明燈具以其在光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)上特性，必將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)這個(gè)新一代的道路照明燈具，也對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求。

　　四、附錄-案例分析

　　下面是采用LED半導(dǎo)體照明燈具與傳統(tǒng)燈具的實(shí)用對(duì)比案例，為上海滬嘉高速路收費(fèi)站內(nèi)照明改造工程前后的數(shù)據(jù)：

　　上海滬嘉高速公路于1988年建成通車，是中國(guó)大陸第一條高速公路，其南翔收費(fèi)站點(diǎn)在改造前，采用HPS高壓鈉燈+HID氣體放電燈進(jìn)行車道照明。

　　單一車道：長(zhǎng)~17米，寬~3.5米，

　　單一車道：采用2 X 250 W HPS高壓鈉燈 + 2 X 250 W HID氣體放電燈，計(jì)入電源效率、線損等因素，單一車道實(shí)際功耗約1100 W以上，

　　以平均每日開(kāi)放10車道、每車道照明平均總時(shí)長(zhǎng)約12小時(shí)計(jì)算，

　　則：平均日消耗用電量約10 × 1.1 × 12 千瓦時(shí) ~ 132 千瓦時(shí)。

　　下面是采用傳統(tǒng)HPS高壓鈉燈 + HID氣體放電燈進(jìn)行車道照明的路面照度實(shí)測(cè)結(jié)果：路面平均照度約90 lx.

　　（2008.07.11,滬嘉高速南翔收費(fèi)站傳統(tǒng)光源路面照度實(shí)測(cè)結(jié)果， 車道內(nèi)2 X 17 Mapping測(cè)試）

　�。�2008.09.06,滬嘉高速南翔收費(fèi)站傳統(tǒng)光源路面照度實(shí)測(cè)結(jié)果）

　　采用高性能LED照明燈具在上海滬嘉高速公路南翔收費(fèi)站進(jìn)行了試點(diǎn)改造，

　　單一車道：采用4 X 60 W LED燈具，計(jì)入電源效率、線損等因素，單一車道實(shí)際功耗約250W,

　　以平均每日開(kāi)放10車道、每車道照明平均總時(shí)長(zhǎng)約12小時(shí)計(jì)算，

　　則：平均日消耗用電量約10 × 0.25 × 12 千瓦時(shí) ~ 30 千瓦時(shí)。

　　下面是采用LED車道照明的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：路面平均照度約145 lx.

　�。�2008.09.06,滬嘉高速南翔收費(fèi)站LED光源路面照度實(shí)測(cè)結(jié)果）