從配光設計角度談LED道路照明節能
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2.2 照度亮度比(E/L)
照度亮度比是指道路計算面的平均照度與平均亮度的比值，可由公式（4）計算得到：
式中Eavg———道路計算面內的平均照度；
Lavg———道路計算面內的平均亮度。
該技術(shù)指標由燈具配光的類(lèi)型、路面的材質(zhì)、光線(xiàn)照射到路面的入射角大小、觀(guān)察員的位置和視線(xiàn)方向等因素有關(guān)，對于道路照明而言，國際照明學(xué)會(huì )推薦的觀(guān)察員位置為距離道路計算面60米遠、高度1.5米的位置。JTJ026.1—1999公路隧道通風(fēng)照明設計規范中推薦的瀝青路面E/L比值按照15～22取值，水泥路面E/L比值按照10～13取值。根據筆者經(jīng)驗，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的配光可以使該比值降低，甚至低于規范推薦的范圍很多，即:使用更少的光通量可以實(shí)現更高的亮度[1]。如配光設計不合理，也可能造成E/L比值過(guò)大，甚至超出推薦的取值范圍，造成照度達標而亮度不夠的問(wèn)題。根據CJJ45—2006的規定，亮度2cd/m2的標準對應30lx的照度，其照度亮度比E/L按照15取值，據筆者經(jīng)驗，應用在該標準推薦的R3瀝青路面時(shí)，一般的道路燈具配光的照度亮度比值在14～19范圍內[1]，即:需要28～38lx的照度才能使R3瀝青路面達到2cd/m2的亮度水平。這就是說(shuō)，通過(guò)降低照度亮度比，可以實(shí)現10%～25%的節能效果。
3 采用CU和E/L技術(shù)指標評價(jià)配光性能的實(shí)例
筆者選取10款（如圖3～4所示）來(lái)自不同廠(chǎng)家的配光曲線(xiàn)，為了便于比較分析，修正其輸出光通量，選取120W整燈功率的輸出總光通量為9000lm（按照系統光效75lm/W計算）。在計算過(guò)程中，路面材質(zhì)選取R3瀝青路面，維護系數按照0.7取值，把這10款配光曲線(xiàn)分別應用在不同典型照明場(chǎng)景中，對比各種場(chǎng)景的計算結果，總結各款配光性能好壞，如表1～4所示。表1中的應用場(chǎng)景為:道路寬度為7米2車(chē)道，間距30米單側布燈，燈桿高度8米（距高比為3.75）；表2中的場(chǎng)景為:道路寬度為10.5米3車(chē)道，間距30米單側布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表3中的場(chǎng)景為:道路寬度為25米雙向6車(chē)道（包括1米中間隔離帶），雙側對稱(chēng)間距30米布燈，燈桿高度8米（距高比3.75）；表4中的場(chǎng)景為:道路寬度為25米雙向6車(chē)道（包括1米中間隔離帶），雙側對稱(chēng)間距30米布燈，燈桿高度10米（距高比3.0）。
4 從計算結果比較表中發(fā)現的問(wèn)題
4.1 配光設計忽視亮度均勻性
從表1～表4的所列數據看出，尤其是在距高比不超過(guò)3.5的情況下，絕大多數的配光設計能滿(mǎn)足照度均勻性指標，但是有將近一半的配光曲線(xiàn)在本文所有應用場(chǎng)景中無(wú)法滿(mǎn)足亮度均勻性指標。一般情況下，可以通過(guò)適當縮小距離比使照度均勻性不夠的配光設計達到0.4以上，但是縱向均勻度是很難通過(guò)縮小距離比來(lái)提高的，除非距離比很小的情況下才能達標。筆者建議在配光設計時(shí)，應首先考慮亮度均勻性，因為根據亮度均勻性設計的配光曲線(xiàn)一般都能滿(mǎn)足照度均勻性要求[2]。
4.2 許多配光曲線(xiàn)的利用系數低
從表1～表2的數據看出，許多配光設計橫向過(guò)寬，其CU曲線(xiàn)斜率小，上升速度太慢，在應用到較窄道路時(shí)，出現利用系數低的問(wèn)題，不僅造成浪費能源問(wèn)題，還出現光污染或光侵入的問(wèn)題。個(gè)別配光設計，如列表中的Sym4的配光曲線(xiàn)，在本文中所有應用環(huán)境中的利用系數都非常低，與相同輸出光通量的其他燈具相比，照度亮度均出現低50%的問(wèn)題，造成近50%的電能浪費。
4.3 對稱(chēng)型配光無(wú)法滿(mǎn)足道路照明的要求
從表1～表4的比較結果發(fā)現，對稱(chēng)配光（如Sym1～3）不適合單側或雙側布燈，具有縱向均勻度過(guò)低的問(wèn)題；在使用的過(guò)程中，需要具有很大的仰角，可能出現眩光超標的問(wèn)題（如Sym4），或者出現利用系數降低的問(wèn)題（如Sym4）。對稱(chēng)配光比較適合布置在道路中間，如安裝在隧道中央的應用場(chǎng)景。
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