【摘 要】城市道路照明是城市基础设施的重要组成部分,在城市的交通安全、社会治安、市容市貌和人民生活中都处于举足轻重的地位,发挥着不可替代的作用。也是检验城市成熟程度、显示城市实力和体现城市文明程度的重要标志。随着我国经济的飞速发展和社会的不断进步,城市道路照明设施已经越来越引起各级政府的高度重视,和广大市民以及社会各界的深度关注。在城市现代化建设的进程中,道路照明与广场照明、建筑物照明、园林绿地照明及景点、景区照明一起,构成城市夜景的一道亮丽的风景线,为城市添色、为居民增乐。近年来,各级政府纷纷投入大量资金建设城市道路照明设施,改善城市环境,取得很大成绩。但是,在全球能源与环保的双重压力下,损耗大、亮度低、寿命短的传统的道路照明设施显然已经不符合国家节能、低碳、环保、健康的发展产业政策。而LED照明作为一种新型绿色光源产品的强势崛起,正以其高节能、寿命长、多变幻、利环保、高新尖等其它光源无可比拟的五大明显优势,逐渐成为照明行业的新贵,得到全球,特别是我国政府的强力扶持,成为未来城市道路照明的趋势与必然选择,二十一世纪城市道路照明必将进入以LED照明为代表的新型照明光源时代。
一、目前城市道路照明应用的现状
近年来,随着我国城市化进程的不断推进和深入,各地政府都十分重视城市道路照明工作,把城市道路照明设施建设作为改善和美化城市环境的主要措施之一,把城市点缀和装扮得更亮、更美、更活色生香与多彩多姿,使城市充满浓郁的现代化都市的气息,已经成为各级政府领导和社会各界的共识。在一些大城市,如上海、广州、天津、深圳等,把道路夜景照明与城市总体规划紧密结合起来,根据城市自身特色,制定了高起点、高标准、高水平的城市照明发展总体规划,使整个城市道路夜间照明重点突出、特色鲜明,较好地体现出各自城市的独特功能、特色风格和历史内涵。
随着经济与社会的不断发展,城市照明的追求已从不顾环保、单纯照明功能向重视环保与欣赏照明、艺术点缀照明等个性凸显相结合的方向发展。在强调节能环保的大背景下,太阳能路灯等在城市道路的大量使用,取得了较为明显的进展与成效,但由于总体规划跟不上城市化迅速发展的步伐,灯光控制手段和管理方法不够科学、先进,浪费现象普遍,无法达到城市道路照明节能减排的目标。此外,长期使用科技含量低、功耗大、效率低、污染重、光效转换率低的荧光灯等落后光源,日夜遭受风吹、雨淋、太阳晒,容易变坏,更换频率高,占用道路空间大,影响交通,不利于车辆和行人夜间行走。加上常常因为光线不足或因落后光源产生的重影与光反射等现象,容易导致交通事故,造成重大经济损失,教训惨重！
在此背景下,一些经济较为发达的地区率先开始使用太阳能路灯,这种由太阳能电池、蓄电池、控制器、发光体组成的太阳能光伏发电具有水电、火电、核电所无可比拟的清洁性、安全性、普遍性等优点,成为城市道路照明不错的光源选择。但是,因存在的技术、成本“瓶颈”,太阳能路灯在国内的应用仍处于滞缓态势,客观上制约了太阳能路灯在城市道路照明设施中的应用。而LED照明的强势崛起,则逐渐在与前两者的比较中赢得了优势。
据资料显示,近年来,LED路灯在城市建设项目的应用发展速度以几何级数计算。早在我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,LED路灯等半导体照明产品就已经被明确列入“重点领域及优先主题”,我国科技部还启动“十城万盏”半导体照明工程,三年计划安装达百万盏LED路灯。而广东“千里十万”LED路灯示范工程加快前进,随着《广东省LED路灯地方标准》的出台,LED路灯建设将获得政府等相关部门的大力支持,也为LED企业进入政府相关项目采购市场提供了一张之前可望不可求的门票。在美国,洛杉矶将五年之内装上140,000盏LED路灯,而宾夕法尼亚州两城市安布勒(Ambler)和森伯里(Sunbury)这两座城市路灯也全部更换为LED路灯。其他国家普遍使用LED路灯,如日本、韩国等。在国内,东莞计划三年道路照明全部应用LED路灯,海南则计划五年实现。北京奥运会、上海世博会,广州亚运会的基础建设大量使用了LED户外照明灯,如广州亚运会亚运场馆的主场馆,以及周边道路共新建了70000盏LED路灯,佛山分赛场岭南明珠体育馆周边12条主干道,12000盏高压钠灯全部改造成LED路灯。
二、LED照明光源与其它光源的优势比较
LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管,是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白等多种色彩的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
LED光源优点:
高节能:无污染的环保节能能源。直流驱动,超低功耗,电光功率转换接近100%,相同照明效果比传统光源节能80%以上;寿命长:固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上;多变幻:LED光源可利用红、绿、篮三基色原理,在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生16777216种颜色,形成变化多端的不同光色组合,实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像;利环保:光谱中没有紫外线和红外线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,不含汞元素、无污染,属于典型的绿色照明光源;高新尖:LED光源是低压微电子产品,成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,是半导体光电器件“高新尖”技术的数字信息化产品,具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点,表1。
LED光源与白炽灯的比较:与白炽灯相比,LED的主要优势是寿命,因此在许多国家白炽灯泡正在被逐步淘汰。而且LED可能在普及率上要超过荧光灯,因为LED是固态的(由硅材料制造,不易碎),尺寸非常小,并且不含有害的化学成分(不需要采用特殊的环境处理)。
LED光源与无极灯的比较:市场普遍认为,无极灯的价格相对较高,配光比较困难,这两点大大制约了无极灯的发展。从当前市场认知度分析,无极灯与LED照明相差甚远。LED照明因为得到政府政策层面的与政府市政项目亮化工程实实在在的扶持,尤得国内资本力量的力挺,赢得大批业内企业甚至跨行业巨头的强势介入参与,各大媒体对LED产业也赞声一片！因此,LED产业早已成为业内人士普遍认同的未来光源发展新方向。而市场对无极灯的认知度和普及率相对较低,只有少数企业投入精力研发无极灯产品,而且与无极灯光源配套的灯具产品也十分匮乏,这严重影响了无极灯在市场上的应用和推广。
LED光源与高压钠灯的比较:高压钠灯的光谱比较集中于黄色,它的色温比较低,只有2000－2500K,而LED的色温较高,可以达到3500－4500K以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的,有很大一部分光无法到达路面。还有,高压钠灯的显色指数差,只有20到40,感觉昏暗。而LED的显色指数高,可以达到75－80,使用起来路面明亮、感觉舒适。所以从实际的发光效果来看,LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯,或300W的水银灯。100W的LED,其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计,会有所损失）,到达路面时的流明数仍为6000流明,而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为30－40Lux,由于显色系数的差别,LED的照度修正系数为2.35倍,高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux,而高压钠灯的修正后的照度为28.2—37.6。二者相当。所以,100W的LED可以取代250W的高压钠灯,LED可以节能2.5倍。
另外,LED的寿命长,不需要经常更换。高压钠灯的寿命为4000小时,假定每天工作10小时,只能工作400天,一年多一点就要更换;而大功率LED的寿命为50,000小时,假定每天工作10小时,13.7年才需要更换,这就大大节省了维护费用。
三、LED照明在城市道路照明领域的应用情况
自从LED技术应用到照明领域,LED照明被业界称为第四代光源,凭籍其在节能、环保、健康、寿命、应用面等方面其他光源不可比拟的强劲优势,正在全球范围内掀起一场新的照明革命,LED照明被认为自火、光、荧光灯之后光源的又一里程碑。LED照明技术经过几十年的发展,已从最初的红黄光,发展到现在的高亮度白光,光效的实验室记录已经超过160lm/W,产业化水平也已经超过100lm/W。随着白光LED发光效率、寿命、稳定性等性能的提升和成本的不断降低,LED技术在通用照明领域的应用不断得到新的突破,从而使LED在城市路灯照明中的应用成为可能。近年来,LED光源在道路照明中的应用已成为半导体照明行业的热点和焦点话题。目前国内外已有数百家企业投入到LED路灯的项目开发当中,其中部分产品已经投入批量生产,国内外一些应用试点示范也在如火如荼的展开。2007年,LED路灯市场已经启动。到目前为止,已有美国的罗利、安克雷奇、奥斯汀、印第安韦尔斯、加拿大多伦多、安大略湖韦兰、中国天津等多个城市加入;2008年底,国家科技部启动了"十城万盏"LED应用示范工程项目,其时,科技部正式发函批准天津、上海、深圳、哈尔滨等21个城市为试点城市。据资料显示,我国在"十城万盏"政策带动下,2009年LED路灯市场达到140万盏,2010年的年增率有79%,达到250万盏,占全球LED路灯需求总量的五成以上。在科技部制订计划发展LED功能照明的同时,各地方政府也积极采取措施推广LED照明应用。以广东为例,从2009年起,广东省开始大规模实施"千里十万"大功率LED路灯产业化示范推广工程,即在广州、东莞、佛山、中山、肇庆、汕头等市建设总里程1500公里左右,规模约10万盏的LED路灯示范推广工程。按当时每套LED路灯5000多元的价格估算,10万盏LED路灯背后是6亿元的销售市场,加上芯片、支架等相关产业,可以拉动25亿元产值。除广东省外,扬州计划两年投入3.3亿元应用5万盏LED灯具升级市政照明,厦门两年内推广3万盏以上LED市政照明灯具,成都1.5万盏LED路灯推广项目,山东省潍坊市计划LED路灯覆盖全城市,石家庄将推广使用八千盏LED路灯……,一大批LED城市道路照明项目都已经陆续启动。此外,各国和地区政府也积极推动LED路灯,例如美国洛杉矶也计划5年内设置14万盏LED路灯,台湾地区宣示三年内更换128万盏LED路灯。统计数据显示,我国城市道路照明共有1500万只以上的路灯,近几年的增长率在20%以上,照此估算,全国每年照明路灯的市场规模不低于50亿元。如果把不属于各级路灯处管理的路灯如厂矿、机关事业单位、小区等在内的路灯计算在内,则数量更为庞大。
四、LED照明是未来城市照明的必然趋势与选择
尽管价格仍然是LED路灯大规模应用的最大障碍,但是,随着各种标准的陆续出台,让业界有规可循,依规办事,将使LED产业及LED路灯行业进一步规范化,行业将由无序、无标准状态变为有序、有标准地进入市场,这对大多数企业来说是长期有利的,对LED照明产业的健康快速发展有极大的推动作用。同时,随着LED技术的进步,特别是核心技术难题的逐步破解,LED照明产品的价格将大大降低,价格高这一难题一旦破解,LED光源比其它光源就将具有绝对的优势。因此,我们可以乐观地预见,LED照明就是未来城市照明的必然趋势与选择,LED路灯的大量应用将成为自然而然的事情,LED照明完全替代其它光源也将由梦想变成现实！