LED路燈在雨、霧、雪環(huán)境下應(yīng)如何生產(chǎn)和應(yīng)用

　　1、概述

　　近幾年，由于LED照明產(chǎn)品節(jié)能、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在室內(nèi)照明已經(jīng)廣泛取代白熾燈和日光燈;在室外，一些高品質(zhì)的LED路燈已經(jīng)完全勝任道路照明，而且還表現(xiàn)出一些特有的優(yōu)勢(shì)，比如高顯色指數(shù)、壽命長(zhǎng)等，但是LED路燈在雨、雪、霧天氣下的穿透性還存在不足，是影響LED照明在戶外應(yīng)用的主要因素。

　　2、道路照明對(duì)穿透性的要求

　　道路上的照明燈具主要分為汽車燈、路燈，目前汽車燈、路燈主要以黃光為主。信號(hào)燈作為指示燈對(duì)道路上行人和行車起到指引、指示和警示作用。

　　2.1車燈方面

　　大霧(雨、雪)是車輛行駛的一大障礙。車輛在遇到大霧(雨、雪)時(shí)，常常會(huì)打開(kāi)前后霧燈，讓一簇燦爛的黃色燈光開(kāi)路，既照亮了前方的道路，又標(biāo)明了自己的位置，使迎面而來(lái)的車輛行人能夠透過(guò)濃濃的霧幕，迅速避讓，防止碰撞事故發(fā)生。汽車霧燈照射出來(lái)的光是黃色光，這是經(jīng)過(guò)科學(xué)家精心研究以后作出的最佳選擇。

　　28歲的紹興車主陳先生為了使愛(ài)車大燈更亮，他花錢將遠(yuǎn)光、近光、霧燈全部改成了6000K的高色溫氙氣大燈。“真是亮極了!”陳先生說(shuō)，改成氙氣燈后，天氣好的時(shí)候，只要打開(kāi)燈光，“能晃得眼睛看不見(jiàn)”，他感到很滿意。可不久后他駕車外出游玩時(shí)，突遭大霧襲擊。他順手打開(kāi)氙氣燈，可出乎意料的是“眼前完全白茫茫一片，什么都看不見(jiàn)”。由于能見(jiàn)度不到五米，氙燈又毫無(wú)用處，他只能憑感覺(jué)一點(diǎn)點(diǎn)移動(dòng)?？蓭追昼姾?，突然聽(tīng)到后面的車急按喇叭，他停車一看，“天啊，車頭離路邊懸崖只有二十公分了!”

　　專家建議：高色溫氙燈令光線穿透力下降霧天切勿亂改燈

　　陳先生回紹興后，馬上將近光燈與霧燈又改成了普通燈。由于花錢不討好，他很是郁悶：“氙燈那么亮，怎么會(huì)在霧天就失效呢?”

　　對(duì)此，紹興汽車改裝專家張師傅解釋，車主將普通車燈改用色溫過(guò)高的氙燈后，燈光的穿透能力會(huì)下降，一旦碰到雨霧天，燈光幾乎失去作用。張師傅說(shuō)，氙燈因具備亮度高、能省電、還耐用等優(yōu)點(diǎn)，受到不少車主的青睞。在他的店中，最近幾乎每天都有顧客開(kāi)車前來(lái)改裝氙燈。但有些車主為了炫酷，會(huì)選擇6000K、8000K、12000K的高色溫氙燈。因?yàn)檫@些氙燈不僅亮度強(qiáng)，而且光線中還帶有藍(lán)色、紫色等彩色，看上去絢麗奪目。但這樣卻降低了燈光的穿透力。

　　2.2道路照明方面

　　以前主要應(yīng)用低壓鈉燈和高壓鈉燈。低壓鈉燈的工作蒸氣壓不超過(guò)幾個(gè)帕。低壓鈉燈的放電輻射集中在589.0納米和589.6納米的兩條雙D譜線上，它們非常接近人眼視覺(jué)曲線的最高值(555納米)，低壓鈉燈輻射單色黃光，其輻射光譜純正、穩(wěn)定、無(wú)雜散光，該波長(zhǎng)光線透霧性強(qiáng)，所以低壓鈉燈，也適宜于多霧區(qū)域的照明;針對(duì)低壓鈉燈單色性太強(qiáng)，顯色性很差，放電管過(guò)長(zhǎng)等缺點(diǎn)而研制的高壓鈉燈，高壓鈉燈相對(duì)低壓鈉燈，具有顯色指數(shù)高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，同時(shí)也也具有較高的穿透性，色溫主要在2200-2500K之間。鈉燈應(yīng)用在道路照明的最大優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)雨、雪、霧的穿透能力。

　　深圳路燈管理處吳春?！禠ED路燈色溫的思考與選擇》中明確提出，從屬性角度研究色溫，即生理性和心理性。毫無(wú)疑問(wèn)，色溫兼具生理和心理兩種屬性。例如，光的透霧性影響駕駛者的辨識(shí)能力和反應(yīng)速度，屬于生理性;同時(shí)，透霧能力差使駕駛者感覺(jué)朦朧，精神高度緊張，屬于心理性。他提起的案例：1999年，某國(guó)際品牌在國(guó)內(nèi)推廣金鹵燈，深圳很多主干道，包括深南大道，都換成白光的金鹵燈(6000-6500K)。初時(shí)效果尚算不錯(cuò)，但好景不長(zhǎng)，2000年后開(kāi)始有市民投訴，2001、2002年投訴達(dá)到高峰，反映白光昏暗，感覺(jué)不好。自此之后，深圳的主干道逐漸換回黃光的高壓鈉燈。

　　2.3交通信號(hào)燈

　　黃色光不僅用在汽車霧燈上，城市道路的十字路口交通信號(hào)燈，到了深更半夜，行人車輛稀少，交通燈上只有一盞黃燈一閃一閃地發(fā)出間斷光芒，使深夜行駛的車輛駕駛員在很遠(yuǎn)的地方就能發(fā)現(xiàn)，以便及時(shí)降低車速，安全駛過(guò)十字路口。

　　3、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)色溫的要求

　　據(jù)相關(guān)專家介紹，一方面原因是人體對(duì)冷色光源的視覺(jué)舒適度較差，不宜采用冷色光源;另一方面，色溫較高的光源偏白，容易使駕駛者在視覺(jué)上產(chǎn)生霧蒙蒙的感覺(jué)。

　　《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2006)于2007年實(shí)施，此標(biāo)準(zhǔn)和以前的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光源的要求主要是鈉燈，由于鈉燈的色溫具有局限性，只有2500K以下，所以以前所有的標(biāo)準(zhǔn)中均沒(méi)有特別說(shuō)明色溫。

　　《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ45-2015)于2016年6月1日實(shí)施，CJJ45-2015版的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光源選擇做了新規(guī)定：增加了發(fā)光二極管燈(LED燈)，由于LED色溫較寬，可以從2300K-6500K，甚至更高，所以CJJ45-2015版的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)LED路燈的色溫做了要求，即LED路燈的相關(guān)色溫不宜高于5000K，并宜優(yōu)先選擇中或者低色溫。

　　廣西壯族自治區(qū)住建廳出臺(tái)了《城市照明與建設(shè)管理工作方案(2015-2016年)》，明確色溫由低到高分為暖色、正白和冷色。根據(jù)不同的地域環(huán)境和不同等級(jí)的道路，應(yīng)采用相應(yīng)色溫的燈具。如在快速路、主干路、次干路、山區(qū)多霧的地區(qū)應(yīng)選用色溫比較低的燈具。同批次的光源色溫應(yīng)一致，市政道路不推薦使用冷色光源。

　　4、光的穿透性能與哪些因素有關(guān)

　　光在照明中的應(yīng)用中，穿透性不是嚴(yán)格意義上的穿透,而是繞過(guò)塵埃顆粒，被人看到。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，越不容易被散射(也就是波長(zhǎng)越大的光衍射能力越強(qiáng))，故穿透能力最強(qiáng)。但實(shí)際中由于水霧灰塵等因素的影響，紅色光線的實(shí)際穿透能力就變?nèi)趿?，而且紅光的光效很低，不能滿足照明的要求。

　　國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)在1931年定義的人眼對(duì)波長(zhǎng)的敏感曲線，在波長(zhǎng)555nm的綠光最敏感，也就是說(shuō)一瓦(1W)的555nm的綠光，人眼對(duì)他的相對(duì)亮度是683流明。由此可以知道,光能量最大的效率是683lm/W。

　　人眼對(duì)波長(zhǎng)的效率表

　　綠色光早就被作為“安全”和“可以通過(guò)”等的標(biāo)志光;但是由于綠色光波長(zhǎng)小，容易被散射，同時(shí)為單色光，不適合戶外路燈照明。

　　因此從波長(zhǎng)和人眼對(duì)波長(zhǎng)敏感因素，黃光最適合戶外照明。

　　5、LED路燈穿透性的研究

　　常規(guī)白光LED的頻譜中，短波長(zhǎng)占據(jù)很大部分，在雪花、雨滴和霧滴中傳播時(shí)短波長(zhǎng)的光會(huì)被散射，造成眼前白茫茫的一片，照明效果不佳。

　　對(duì)于可見(jiàn)光在霧的環(huán)境中傳播，BobsyAriefKURNIAWAN測(cè)量了在不同霧濃度和霧滴大小條件下，人眼對(duì)LED亮度的響應(yīng)。他采用了紅黃藍(lán)綠四種顏色光，以及他們每?jī)煞N顏色之間的顏色，構(gòu)成了十二種顏色光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并得出了紅黃光和紅藍(lán)光穿過(guò)霧時(shí)亮度最高。同時(shí)，藍(lán)光在濃霧中的可見(jiàn)性最差。而在下雨和下雪的環(huán)境中，研究大多集中在對(duì)黃光和白光的選擇上。人們通常認(rèn)為黃光比白光好，因?yàn)樵谙嗤炼认曼S光帶來(lái)的眩光沒(méi)有白光嚴(yán)重。這個(gè)常識(shí)性的認(rèn)識(shí)被JohnD.Bullough’s的研究證實(shí)了。他得出了在相同光強(qiáng)下，黃光比白光受到反向散射的影響小，因而眩光小的結(jié)論。

　　不同色溫的LED的光譜圖

　　(1)6000K色溫的LED的光譜圖

　　此圖為產(chǎn)品色溫段6000K左右的光譜圖，圖中光譜能量最多的為460nm左右的藍(lán)光波段，再下來(lái)就是550~580nm段的綠色及黃色波段能量較多。

　　(2)3000K色溫的LED的光譜圖

　　接下來(lái)就是3000K色溫的LED產(chǎn)品的光譜組成其中以570nm~630nm段的光譜能量最多，藍(lán)色段的能量幾乎沒(méi)有了。但是由于存在大量紅光，所以整體效率偏低。也就是3000K色溫的路燈光效低，替換鈉燈時(shí)節(jié)電比較低。

　　6、如何實(shí)現(xiàn)LED路燈的低色溫、高光效

　　在LED行業(yè)中，基本是色溫越高，光效越高;色溫越低，光效越低。所以目前LED路燈基本實(shí)現(xiàn)模組化，主要組成：LED模組、LED驅(qū)動(dòng)電源、燈殼，要實(shí)現(xiàn)LED路燈的低色溫、高光效，主要取決LED模組。熒光粉主要影響色溫，LED芯片、熒光粉、二次配光透鏡主要影響光效。

　　實(shí)現(xiàn)低色溫的辦法：是在封裝時(shí)調(diào)整LED紅粉、綠粉和黃粉的比例，以便封裝出不同色溫的LED燈珠;

　　實(shí)現(xiàn)高光效的主要辦法：一是采用高光效的LED芯片;二是采用高轉(zhuǎn)換效率的LED熒光粉;三是采用高出光率的LED二次配光透鏡;四是選擇高導(dǎo)熱的鋁基板。

　　通過(guò)以上辦法，可以實(shí)現(xiàn)LED路燈的“低色溫、高光效”，在行業(yè)內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用中，LED路燈的色溫在逐年降低，LED路燈的整燈光效在逐年增加。

　　圖一：2016年前LED路燈實(shí)際應(yīng)用中的色溫變化

　　圖二：2016年前LED路燈實(shí)際應(yīng)用中的整燈光效變化

　　7、結(jié)論

　　綜上所述，道路照明的功能性需求之一就是希望提高雨、霧、雪天氣的穿透能力，以便增強(qiáng)的對(duì)行車、行人的引導(dǎo)性，提高雨、雪、霧天氣的行車安全。LED路燈作為新一代照明產(chǎn)品，除了節(jié)能、壽命長(zhǎng)、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)外，從技術(shù)角度，完全可以實(shí)現(xiàn)低色溫，色溫可以控制在高壓鈉燈和白熾燈之間的色溫，從而使LED產(chǎn)品在戶外照明中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越突出。