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美國有領(lǐng)先世界的LED照明技術(shù)，有多年的照明節能推廣和管理經(jīng)驗。全美國有路燈5200萬(wàn)盞，有全世界規模最大的城市照明系統。50%是公路燈，50%是街燈和城市公共廣場(chǎng)用燈。美國能源部2009年開(kāi)始，實(shí)施用LED替換現有路燈的計劃。通過(guò)幾年來(lái)的實(shí)踐總結，目前對LED道路照明已經(jīng)形成共識，穩步走上經(jīng)濟和使用效果統一的資本經(jīng)管的發(fā)展方向�！ ≈袊鴵碛腥澜缫幠Ｗ畲笳彰麟娖鳟a(chǎn)品的制造能力，交通道路系統發(fā)展最快。全國道路照明用燈大約3500萬(wàn)盞，為世界第二。2004年3月，杭州臨安市點(diǎn)亮的LED路燈，開(kāi)創(chuàng )LED道路照明的先河。在政策的鼓勵和支持下，LED照明的推廣應用在各地經(jīng)濟增長(cháng)的大潮中迅猛發(fā)展，2008年半導體聯(lián)盟開(kāi)始實(shí)施“十城萬(wàn)盞”推動(dòng)計劃，并推出“50城200萬(wàn)盞”的示范計劃。當前應用擴展的側重是在城鎮化建設的道路擴展配套。高速發(fā)展帶來(lái)了舉世矚目的成果，暴露出來(lái)的問(wèn)題也引來(lái)了反思。 十年內，全球僅LED路燈將有超過(guò)500億美元的市場(chǎng)規模，當前已開(kāi)始進(jìn)入成長(cháng)期。產(chǎn)品設計和應用方式日新月異，必然會(huì )突破舊模式。對比兩國不同的經(jīng)驗，取長(cháng)補短有助于推廣LED路燈的推廣應用，引導未來(lái)的路燈工程建設，產(chǎn)品發(fā)展和未來(lái)市場(chǎng)開(kāi)拓。 
美國能源部門(mén)鼓勵推動(dòng)下，以各地路燈經(jīng)營(yíng)管理機構為主，配合城市管理需求，重點(diǎn)著(zhù)眼在舊的城市照明系統改造。目的是有助減少城市碳排放，降低市政開(kāi)支，改善城市交通和民生管理，獲得投資收益。 從全國六個(gè)城鎮開(kāi)始實(shí)驗。試點(diǎn)城鎮概括不同的地理位置，氣候環(huán)境，交通規模，有利于取得比較全面的經(jīng)驗。在這經(jīng)驗基礎上，逐年自發(fā)擴大到幾十個(gè)其它的城鎮。按不完全統計，美國目前LED路燈的推廣應用大約占到全國路燈總量的5%，預期到2020年可更換1/3，即1700萬(wàn)盞。迄今為止，還沒(méi)有任何城市做到全面使用LED路燈。 洛杉磯市是美國率先執行全國最大的LED道路照明改造計劃的城市，更換21萬(wàn)盞LED路燈的50%;其次是東部的波士頓市區，已經(jīng)更換65000街燈的40%，即25000盞。 道路照明規模最大的紐約市相對比較保守，2003年開(kāi)始計劃在曼哈頓替換1600盞金鹵燈，予期3年可收回投資$1.4M，被看作為L(cháng)ED道燈應用的里程碑。 工業(yè)城市Chicago市，權衡效益后，決定採用投入較低的陶瓷金鹵燈來(lái)改造城市照明。 我國科技部2009年初發(fā)起“十城萬(wàn)盞”示范計劃，實(shí)際推行多以地方政府為主導。較偏重于未來(lái)新的城鎮化建設，而不是舊道路照明的改造；也有些省市推廣的目的是為了推動(dòng)當地GDP，支持地方產(chǎn)業(yè)爭奪市場(chǎng)，各地發(fā)展極不平衡。 燈具產(chǎn)業(yè)集中的廣東省，在支持地方產(chǎn)業(yè)的政策驅動(dòng)下，一馬當先。目前全省累計推廣使用LED路燈近80萬(wàn)盞，示范路段超過(guò)10000公里，預計2013年新安裝LED路燈超過(guò)110萬(wàn)盞，將掀起新一輪的全面推廣應用的熱潮。 道路照明規模最大和城市管理比較成熟的上海市，為確保城市道路照明的安全穩定運行，保證推廣效益。在LED道路照明的應用實(shí)踐中，相對穩健。截止到2012年年底試點(diǎn)應用LED路燈5000多盞，僅占總擁有量的1%。 對LED道路照明推廣應用試點(diǎn)的評估 LED道路照明推廣應用，其成敗最終都應該落實(shí)到真正產(chǎn)生的效益上。直接經(jīng)濟效益主要依據是更新或新設置的成本，和原來(lái)的系統或標準設計，在同等照明條件下實(shí)際的節電效果，產(chǎn)品的有效的使用壽命和可靠性，運行維修保養費用。其它的應用效果因素還包括居民和用戶(hù)反應，城市安全，照明效果等。 一些與道路照明無(wú)關(guān)間接的因素，例如地方GDP，城市形象，未來(lái)發(fā)展，碳排放指標等等，不應該進(jìn)入效益評估體系，只能作為具體項目的決策依據。 LED道路照明的投入相對較高，但技術(shù)日新月異，產(chǎn)品價(jià)格不斷下降，效益成本比在不斷提高。早期的投入，成本較高，技術(shù)淘汰風(fēng)險大。道路照明實(shí)際條件直接影響LED道路照明應用的效益。而優(yōu)先選擇回報周期短的試點(diǎn)項目，可以減少風(fēng)險，取得經(jīng)驗，并起到良性示范作用。 美國城市的LED道路照明推廣計劃，一般分成3至5個(gè)階段。從初始階級的小規模試用，取得產(chǎn)品的應用經(jīng)驗和實(shí)際回報的結果；在確得到平衡回報的結果后，進(jìn)入第二期擴大推廣；在確認照明改造的投入產(chǎn)出利益效果后，就可以完全依靠市場(chǎng)資金實(shí)現道路照明的全面改造。 美國加州的Redland市展示了值得學(xué)習的經(jīng)驗。該市利用城市管理的地理信息系統，按照最近三年的夜間交通事故率，城市治安紀錄，夜間商業(yè)娛樂(lè )活動(dòng)和居住密度設置了決策權重，再根據資金來(lái)源和經(jīng)濟回報的合理安排，設計了LED城市街道照明的五個(gè)階段擴大推廣計劃，最后達到投資收益和城市管理雙贏(yíng)的目標。 從開(kāi)始試點(diǎn)城市的三年總結來(lái)看，城市之間投入回報（不計各種補貼）的差別很大�；貓笞羁斓某鞘惺�2年左右，最長(cháng)的不超過(guò)7年，都達到了可以接受的水平。 試點(diǎn)經(jīng)驗表明，LED路燈推廣應首選舊道路照明的改造，新城鎮建造不必一次到位。舊道路照明系統效率低，維修成本高，但基礎設施比較完整，道路環(huán)境和交通流量資料也充分。用LED路燈進(jìn)行照明改造，成本較低，投資回報容易核算，風(fēng)險也低。社會(huì )效應容易立竿見(jiàn)影，容易起到示范作用，應該是首選的目標。 新建工程是參照現時(shí)的高壓鈉燈或其它光源新技術(shù)在同一平臺上進(jìn)行效益核算的，LED的優(yōu)勢顯著(zhù)性相對差些。而且新城鎮的道路交通的增長(cháng)要有時(shí)間過(guò)程，而LED產(chǎn)品日新月異，一次性高標準投入，技術(shù)淘汰風(fēng)險較高，相對實(shí)效低。 LED道路照明的經(jīng)濟分析 為了避免主觀(guān)因素的影響，或因缺少經(jīng)驗而產(chǎn)生錯誤，并有利于項目間的對比總結。美國DOE（能源部）提出了一套通用核算軟件，方便大家從網(wǎng)上下載使用。 經(jīng)濟平衡或收益分析，是以路燈購買(mǎi)，更換安裝費用，和等照度電費，維護保養費用的節省之間的直接補償來(lái)計算。不考慮任何間接或潛在收益，例如環(huán)境改善，控制方式改善，地方GDP等。 美國道路照明系統的的維護費用較高，相當或甚至高于運行電費。由于LED路燈的壽命可靠性?xún)?yōu)勢，節省維保費用在經(jīng)濟回報核算中的貢獻，使LED照明效益明顯，易于應用推廣。美國試驗表明，用LED路燈改造道路照明的回報周期為2至7年，已經(jīng)具備了經(jīng)濟投資的價(jià)值。 我國的LED道路照明立項過(guò)程和對工程后繼的經(jīng)濟核算重視不夠，很少將回報周期作為主要評估指標。經(jīng)常是用設計指標來(lái)代替實(shí)際效果核算，因而容易受主觀(guān)因素影響產(chǎn)生效益高估。由于我國的勞動(dòng)力相對低廉，采用LED照明所節省的維護費用貢獻不顯著(zhù)，LED照明改造的經(jīng)濟回報主要依賴(lài)運行電費的節省，所以回報周期相對美國要長(cháng)得多，因此對產(chǎn)品的壽命可靠性要求高于美國。加上當前產(chǎn)品質(zhì)量，壽命可靠性，示范設計標準過(guò)高，工程產(chǎn)品成本過(guò)高等原因。大多數項目難以在產(chǎn)品壽命期間做到成本回收。因此目前要依賴(lài)于政策補貼，尚不具備真正社會(huì )投資價(jià)值。 兩國對高速公路LED照明的看法不同 夜間高速駕駛的安全主要依靠的是對前方目標的能見(jiàn)度，或者說(shuō)是前方目前的垂直照度。目前的道路照明燈具主要是提供路面的水平照度和路面亮度。因此路燈的作用很有限。而且目前的LED輸出功率尚不足以滿(mǎn)足城市主干道的路面照度要求，更不用說(shuō)高速公路。 美國高速公路只在道路更變、交會(huì )處設置照明，以起到提醒減速慢行，幫助看清道路的作用。 我國不少地方在新建或改建高速道路時(shí)都設置了LED路燈，特別是內地或中小城鎮，出現很多盲目追求豪華的超標準設計。完全忽視環(huán)保節能，投資回報和使用效果幾個(gè)基本原則。這類(lèi)以宣示城市發(fā)展或拉動(dòng)地方GDP為目的的工程，不應該成為推廣LED道路照明應用的樣板，避免中小城市的仿效。 關(guān)于照明效益的計算 LED道路照明的效率有不同的計算方法。但主是由燈具特性的工程安裝設計兩大因素構成。由于LED燈具的光學(xué)設計不同，照向路面的照明效率差異很大。因此絕不能用光源或燈具光效來(lái)計算比較不同燈具的節能效益。 比較普遍接受的方法是在路面上產(chǎn)生同等的平均照度條件下，燈具的輸入功率。但如何計算平均照度實(shí)際上是十分復雜的。這一指標與燈具光分布設計和測量的采樣方案密切相關(guān)，照明工程安裝設計還要在照度、亮度、眩光、工程造價(jià)、實(shí)際要求、標準應用等多方面平衡優(yōu)化。簡(jiǎn)單的平均照度計算公式不能排除將局部區域的過(guò)度照明被作為最高照度進(jìn)入計算而提高了計算結果。 為解決不合理的路面照度分布對照明效率計算的影響，并且便于將高壓鈉燈和不同分布的LED路燈設計的照明效率進(jìn)行比較，美國LED道路照明聯(lián)盟提出了一種FTE（適合目標的照明效率）的照明效率的測算方案。該建議僅以與IES定義的均勻照明范圍相應的等效矩形目標面積來(lái)計算燈具投向該面積的光通量作為照明效率計算基礎，重疊照明或過(guò)暗區照明都不計入有效照明區。FTP值可以從燈具IES測值和工程設計數據通過(guò)統一的公開(kāi)軟件來(lái)計算結果,這至少避免了人為造成的偏差。 經(jīng)驗數據表明，LED系統的FTE值大都高于HPS道路照明。充分估計了LED照明可能帶來(lái)的效率優(yōu)勢，而且可以對燈具的二次光學(xué)設計提供了依據。這是一個(gè)研究道路照明效率方面值得進(jìn)一步探討的課題。 LED路燈產(chǎn)品可靠性的管理 目前，對產(chǎn)品所依賴(lài)的可靠性考核，僅限于發(fā)現受檢產(chǎn)品短時(shí)間內是否存在重大設計缺陷和不可靠性，確定在同樣的應力條件下評價(jià)可靠性基本水平的優(yōu)劣，其結果不能直接用于預測產(chǎn)品的壽命可靠性。 對于LED路燈產(chǎn)品早期失效可靠性的判定，目前只能依靠對進(jìn)入的產(chǎn)品嚴格把關(guān)。根據美國方面公布的統計，在接受到的有技術(shù)認證的送選產(chǎn)品中，大約有30%可以達到候選指標。在候選產(chǎn)品里，也只有1/3可以真正采納進(jìn)入實(shí)際試用考核，這大約是不到10%的產(chǎn)品可以被接受參與試驗使用。最后經(jīng)過(guò)考驗選定產(chǎn)品的只有2%。個(gè)別城市由于對進(jìn)入產(chǎn)品不熟悉，對采購審查檢驗不嚴，試裝的2000盞路燈，在惡劣天氣下發(fā)現幾盞早期失效后全部拆卸，連同未安裝的25000個(gè)產(chǎn)品，全部退回供應商。案例在聯(lián)盟網(wǎng)上公布，引起了供應商和各城市的重視，促使改進(jìn)今后的LED道路推廣工作。 中國尚未有可以反映工程質(zhì)量的公共平臺，以防止劣質(zhì)產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)和避免重復錯誤發(fā)生。 色溫和顯色性的討論 關(guān)于LED路燈道路照明采取什么樣的色溫問(wèn)題，目前還在探討中。從美國的城市街道使用經(jīng)驗來(lái)看，從繁華市區和街道公共安全出發(fā)，傾向于高顯色指數的白光。有助于各種目標識別，方便人群活動(dòng)。但5000K以上的色溫，不能被接受。傳統純居住區街區，郊外道路，偏向于較低色溫，感覺(jué)比較平安溫馨。對車(chē)輛行駛速度較高的近郊干道，主張用暖色調。初期試用安裝的LED路燈都是色溫比較高，目前正在探討色溫下調的可能性。大致范圍都是3500-5000K之間。 由于片面強調燈具的光效，我國早期安裝的LED路燈很多多采用高色溫，顯色性也低，公眾難以接受。目前在向低色溫回歸。紐約和上海兩個(gè)城市，呼吁3500K左右的夜間適宜色溫。 LED路燈的光衰 LED道路照明回報的一個(gè)最大不確定因素，就是對燈具的光衰壽命可靠性的判定。光衰是一個(gè)需要時(shí)效來(lái)驗證的參數，對實(shí)際使用的燈具進(jìn)行長(cháng)期跟蹤驗測是不現實(shí)的。但由于這種困難而放棄或放松對產(chǎn)品光衰的要求，會(huì )使大量廉價(jià)劣質(zhì)燈具靠工程驗收，混入在建工程，導致項目最終失敗。 美國對燈具光效光衰的控制方法是，只接受所選用有LM-80和LM-79資格認證的LED元件的路燈產(chǎn)品。實(shí)際證明采用了符合認證資格元件的產(chǎn)品，至少在7年內光衰是可以接受的。我國綿陽(yáng)災后重建的遼寧大道，采用優(yōu)質(zhì)LED道路照明，兩年實(shí)測光衰為5.5%，與美國現行水平相當，高于國內平均水平。LED道路照明的嚴格要求，將促使國內LED元件更重視產(chǎn)品光衰指標。 對LED道路照明均勻性的要求 美國的公共照明一般是在廣場(chǎng)照明才強調均勻性。普通道路照明則更看重照明的提示性能，強調重點(diǎn)照明，并不追求道路照明的高度均勻。城市街燈設置的距高比普遍大于我國，一般都在3以上；在非商業(yè)地區的居民街區，路面照度較低，距高比遠大3的也不少見(jiàn)。但是在交叉道口或者居民進(jìn)出的地方，都設置增強照明，起到照明和警示雙重效果。 最新的專(zhuān)題研究表明，明暗起伏的道路照明更符合人類(lèi)對夜間照明的自然習慣，更能提高視覺(jué)的警覺(jué)性。均勻的照明環(huán)境反而容易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞，降低警覺(jué)識別目標能力，不利于駕駛安全。而且人為構筑過(guò)度的均勻道路照明，不但技術(shù)難度高，耗費大，照明效率低，而且眩光增加。絕對是得不償失的選擇。 我國的LED照明工程現狀，由于路面照度均勻度指標易于檢測，工程驗收方便，而且觀(guān)感明顯，媒體宣傳效果好，因此均勻性在我國LED照明工程設計中往往被過(guò)分強調。大多數示范工程在均勻性方面都超過(guò)規定標準，并視作最為突出的一項指標。為此，采用超低的距高比大大增加了建設和運行成本。但這種新建的華而不實(shí)明亮的工程，不足以成為L(cháng)ED道路照明推廣應用的樣板，最終成為反面教材。 對LED眩光問(wèn)題的新認識 LED道路照明應用最受詬病的指標就是新燈具所產(chǎn)生的弦光。很多閾值增量TI達標的LED照明設計，仍然令人感覺(jué)到有明顯的不適甚至接近失能的眩光。 這是由于與傳統燈具用大面積的反射罩來(lái)實(shí)現不同，LED燈具都是采用直接投射。發(fā)光光源視在面積小，每平方米上萬(wàn)cd表面亮度，超出普通燈具的千百倍。而肉眼的高分辨率使LED光源可以在局部的網(wǎng)膜細胞上直接產(chǎn)生強烈剌激而不只是光幕復蓋�；诠饽焕碚摱O定的閾值增量標準TI和空間極低分辨率的測量方法是完全無(wú)法區分這種視覺(jué)差異的。 對于這種高亮度的光源，目前公認只能通過(guò)截光方法來(lái)解決，而不能用傳統的閾值增量TI指標來(lái)判斷。但理論上任何對弦光控制的方法多少都要以損失效率為代價(jià)。這是對未來(lái)的LED道路照明技術(shù)的一項挑戰。 美國民眾對環(huán)境的舒適性比較重視，出于提高目標能見(jiàn)度和避免擾民的目的，美國路燈設置對眩光的控制要求比較嚴格，甚至達到一票裁決的高度。 中國目前仍然沿用閾值增量TI，即便對不能完全反映LED問(wèn)題的TI指標，而且在系統評估時(shí)眩光也只放不太重要的地位。例如在全面推廣LED道路照明的廣東省，眩光TI指標只佔標桿指標權重的5%。 放松對LED燈具眩光缺點(diǎn)的要求，一味追求燈具效率充許大量設計水平低的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，這可能是出于認識水平和對現有產(chǎn)業(yè)狀況的無(wú)奈寬容。如不引起足夠的重視，及時(shí)糾正，則不利于未來(lái)的應用推廣和市場(chǎng)競爭。 LED道路照明的可控性 與傳統光源相比，LED光源另一個(gè)重要優(yōu)勢是光輸出的可控性。未來(lái)的道路照明可以根據日照，車(chē)流情況實(shí)現自適應照明水平調節。這可以再減少額外能源消耗20%至30%。不但降低運行成本，還延長(cháng)了燈具的使用壽命，大幅度提高路燈工程投入的經(jīng)濟回報率。 美國的道路照明電路大都是從電網(wǎng)直接接入，不另設供電網(wǎng)絡(luò )，路燈的控制普遍采用日照自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)。鑒于未來(lái)LED路燈產(chǎn)品可以進(jìn)行調光控制，現代的數字通訊技術(shù)可以提供遠程控制的手段。2013年4月，美國LED道路照明聯(lián)盟發(fā)布了關(guān)于道路照明燈的自適應和遠程控制的標準，為今后新型LED路燈產(chǎn)品和系統的設置建立了一個(gè)基礎。 中國的路燈系統大都有獨立的供電網(wǎng)絡(luò )，因此實(shí)現控制比美國簡(jiǎn)單，市場(chǎng)上已經(jīng)有多種方案可供選擇。應該盡快總結經(jīng)驗，根據國情建立自己優(yōu)化的標準系統，引導未來(lái)技術(shù)方向。避免在市場(chǎng)競爭下形成的多元化，對未來(lái)發(fā)展帶來(lái)新的困局。 對LED道路照明達成的基本共識 采用用LED路燈，運行電耗大約可以節省40%到60%。 目前的LED光輸出可以滿(mǎn)足支干道以下道路照明的要求。 質(zhì)量控制良好的LED路燈，其光衰、壽命、可靠性和年失效率至少可以滿(mǎn)足為期7年的合理回報要求。 LED的可控特性可以更進(jìn)一步給節省能耗，延長(cháng)產(chǎn)品壽命帶來(lái)20-30%的改善空間。 LED光源提供的燈具光分布設計的機動(dòng)性為道路照明的性能和節能效果的改善提供了新機會(huì )，但也給現有標準與規范帶來(lái)了迫切的研究新課題。 加強LED道路照明的信息交流，建立推廣的穩固基礎 在DOE的支持下，美國在2010年5月成立了LED市政道路照明聯(lián)盟，給各個(gè)試用城市和相關(guān)專(zhuān)業(yè)部門(mén)提供一個(gè)交流平臺。其目的是打破地方性的局限，減少重復性的實(shí)驗投入，盡量降低新的投入風(fēng)險，縮短對LED照明使用學(xué)習的周期。這對小城鎮地區的推廣提供經(jīng)驗具有特別的意義。聯(lián)盟及時(shí)總結交流，統一項目評估的標準，提供一致的軟件手段。協(xié)助市政部門(mén)的決策和鼓勵方針的制定。交流LED照明產(chǎn)品性能和價(jià)格信息，并經(jīng)過(guò)實(shí)踐對產(chǎn)品改進(jìn)和標準完善提出建議，反映了以使用者為主導的應用推廣模式。 中國LED照明推廣應用，形成了中央號召，地方響應的指導模式。除了一些簡(jiǎn)短的會(huì )議交流，缺少常設專(zhuān)業(yè)的交流機構平臺，項目檢查總結主要由行政指導安排。地方的標準和政策有時(shí)會(huì )受到上游生產(chǎn)企業(yè)和地方經(jīng)濟目標的局限，出現上游指導下游的現象。上游熱下游冷現狀不利于我國LED道路照明事業(yè)的發(fā)展，最終也會(huì )損害行業(yè)發(fā)展的整體和長(cháng)遠利益。這只能通過(guò)增加真實(shí)的信息經(jīng)驗交流，建立上游服從于下游的正確方向，幫助和促進(jìn)應用部門(mén)的內在積極性，成為推廣應用的原動(dòng)力，我國的LED道路照明事業(yè)才能穩步發(fā)展，領(lǐng)先世界，實(shí)現中國成為照明強國的夢(mèng)想。 |
