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LED路燈的國際标準CIE和IESNA差異性分析比較和借簽
編輯:胜利彩票代理   發布時間:2018-04-13

一、LED路燈的定性比較
    根據CIE和IESNA兩類道路路燈照明設計标準的内容可以得出兩類标準機動車道照明燈具設計标準上的差異主要體現在以下三點:

1.是評價指标的選擇。CIE主要采用亮度指标來進行評價,也包括阈值增量TI和環境比SR指标;而IESNA則采用了三種指标即照度指标、亮度指标和小目标可見度指标STV進行評價,其中照度指标和亮度指标中均包括光幕亮度比指标來評價眩光。

2.是評價指标的計算方法。主要差别體現在亮度指标的計算上,CIE規定每個車道上隻有一個觀測者,且固定于計算區域起始位置後方60米處,觀測一個燈具周期内的所有矩陣點的亮度;而IESNA則規定計算區域的每一行矩陣點均設一個觀測者,且每個觀測者始終觀測該矩陣行方向前方83米處矩陣點的亮度,意味着IESNA标準中的觀測者不僅在垂直于車道方向上做橫向運動,且在平行車道方向上做縱向運動。

3.評價指标的定義和指标規定值。對于平均亮度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度,CIE和IESNA在其定義上正好是倒數關系,并且從數值上看,相同指标所規定的CIE标準明顯比IESNA标準要高,IESNA的平均亮度是CIE的60%,亮度均勻度是CIE要求的82%。

二、路燈的定量比較

    為了定量分析這兩類标準在路燈亮度計算方法上的差異,選擇了PHILIPS公司的五種典型的道路照明燈具,對不同寬度的四種車道、三種燈具安裝方式的20種燈具和道路的組合進行計算,得到每種組合下CIE标準方法和IESNA标準方法在亮度指标值上的差異。圖5中橫坐标表示不同燈具和車道寬的20種組合方式,縱坐标表示分别用CIE和IESNA所定義的亮度計算方法得到的平均亮度、亮度總均勻度和亮度縱向均勻度在數值上差異的相對值。采用兩類标準的計算方法,平均亮度值和亮度縱向均勻度值總體差異不大,其中用IESNA計算方法得到的亮度縱向均勻度大體上比用CIE方法得到的數值略大,而亮度總均勻度值明顯大于用CIE計算方法得到的數值。這就意味着相比CIE标準的方法,用IESNA标準的方法來設計燈具布置更容易在較低能耗的條件下達到标準要求。

三、不同标準下路燈能源消耗的定量比較分析

    由于道路照明标準在計算方法和規定值不同所導緻的不同路燈燈具安裝參數會影響到能耗大小的不同,采用最優化方法對上述20種組合方式進行不同标準指導下的燈具安裝條件優化。為統一起見,兩類标準均采用亮度指标進行道路照明的優化設計指标,兼顧眩光評價指标,由不同标準進行優化設計時得到不同的燈具安裝間距S,結合不同燈具的功率W,可得相同道路在兩類标準指導設計下能源消耗的差異△E。在優化設計中,假定每種組合下所需安裝路燈的道路長度均為1000米,根據最優化計算結果,得到兩類标準下每種組合所需的單側燈具數目如圖6所示。所耗能源之差用CIE和IESNA兩類标準優化下所耗能源的差值與用CIE标準優化所耗能源之間的比值表示,其結果用百分比表示所示。
    采用IESNA的标準規定及計算方法,相同組合下所用單側燈具數N均比用CIE标準少得多。采用IESNA标準中亮度的計算方法及規定,其相比于CIE标準的設計而言、能耗節約率最少的都在10%以上,最大的接近30%。以一個城市的市區道路和高速公路為5×104公裡為計,均在滿足各自指标要求前提下,由兩者得出的能源消耗的差别是相當大的。

    為與目前處于主流節能方式之一的燈具替換節能效果相比較,本文以一段1000米三車道雙向對稱布燈的機動車道為例,在相同道路照明設計标準下(以CIE标準為例),用一款PHILIPS公司的LIM Fortimo型LED燈具替換HPL-N80W型高壓鈉光燈具,通過道路照明配光優化設計可得滿足指标要求時的所用的每種燈具數目及能源消耗的大小如圖9所示。針對這段路段,由于路燈燈具的光通量較小,直接用LED燈具替換鈉光燈具,要達到相同照明要求,所需的燈具數會增加25%,而由于LED燈具的功率遠遠小于高壓鈉燈的功率,因此消耗的能源可減小58.3%。

四、兩種路燈燈具在相同标準安裝條件下的燈具數和能耗

    如果進一步結合道路照明标準的不同對節能的影響,将這款LIM Fortimo型LED燈具用IESNA的标準進行道路配光優化用于該三車道路段,所得的燈具數和能耗與之前高壓鈉燈的結果相比如圖10所示。較之在相同标準下單獨的燈具替換,在将LED燈具用IESNA的标準進行優化布燈時,所用燈具數與高壓鈉燈在CIE标準要求下的燈具數減小6.2%,消耗的能源可進一步減少68.8%。與之前用相同标準進行直接替換相比,由于所用LED燈具數減少,因此燈具的替換成本節約了24.8%,LED照明能源能耗在IESNA标準指導下又可比CIE标準指導下減少25%。

五、兩種燈具在不同标準安裝條件下的燈具數和能耗

    由此可見,用IESNA道路照明設計标準進行道路照明配光優化,所消耗的能源普遍低于用CIE标準所帶來的能源消耗,再結合用高效LED路燈替換傳統照明燈具的節能方式,可以将能源節減的方式從單純的工程節能推進至标準節能,從而實現節能的最大化。

六、可借簽性
    标準研究的目的就是根據實際情況、在保證行車安全與節能環保這兩者之間找到最佳平衡點。我國現有的《道路照明設計标準CJJ-2006》在評價指标上同時采用照度、亮度、評價眩光的阈值增量及環境比等照明評價指标,在計算方法和指标值的規定上,主要是參考了CIE标準的計算方法及指标值,更多的考慮了行車安全的問題。

    通過對CIE和IESNA的定量計算與分析可知,它們在評價指标、計算方法及指标值上存在一定差别,且CIE中各項指标要求略高于IESNA,從而在用這兩類标準進行道路照明設計時,相同情況下基于CIE獲得的路燈照明效果略好于IESNA标準,這對于保證行車安全較為有利;而相同情況下基于IESNA标準進行燈具布置優化所需燈具數要明顯少于采用CIE标準,即用IESNA标準指導道路照明燈具安裝在能源消耗上至少可比CIE标準的能耗降低10%,這對于節能減排與防止光污染較為有利。
    上述這個LED路燈的定量對比僅是一個理論計算結果,還需要進一步的深入研究,因此建議在今後道路照明設計标準的完善修訂中予以适當考慮。由于我國地域面積廣、城市差異大,不适合一刀切,因此對标準的研究是否可以區别對待:對于地廣人稀的部分地區如西部邊疆等地,可以考慮嘗試一下适當借鑒IESNA标準的方法來定義和确定指标值;但對于人口相對密集、道路路燈相對複雜的地區如中東部一帶,還必須貫徹執行CIE标準、保證較高的照明水平。

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