LED路燈燈桿高度和間距設計方法
摘要：路面平均照度是城市機動車交通道路和人行道路照明的評價指標之一，也是路燈配置的一項重要參考指標。一條城市道路要配置或更換為LED路燈，技術上首先就要涉及到照明的相關指標的計算。用“利用系數”法計算則是比較簡單有效的方法之一。
“利用系數”法計算的公式，絕對照搬傳統照明理論研究的結論。我們要做的只是要將LED路燈的一些實驗或理論數據輸入公式，得到結果并與道路照明設計標準的要求對照而已。不言而喻，這些計算也是LED路燈的設計、開發、改進、提高以及市場營銷的必需。
一、概念
利用系數(U)是直接照在路面上的光通量與全部光源發出的光通量的比值,與路燈燈具的高度、仰角、布置方式、路面寬度等有關。
光通量(Φ)是光源發射并被人的眼睛接收的能量之總和。表示單位時間輻射光能量的多少，單位為流明lm。其它表示方法：cd.sr(cd是發光強度的單位：坎德拉。Sr是立體角球面度的單位。
照度(E)是光通量與被照射面積之間的比例系數，單位為勒克司lx。1lx即指1lm的光通量平均分布在面積1平方米的能量，即lm/m2。
路面平均照度(Eav)是按照有關規定在路面上預先設定的點上測得的或計算得到的各點照度的平均值。
維護系數(k)是照明裝置使用一定時期之后，在規定表面上的平均照度或平均亮度與該裝置在相同條件下新安裝時在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。
燈具的安裝高度(H)是燈具的光中心至路面的垂直距離。
燈具的安裝間距(S)是沿道路的中心線測得的相鄰兩個燈具之間的距離。
懸挑長度(XL)是燈具的光中心至鄰近一側緣石的水平距離，即燈具伸出或縮進緣石的水平距離。
路面有效寬度(Weff)是用于道路照明設計的路面理論寬度，它與道路的實際寬度、燈具的懸挑長度和燈具的布置方式等有關。
部分相關概念見下圖：
二、計算公式
根據照度的定義式，E=Φ/A
(1)式中，A—被照射面積，m2
路面平均照度，Eav=F/(W*S)
(2)式中，F—路燈光源的額定光通量，lm;
W—路面寬度，m。
S—安裝間距，m;
因為路燈安裝的高度、仰角、布置方式、路面寬度等不同，其光源額定的光通量的利用程度也不同，所以路燈光源的額定光通量必須要考慮“利用系數”(U);這是其一;
其二，因為要維持路面的平均照度，要考慮燈具本身的光衰、燈具的防護等級和擦拭周期，所以路燈光源的額定光通量必須要考慮維護系數(k);
其三，因為路燈的排列方式如單排。雙排對稱，雙排交錯等，其對平均照度也有影響，也必須考慮排列系數(N)。
所以公式(2)在考慮以上因素后，為：
Eav=F*U*k*N/(W*S)
(3)
這就是“利用系數”法計算平均照度的公式。
實際工程計算中，一般路面的平均照度標準是有要求的，也就是說Eav是已知的。而較多是要計算滿足需要路燈的額定光通量F。將公式(3)公式變形后為：
F = Eav*W*S/(U*k*N)
(4)注意，公式中W應是路面的有效寬度，路面有效寬度的計算見表3。
6、路面平均照度要求
CJJ45規定的機動車交通道路照明標準值（維持值）見表5：
表5機動車交通道路照明標準值（維持值）
|
道路類型
|
主干道
|
次干道
|
支路
|
|
路面平均照度維持值lx
|
20/30
|
10/15
|
8/10
|
注：“/”左側為低檔值，右側為高檔值，詳見CJJ45的規定。
其它類型如交會區照明標準值、人行道路照明標準值均見CJJ45。
四、計算實例
已知LED路燈配置在主干道，選低檔值Eav=20 lx，路面實際寬度Ws為15m，LED路燈防護等級為IP54，路燈間距S為30m，路燈安裝高度約12m,懸挑長度為1.5m,燈仰角15°，雙側對稱排列。
由表2確定k=0.65；
由表3計算Weff = Ws-2*XL=15-2*1.5=12m；
由表4核查H=12m≥0.5 Weff=6m；S=30m≤3H=36m符合規定；
由前述知，道路燈雙側對稱排列時N=2；
查表1，因W/H=12/12=1對應的15°仰角總“利用系數”為0.72；
帶入公式（4）
F = Eav*Weff*S／(U*k*N)
=（20*12*30）/(0.72*0.65*2)=7692
（lm）
選擇一款大于等于7692流明的LED路燈產品就可以滿足照度要求。
將這些資料和數據在辦公軟件EXCIE中組合，根據實際情況選擇并輸入各項系數便可以自動計算出結果。
顯然，已知某LED路燈的流明數，也可根據條件或設定條件來計算其平均照度，再與CJJ45-2006《城市道路照明設計標準》的要求對照，從而進行有的放矢的配置選型。
三、相關數據
1、“利用系數”U
LED路燈的“利用系數”見下表1：
表1 LED路燈照明“利用系數”U
|
燈具仰角
|
0°
|
5°
|
10°
|
15°
|
||||||||
|
W/H
|
屋邊
|
路邊
|
總系數
|
屋邊
|
路邊
|
總系數
|
屋邊
|
路邊
|
總系數
|
屋邊
|
路邊
|
總系數
|
|
0.5
|
0.25
|
0.36
|
0.61
|
0.2
|
0.35
|
0.55
|
0.18
|
0.34
|
0.52
|
0.15
|
0.32
|
0.47
|
|
0.6
|
0.27
|
0.4
|
0.67
|
0.22
|
0.39
|
0.61
|
0.2
|
0.42
|
0.62
|
0.17
|
0.41
|
0.58
|
|
0.8
|
0.3
|
0.47
|
0.77
|
0.26
|
0.46
|
0.72
|
0.22
|
0.48
|
0.7
|
0.19
|
0.47
|
0.66
|
|
1
|
0.32
|
0.53
|
0.85
|
0.28
|
0.54
|
0.82
|
0.24
|
0.56
|
0.8
|
0.21
|
0.55
|
0.76
|
|
1.5
|
0.36
|
0.55
|
0.91
|
0.31
|
0.59
|
0.9
|
0.26
|
0.63
|
0.89
|
0.22
|
0.64
|
0.86
|
|
2
|
0.37
|
0.57
|
0.94
|
0.34
|
0.62
|
0.96
|
0.27
|
0.64
|
0.91
|
0.23
|
0.69
|
0.92
|
|
2.5
|
-
|
|
-
|
-
|
0.63
|
|
-
|
0.67
|
|
-
|
0.71
|
|
|
3
|
-
|
|
-
|
-
|
0.64
|
|
-
|
0.68
|
|
-
|
0.72
|
|
|
4
|
-
|
|
-
|
-
|
0.65
|
|
-
|
0.69
|
|
-
|
0.73
|
|
注1：W-道路寬度，H-燈具安裝高度，稱橫向距離比。
注2：當有懸挑長度時，總 “利用系數”為“路邊利用系數”加“屋邊利用系數”。（見《照明工程學報》1994年9月第5卷第3期51頁）。
注3：數據來源：徐連城文《基于市場需求的LED路燈設計和營銷策略思考》圖。
2、維護系數k
CJJ45規定的維護系數k見表2：
表2 維護系數k
|
防護等級
|
維護系數
|
|
＞IP54
|
0.7
|
|
≤IP54
|
0.65
|
注1：維護系數=光源的光衰系數*燈具污染的光衰系數。
注2：根據我國常用道路照明光源和燈具品質及環境狀況，以每年對燈具擦拭一次為前提的數據。
3、路燈排列系數
路燈排列一般有單側、雙側交錯、雙側對稱和路中央4種排列方式。對稱排列時N=2，其它排列時，N=1。
4、路面寬度及有效寬度
CJJ45規定的路面有效寬度的計算見表3：
|
表3 路面有效寬度的計算
|
||||
|
有效寬度
|
單側排列
|
雙側排列
|
中間排列
|
懸挑長度XL
|
|
Weff
|
=Ws-XL
|
=Ws-2XL
|
=Ws
|
≤0.25H
|
注1：Ws—路面實際寬度，m；XL—懸挑長度，m。
5、路燈間距
CJJ45規定的路燈間距S、安裝高度H及路面有效寬度W的關系見表4：
表4
路燈間距、安裝高度與路面寬度的關系
|
配光類型
|
截光型
|
半截光型
|
||
|
排列方式
|
安裝高度H（m）
|
間距S（m）
|
安裝高度H（m）
|
間距S（m）
|
|
單側
|
H≥Weff
|
S≤3H
|
H≥1.2 Weff
|
S≤3.5H
|
|
雙側交錯
|
H≥0.7 Weff
|
S≤3H
|
H≥0.8 Weff
|
S≤3.5H
|
|
雙側對稱
|
H≥0.5 Weff
|
S≤3H
|
H≥0.6 Weff
|
S≤3.5H
|
注：Weff——有效寬度，m；曲線路段：半徑在1000m以下，間距S按直線的50%-70%。
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