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LED路灯如何保持穿透性?

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LED路灯如何保持穿透性?

发布日期:2019-05-30 编辑: 点击:

1.城市道路照明的环境状态

进入21世纪以来,特别是2010年后,我国空气质量严重恶化,雾霾天气成了常客。雾霾是由大气污染造成的,企业的废气排放、车辆的尾气、农民焚烧桔梗等都会造成大气中各种悬浮颗粒物含量超标,其中PM2.5被认为是造成雾霾天气的最大“元凶”。


近几年,我国的空气质量急剧恶化,大多数城市雾霾天数增加,危害加重。我国有不少地区把雾霾并入雾一起作为灾害性天气预警预报,统称为“雾霾天气”。以北京为例,全年有接近200天空气质量小于二级,也就是说一年中有一半以上的天气是雾霾天。


我国其他大中城市也一样面临着雾霾天,并且许多城市年均雾霾天超过100天。雾霾比较严重的城市大多是经济较为发达的城市,在LED路灯的推广中往往起到“排头兵”的示范作用。因此,研究和讨论LED路灯在雾霾天气下的选择有非常重大的意义。


2.一些常见光源的色温

LED光源大体上可以分为暖白、中性白和冷白三大类。传统的路灯光源——钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上,因此色温一般为2300K左右的暖白光,人眼视觉下很明显会感觉是黄光。LED则可通过封装工艺制造出不同色温的光源,给了道路照明很多不同的选择。


3.LED路灯的色温选择

目前采用的LED封装工艺通过应用不同激发波长的荧光粉,调整荧光粉的量或比例,可以获得不同色温的LED白光光源。


不同的光源发出的光色温各不相同,低色温光源的特征是,能量分布中,红辐射相对来说要多些,通常称为“暖光”;色温提高后,能量分布中,蓝辐射的比例增加,通常称为“冷光”。


对于白光LED来说,低色温光源黄光比例相对较多,而高色温光源蓝光比例相对较多。而从人眼视觉的角度来说,低色温给人以温暖、稳定的感觉,而高色温给人以冷清、清爽的感觉。


4.色温与光效的关系

值得注意的是,在早一批的LED路灯色温选择上,几乎所有的厂家都选择了6000K,甚至6000K以上,与高压钠灯背道而驰,为什么呢?


因为在早期荧光粉的技术条件下,冷白光源的LED发光效率更高。相比较色温来说,人们更看重光效这一物理性能。提高光效最主要的手段是提高荧光粉的激发效率,YAG黄粉的激发效率远高于橙粉。


显而易见,较高色温可以得到更高的光效,5500-6500K色温的光源光效甚至比小于3500K的暖白光源提升48.7%。LED之所以节能,完全是因为LED具有比其他光源更高的光效,抛开光效单纯谈节能是无意义的。因此大部分LED路灯厂家为了追求高节能率,选择了生产6000K左右色温的产品就可以理解了。


高光效不仅带来更高的节能率,更能降低灯具的成本,使产品更具有竞争力。


随着LED各项技术的发展,LED芯片的效率不断提升,封装工艺也不断改进,目前应用中的白光LED光效早已突破 160lm/W 的关口,未来还有提升的空间。而荧光粉的技术也得到了一些突破,目前各色温区间的白光LED光效差异也没有以前那么大,3000-3500K 色温的暖白LED光源的光效与 6000-6500K 色温的冷白LED光源相差不足6%。


5.瑞利散射

为什么不同颜色的光线,在雾气中的穿透性不一样。这里要引进一个物理学现象,叫做瑞利散射。瑞利散射是一种光学现象,当粒子半径比入射光波长小很多时(小于波长的十分之一),介质就因折射率不均匀而产生,瑞利散射的强度和入射光波长λ的四次方成反比,这种现象称为瑞利散射。


举个简单的例子,大家可以用瑞利散射来说明为什么天空是蓝色的。由于瑞利散射的强度和波长的四次方成反比,所以太阳光谱中波长较短的蓝紫光比波长较长得红光散射更明显,而短波中又以蓝光能量最大,所以在雨过天晴或秋高气爽时(空中较粗微粒比较少,以分子散射为主),在大气分子中,光线发生强烈的瑞利散射,蓝光被散射至弥漫天空,因此天空呈现蔚蓝色。


简单来说,波长越短的光线越容易散热,波长越长的光线越容易穿透。形成雾霾的主要因素PM2.5正是由许多小颗粒组成,使得光线发生瑞利散射。

 

冷白光中蓝光比例较大,暖白光中黄光比例较大,从理论上来说,色温越低,光线的穿透力越大。因此,在雾霾天条件下,高色温的LED路灯的穿透性比较差。


6.人体感官

单纯从穿透性角度来看,LED路灯应该选择色温低的红光,然而路灯的照明带给人的感官也是一个不可忽视的重要因素。人体感官主要包括心理学和生理学两方面。


从心理学方面来看,人眼在不同的照度条件下,对于不同色温的感官不同。在室内环境中,特定的照度条件下,过高的色温会给人以忧郁的感受,显得冷清、阴晦;而过低的色温也会给人以闷热的感觉,显得昏暗、压抑。在户外环境下,人眼对于色温的感受还需要做一些修正,舒适区会有小幅度的向高色温区域延展。

 

近几年,LED技术仍在高速发展,芯片的光效不断提高,节能率也有了保证。光效和色温的矛盾不再是应用过程中的主要矛盾,色温与环境条件是否协调才是关注的重点。


综合技术条件、气候条件、当下的环境条件以及人眼的感官,大家提出,LED路灯的色温应该选择2800~4200K范围内。这样的色温既不会对光效产生大的影响,也保证了对雾和霾的穿透性,并且适应我国人民的视觉感官。


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