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2013-1014

浅谈LED路灯标杆检测对广东半导体照明示范工程质量提升的影响

本文选自《半导体照明》杂志2013年第8期(总第42期) 转载请标注:中国半导体照明网

作者: 李本亮  国家半导体光源产品质量监督检验中心 ( 广东 )  广东省东莞市质量监督检测中心

        2009年初,中国科技部为推动LED照明产业的发展,推出了“十城万盏”半导体照明应用试点示范方案,拉开了LED路灯照明示范工程的序幕。同年,广东省科技厅在实施“十城万盏”工作的基础上,又陆续推出了“千里十万”及“绿色照明示范城市”等LED路灯应用示范及推广工程。

        如何保障半导体照明工程的质量,提高政府投资的社会效益成了广东省LED路灯照明示范及应用推广工程的关键。“十城万盏”及“千里十万”工程的各参与城市分别推出了具有地方特色的质量保障方案,如2009年东市科技局出台了《东市半导体照明应用工程产品检测与评估方案》,该方案依据广东省地方标准DB 44/T 609-2009《LED路灯》[1]及CJJ 45-2006《城市道路照明设计标准》[2]对LED路灯产品的质量及路面照明效果进行了规定,取得了较好的实施效果。然而,由于各个地方的规定不统一,给LED路灯企业造成一定困扰,也在一定程度上妨碍了LED路灯产业的快速健康发展。

        为此,2010年广东省科技厅率先开展了“LED路灯产品标杆体系”的研究,并推出了《广东LED路灯产品标杆体系管理规范(试行版)》[3],在管理规范的基础上,由企业自愿申请参加标杆体系检测,标杆产品目录作为“绿色照明示范城市”应用推广的选购产品目录。

        一、LED路灯标杆检测规范的修订

        LED路灯标杆产品的质量提升离不开检测规范的改进及修订,2012年《广东LED路灯产品标杆体系管理规范(试行版)》(以下简称“试行版”)在经过1年多试用及检测的基础上,推出了《广东省LED路灯产品评价标杆体系管理规范(第二版)》[4](以下简称“第二版”)。第二版较之前相比,在检测内容、检测方法及检测体系上有了很大的改进和提升,具体测试内容比较,如表1。

测试内容的评分指标、原始分计算公式及权重系数的比较,如表2。

        从表1和表2中可以看出,LED路灯标杆管理规范第二版相对于试行版主要有以下几方面的修订及改进:

        1.效能相关指标的修订

        LED路灯效能相关指标主要测试LED路灯的整灯光效。在试行版中,效能指标的参数区间为50~184lm/W,权重系数为20%;在第二版中效能指标的参数区间为80~200lm/W,权重系数为15%。

        2010年,在LED路灯标杆体系制定初期,LED路灯整灯光效水平普遍较低,市场上大多数产品的LED路灯光效位于40~60lm/W的水平,而根据当时实验室LED光源最高光效推算的LED路灯光效约为184lm/W。LED标杆体系依据市场状况,标杆光效参数比市场较低水平的LED路灯产品光效高出10lm/W,因而确定了50lm/W的区间下限,并根据当时的实验室最高效能水平确定了效能指标的区间上限参数。LED路灯示范工程初期的主要突出特色为LED路灯产品的节能效果,为了促进企业提高LED灯具效能,因而效能相关指标的权重系数达到了20%。

        2012年,LED路灯标杆体系进行第二版修订时,LED路灯整灯光效水平已经提高,市场上多数LED路灯光效位于70~130lm/W的水平,而根据当时实验室LED光源最高光效推算的LED路灯的光效约200lm/W,标杆体系依据市场状况及实验室的效能水平将光效参照区间确定为80~200lm/W。同时,随着LED芯片产品光效的提升,效能指标已经不再是影响示范工程的主要因素。因此,适当降低效能相关指标的权重系数到15%。

        从LED路灯标杆体系效能指标的修订过程中,可以看出LED路灯标杆效能指标参数区间及权重系数的变化体现了LED标杆体系的动态性、先进性以及技术进步适应性,能够及时的反映LED路灯市场的产品质量提升及LED照明产业的快速技术进步。

        2.路面照明效果相关指标的简化

        在LED路灯标杆体系制定初期,因受限于LED路灯效能较低且大多厂家对LED路灯的配光设计不熟悉,安装LED路灯后的路面照明效果需要严格进行考核。

        LED路灯路面照明效果相关指标主要有相关色温,路面亮度及眩光(路面单位功率平均照度、单位功率平均亮度、眩光等级),均匀度(路面照度均匀度、路面亮度纵向均匀度),环境比及照明功率密度。

        相关色温指标是当时LED路灯相比传统高压钠灯较不利的一个指标,由于技术原因当时市场上应用的LED路灯色温基本在6000K以上,对LED路灯产业发展较为不利,为了促进LED路灯向较低的色温发展,标杆试行版中的相关色温指标设计了一个在3000~6500K区间内,鼓励低色温产品的计算公式:10-(测量结果-3000)/350,即3000K的产品在色温指标中得满分,大于或等于6500K产品在色温指标中得0分,同时结合当时的LED路灯产品的实际情况,没有把色温指标的权重设计的过高,权重系数只有3.33%。

        路面亮度及眩光指标(权重系数15%)、均匀度指标(权重系数10%)、环境比(权重系数1.67%),照明功率密度(权重系数10%)在试行版的设计中,采用了安装在户外LED模拟试验场现场测试的方法进行检测,测试的指标路面单位功率平均照度、单位功率平均亮度、眩光等级,通过模拟安装测试,保障了路灯照明测试效果的真实性和数据的可靠性。通过大量的现场安装模拟测试,促进了LED路灯的路面照明效果的提升。

        2012年,LED路灯标杆体系修订时,通过两年的标杆检测,市场上的LED路灯效能进步显著,且大多厂家对LED路灯的配光设计已经掌握,LED路灯的路面照明整体效果已经显著提升,大多数路灯的照明指标均能较好的满足路面照明的需求。

        因此,在第二版中LED路灯的路面照明效果采用软件模拟的方式进行测试,相应的部分指标测试内容进行了简化,分数权重进行了降低,其中单位功率地面平均照度权重系数降为3%(试行版权重系数约15%),地面照度均匀性、纵向亮度均匀性和眩光限值值增量指标的权重将为6%(试行版权重约10%)。

        而对于LED路灯的相关色温和环境比指标,由于在标杆测试中,提升的效果并不显著,因此提升了相应的权重分数,以促进相应指标的技术进步,其中相关色温的权重系数提升至5%(试行版权重系数3.33%),环境比指标的权重系数也提升至3%(试行版权重系数1.67%)。

        3.可靠性相关指标的改进

        2010年的LED路灯标杆检测试行版中,指标7——高低温存储、潮态试验、开关试验、浪涌试验(权重系数15%)和指标8——高温加速寿命测试及寿命过程中IP测试(权重系数25%)均是考核LED路灯的可靠性相关指标。同时设计了考核性指标9——正常燃点过程中的颜色漂移测试,指标10——实验室燃点过程中的照度维持率测试,指标11——户外燃点过程中的照度维持率测试,指标12——实验室燃点过程中的IP测试。

        2012年LED路灯标杆体系修订时,通过两年的标杆检测,在对检测结果进行分析总结的基础上,对试用版中可靠性测试的内容进行全面的改进,制定了指标6——耐候性测试(权重系数8%)、指标7——浪涌测试(权重系数5%)、指标8——重大缺陷发现测试(权重系数15%)。

        通过LED路灯可靠性相关指标的测试修订,删除了原规范中的考核性指标的测试,提高了测试的效率。通过严格按照现行的国家可靠性测试标准制定了新的可靠性测试方案,能够快速的考核LED路灯的可靠性水平,分辨LED路灯的可靠性等级。

        4.质量控制体系的评估

        在推广2010年的LED路灯标杆试行版的检测中,发现LED路灯标杆体系的检测无法体现或保障产品质量的长期可靠性,无法了解企业对LED路灯产品的长期质量管控能力,因此在2012年的第二版中则加上了“产品制造组织保障能力与生产一致性核查得分”指标(权重系数40%)。该指标的制定标志着LED标杆体系由单纯的LED产品检测推广到面向LED路灯产品质量评价和LED路灯企业质量体系的评估。

        三、标杆检测对广东半导体照明示范工程的质量提升效果

        1.工程节能效果的提升

        随着LED路灯标杆检测工作的推广,LED路灯企业更加重视路灯的节能效果。主要体现在以下几个方面:

        (1)加速LED路灯的整灯光效的进步,充分体现了LED照明示范工程的节能效果。目前,在2013年招标的LED路灯“合同能源管理(EMC)”模式的工程中,中标单位的节能效果基本在60%以上;

        (2)标杆检测加速了LED路灯智能化的进程,促进了以智能控制为理念的LED路灯产品的快速发展。智能LED路灯产品及照明工程的出现,在进一步提高示范工程的节能效果的同时,也提升了LED路灯示范工程的质量,改变了社会对LED路灯照明效果的不良印象,促进了LED路灯产业的健康发展。

        2.路面照明品质的提升

        随着LED路灯标杆检测管理规范的修订,加强了LED路灯色温的权重系数,并且通过LED标杆管理单位的宣传推广,使得社会在认同LED路灯节能效果的基础上,逐步认可了低色温LED路灯的各项优点,使得目前路面应用的LED路灯色温逐渐呈下降趋势。

        LED标杆检测以后,LED路灯的色温有逐步降低的趋势,低色温的LED路灯产品路面目标辨识方面的优势在文献[5]中有详细的阐述,从该文献的研究可以看出低色温(2700K)的LED产品在目标辨识方面的优势最大,4000K的次之,而6500K的最不利。同时从文献[6]的研究可以看出,在路面照明的较低背景亮度即4.5cd/m2时,色温3686K的LED路灯下视觉功效(对目标作出反应的时间)最高,且所有试验的LED路灯的整体视觉功效均高于高压钠灯和金属卤化物灯。从文献[5~6]的研究可以看出,低色温的LED路灯在路面目标辨识及视觉功效方面较传统的高压钠灯有较大的优势。同时,低色温LED路灯的应用与推广能够解决LED路灯透雾性的问题。

        从2013年起,广东较多LED路灯装灯路段已出现色温低于3500K的LED路灯。部分路段已经安装色温低于3000K的LED路灯,通过对3000K以下色温的LED路灯装灯路段的现场考察,可以发现使用低色温的LED路灯的路段在目标的辨识力上明显优于传统的高压钠灯的路段,这些实际应用效果很好地验证了文献[5-6]的研究成果。在东市创业路[7]从低色温的LED路灯(整体约2950K)路段进入到传统的高压钠灯路灯照明路段时,会明显感觉到传统高压钠灯路灯的照明效果不如低色温LED路灯的照明效果,低色温LED路灯在目标辨识、距离确认及对运动目标的反应速度等方面有明显的优势。

        四、结论与展望

        本文阐述了LED路灯标杆检测的规范制修订及检测参数变化,分析了LED路灯标杆检测体系的内容改进对LED路灯的质量提升及LED路灯产业发展的促进作用,总结了标杆检测工作对LED应用示范工程的节能效果、路面照明质量提升的影响作用。

        从本文分析中,可以看出,LED路灯标杆检测主要在以下几方面促进了LED路灯的质量提升,以及示范工程照明效果的进步:一是LED路灯标杆检测促进了LED路灯光效及智能化的进步和提升,服务了节能减排;二是LED路灯标杆检测促进了示范工程的LED路灯向低色温转变,提高了路面照明效果,取得了显著的社会效益。


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