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LED路燈如何保持穿透性?

發布時間:2020-09-19 點擊數:48 字體:  【關閉】

LED路燈如何保持穿透性?

1,城市道路照明的環境狀態


進入21世紀以來,特別是2010年後,我國空氣質量嚴重惡化,霧霾天氣成了常客。霧霾是由大氣汙染造成的,企業的廢氣排放、車輛的尾氣、農民焚燒桔梗等都會造成大氣中各種懸浮顆粒物含量超標,其中PM2.5被認為是造成霧霾天氣的最大“元凶”。


近幾年,我國的空氣質量急劇惡化,大多數城市霧霾天數增加,危害加重。我國有不少地區把霧霾並入霧一起作為災害性天氣預警預報,統稱為“霧霾天氣”。以北京為例,全年有接近200天空氣質量小於二級,也就是說一年中有一半以上的天氣是霧霾天。


我國其他大中城市也一樣麵臨著霧霾天,並且許多城市年均霧霾天超過100天。霧霾比較嚴重的城市大多是經濟較為發達的城市,在LED路燈的推廣中往往起到“排頭兵”的示範作用。因此,研究和討論LED路燈在霧霾天氣下的選擇有非常重大的意義。

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2,一些常見光源的色溫


LED光源大體上可以分為暖白、中性白和冷白三大類。傳統的路燈光源——鈉燈的放電輻射集中在589.0納米和589.6納米的兩條雙D譜線上,因此色溫一般為2300K左右的暖白光,人眼視覺下很明顯會感覺是黃光。LED則可通過封裝工藝製造出不同色溫的光源,給了道路照明很多不同的選擇。

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3,LED路燈的色溫選擇


目前采用的LED封裝工藝通過應用不同激發波長的熒光粉,調整熒光粉的量或比例,可以獲得不同色溫的LED白光光源。


不同的光源發出的光色溫各不相同,低色溫光源的特征是,能量分布中,紅輻射相對來說要多些,通常稱為“暖光”;色溫提高後,能量分布中,藍輻射的比例增加,通常稱為“冷光”。


對於白光LED來說,低色溫光源黃光比例相對較多,而高色溫光源藍光比例相對較多。而從人眼視覺的角度來說,低色溫給人以溫暖、穩定的感覺,而高色溫給人以冷清、清爽的感覺。

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4,色溫與光效的關係


值得注意的是,在早一批的LED路燈色溫選擇上,幾乎所有的廠家都選擇了6000K,甚至6000K以上,與高壓鈉燈背道而馳,為什麽呢?


因為在早期熒光粉的技術條件下,冷白光源的LED發光效率更高。相比較色溫來說,人們更看重光效這一物理性能。提高光效最主要的手段是提高熒光粉的激發效率,YAG黃粉的激發效率遠高於橙粉。


顯而易見,較高色溫可以得到更高的光效,5500-6500K色溫的光源光效甚至比小於3500K的暖白光源提升48.7%。LED之所以節能,完全是因為LED具有比其他光源更高的光效,拋開光效單純談節能是無意義的。因此大部分LED路燈廠家為了追求高節能率,選擇了生產6000K左右色溫的產品就可以理解了。


高光效不僅帶來更高的節能率,更能降低燈具的成本,使產品更具有競爭力。


隨著LED各項技術的發展,LED芯片的效率不斷提升,封裝工藝也不斷改進,目前應用中的白光LED光效早已突破 160lm/W 的關口,未來還有提升的空間。而熒光粉的技術也得到了一些突破,目前各色溫區間的白光LED光效差異也沒有以前那麽大,3000-3500K 色溫的暖白LED光源的光效與 6000-6500K 色溫的冷白LED光源相差不足6%。

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5,瑞利散射


為什麽不同顏色的光線,在霧氣中的穿透性不一樣。這裏要引進一個物理學現象,叫做瑞利散射。瑞利散射是一種光學現象,當粒子半徑比入射光波長小很多時(小於波長的十分之一),介質就因折射率不均勻而產生,瑞利散射的強度和入射光波長λ的四次方成反比,這種現象稱為瑞利散射。


舉個簡單的例子,我們可以用瑞利散射來解釋為什麽天空是藍色的。由於瑞利散射的強度和波長的四次方成反比,所以太陽光譜中波長較短的藍紫光比波長較長得紅光散射更明顯,而短波中又以藍光能量最大,所以在雨過天晴或秋高氣爽時(空中較粗微粒比較少,以分子散射為主),在大氣分子中,光線發生強烈的瑞利散射,藍光被散射至彌漫天空,因此天空呈現蔚藍色。


簡單來說,波長越短的光線越容易散熱,波長越長的光線越容易穿透。形成霧霾的主要因素PM2.5正是由許多小顆粒組成,使得光線發生瑞利散射。

 

冷白光中藍光比例較大,暖白光中黃光比例較大,從理論上來說,色溫越低,光線的穿透力越大。因此,在霧霾天條件下,高色溫的LED路燈的穿透性比較差。

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6,人體感官


單純從穿透性角度來看,LED路燈應該選擇色溫低的紅光,然而路燈的照明帶給人的感官也是一個不可忽視的重要因素。人體感官主要包括心理學和生理學兩方麵。


從心理學方麵來看,人眼在不同的照度條件下,對於不同色溫的感官不同。在室內環境中,特定的照度條件下,過高的色溫會給人以憂鬱的感受,顯得冷清、陰晦;而過低的色溫也會給人以悶熱的感覺,顯得昏暗、壓抑。在戶外環境下,人眼對於色溫的感受還需要做一些修正,舒適區會有小幅度的向高色溫區域延展。

 

近幾年,LED技術仍在高速發展,芯片的光效不斷提高,節能率也有了保證。光效和色溫的矛盾不再是應用過程中的主要矛盾,色溫與環境條件是否協調才是關注的重點。


綜合技術條件、氣候條件、當下的環境條件以及人眼的感官,我們提出,LED路燈的色溫應該選擇2800~4200K範圍內。這樣的色溫既不會對光效產生大的影響,也保證了對霧和霾的穿透性,並且適應我國人民的視覺感官。

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