LED路灯灯杆高度和间距设计方法
摘要：路面平均照度是城市机动车交通道路和人行道路照明的评价指标之一，也是路灯配置的一项重要参考指标。一条城市道路要配置或更换为LED路灯，技术上首先就要涉及到照明的相关指标的计算。用“利用系数”法计算则是比较简单有效的方法之一。
“利用系数”法计算的公式，绝对照搬传统照明理论研究的结论。我们要做的只是要将LED路灯的一些实验或理论数据输入公式，得到结果并与道路照明设计标准的要求对照而已。不言而喻，这些计算也是LED路灯的设计、开发、改进、提高以及市场营销的必需。
一、概念
利用系数(U)是直接照在路面上的光通量与全部光源发出的光通量的比值,与路灯灯具的高度、仰角、布置方式、路面宽度等有关。
光通量(Φ)是光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和。表示单位时间辐射光能量的多少，单位为流明lm。其它表示方法：cd.sr(cd是发光强度的单位：坎德拉。Sr是立体角球面度的单位。
照度(E)是光通量与被照射面积之间的比例系数，单位为勒克司lx。1lx即指1lm的光通量平均分布在面积1平方米的能量，即lm/m2。
路面平均照度(Eav)是按照有关规定在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点照度的平均值。
维护系数(k)是照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。
灯具的安装高度(H)是灯具的光中心至路面的垂直距离。
灯具的安装间距(S)是沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离。
悬挑长度(XL)是灯具的光中心至邻近一侧缘石的水平距离，即灯具伸出或缩进缘石的水平距离。
路面有效宽度(Weff)是用于道路照明设计的路面理论宽度，它与道路的实际宽度、灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关。
部分相关概念见下图：
二、计算公式
根据照度的定义式，E=Φ/A
(1)式中，A—被照射面积，m2
路面平均照度，Eav=F/(W*S)
(2)式中，F—路灯光源的额定光通量，lm;
W—路面宽度，m。
S—安装间距，m;
因为路灯安装的高度、仰角、布置方式、路面宽度等不同，其光源额定的光通量的利用程度也不同，所以路灯光源的额定光通量必须要考虑“利用系数”(U);这是其一;
其二，因为要维持路面的平均照度，要考虑灯具本身的光衰、灯具的防护等级和擦拭周期，所以路灯光源的额定光通量必须要考虑维护系数(k);
其三，因为路灯的排列方式如单排。双排对称，双排交错等，其对平均照度也有影响，也必须考虑排列系数(N)。
所以公式(2)在考虑以上因素后，为：
Eav=F*U*k*N/(W*S)
(3)
这就是“利用系数”法计算平均照度的公式。
实际工程计算中，一般路面的平均照度标准是有要求的，也就是说Eav是已知的。而较多是要计算满足需要路灯的额定光通量F。将公式(3)公式变形后为：
F = Eav*W*S/(U*k*N)
(4)注意，公式中W应是路面的有效宽度，路面有效宽度的计算见表3。
6、路面平均照度要求
CJJ45规定的机动车交通道路照明标准值（维持值）见表5：
表5机动车交通道路照明标准值（维持值）
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道路类型
|
主干道
|
次干道
|
支路
|
|
路面平均照度维持值lx
|
20/30
|
10/15
|
8/10
|
注：“/”左侧为低档值，右侧为高档值，详见CJJ45的规定。
其它类型如交会区照明标准值、人行道路照明标准值均见CJJ45。
四、计算实例
已知LED路灯配置在主干道，选低档值Eav=20 lx，路面实际宽度Ws为15m，LED路灯防护等级为IP54，路灯间距S为30m，路灯安装高度约12m,悬挑长度为1.5m,灯仰角15°，双侧对称排列。
由表2确定k=0.65；
由表3计算Weff = Ws-2*XL=15-2*1.5=12m；
由表4核查H=12m≥0.5 Weff=6m；S=30m≤3H=36m符合规定；
由前述知，道路灯双侧对称排列时N=2；
查表1，因W/H=12/12=1对应的15°仰角总“利用系数”为0.72；
带入公式（4）
F = Eav*Weff*S／(U*k*N)
=（20*12*30）/(0.72*0.65*2)=7692
（lm）
选择一款大于等于7692流明的LED路灯产品就可以满足照度要求。
将这些资料和数据在办公软件EXCIE中组合，根据实际情况选择并输入各项系数便可以自动计算出结果。
显然，已知某LED路灯的流明数，也可根据条件或设定条件来计算其平均照度，再与CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》的要求对照，从而进行有的放矢的配置选型。
三、相关数据
1、“利用系数”U
LED路灯的“利用系数”见下表1：
表1 LED路灯照明“利用系数”U
|
灯具仰角
|
0°
|
5°
|
10°
|
15°
|
||||||||
|
W/H
|
屋边
|
路边
|
总系数
|
屋边
|
路边
|
总系数
|
屋边
|
路边
|
总系数
|
屋边
|
路边
|
总系数
|
|
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-道路宽度，H-灯具安装高度，称横向距离比。
注2：当有悬挑长度时，总 “利用系数”为“路边利用系数”加“屋边利用系数”。（见《照明工程学报》1994年9月第5卷第3期51页）。
注3：数据来源：徐连城文《基于市场需求的LED路灯设计和营销策略思考》图。
2、维护系数k
CJJ45规定的维护系数k见表2：
表2 维护系数k
|
防护等级
|
维护系数
|
|
＞IP54
|
0.7
|
|
≤IP54
|
0.65
|
注1：维护系数=光源的光衰系数*灯具污染的光衰系数。
注2：根据我国常用道路照明光源和灯具品质及环境状况，以每年对灯具擦拭一次为前提的数据。
3、路灯排列系数
路灯排列一般有单侧、双侧交错、双侧对称和路中央4种排列方式。对称排列时N=2，其它排列时，N=1。
4、路面宽度及有效宽度
CJJ45规定的路面有效宽度的计算见表3：
|
表3 路面有效宽度的计算
|
||||
|
有效宽度
|
单侧排列
|
双侧排列
|
中间排列
|
悬挑长度XL
|
|
Weff
|
=Ws-XL
|
=Ws-2XL
|
=Ws
|
≤0.25H
|
注1：Ws—路面实际宽度，m；XL—悬挑长度，m。
5、路灯间距
CJJ45规定的路灯间距S、安装高度H及路面有效宽度W的关系见表4：
表4
路灯间距、安装高度与路面宽度的关系
|
配光类型
|
截光型
|
半截光型
|
||
|
排列方式
|
安装高度H（m）
|
间距S（m）
|
安装高度H（m）
|
间距S（m）
|
|
单侧
|
H≥Weff
|
S≤3H
|
H≥1.2 Weff
|
S≤3.5H
|
|
双侧交错
|
H≥0.7 Weff
|
S≤3H
|
H≥0.8 Weff
|
S≤3.5H
|
|
双侧对称
|
H≥0.5 Weff
|
S≤3H
|
H≥0.6 Weff
|
S≤3.5H
|
注：Weff——有效宽度，m；曲线路段：半径在1000m以下，间距S按直线的50%-70%。
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