路燈中光的分析以及道路照明設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)

1、路燈中光的分析以及道路照明設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)1 問(wèn)題的提出如何將路燈光源的光通量合理地分布在道路上是路燈設(shè)計(jì)的重要課題，也是得到一個(gè)好的道路照明設(shè)計(jì)的重要源頭。這里要明確幾個(gè)重要的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)：(l)機(jī)動(dòng)車道路上評(píng)價(jià)用的指標(biāo)應(yīng)該是亮度，而不是(水平)照度;(2)道路上對(duì)照度的感知是不同于亮度的，機(jī)動(dòng)車道上的駕駛員是感知路面上的亮度;(3)在節(jié)能的前提下，若做到路面上等照度，往往在路面上會(huì)有明暗間隔的條紋光斑，即等照度不等于等亮度。那么，如何看待路燈配光中光線的作用，其中涉及以下幾個(gè)方面：(1) 路燈光線在形成路面上照度或亮度時(shí)的性狀和不同的計(jì)算方法：(2) 如何分析路燈配光中不同方向的光線在產(chǎn)生路面照

2、度/亮度中的作用：(3) 如何使路燈配光中光通亮的分配更合理以及用較少的光通量得到較高的亮度等。2 單位光強(qiáng)在路面上產(chǎn)出的照度和亮度(l)單位光強(qiáng)光分布的意義單位光強(qiáng)產(chǎn)生的效果除了在照明設(shè)計(jì)和計(jì)算中有圖1單位光強(qiáng)的路燈配光很大的作用外，在光度測(cè)量和照明研究中也有不少作用。單位光強(qiáng)是指一個(gè)發(fā)光體具有各向同性發(fā)出lcd的光強(qiáng)(見(jiàn)圖1)。(2)單位光強(qiáng)產(chǎn)生照度的計(jì)算和表示單位光強(qiáng)在路面上的照度就是照度的余弦定律得到的：e=i·cos3/h2 ( 1)符號(hào)含義見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，當(dāng)角增大時(shí)，e迅速減小，如在=60°處，照度下降到約為=0°處的1/8。(3) 單位光強(qiáng)產(chǎn)

3、生亮度的計(jì)算和表示路面上的亮度l由道路亮度計(jì)算公式得到：l=qe=qi·cos3/h2=(q·cos3y)i/h2=r·i/h   (2)r導(dǎo)出亮度系數(shù)，與路面材料有關(guān)。目前國(guó)內(nèi)推薦圖3路面上p點(diǎn)r系數(shù)計(jì)算范圍c1(水泥路面)和c2(柏油路面)兩種，它們的數(shù)值見(jiàn)cjj45-2006城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。路面上包含的立體角的范圍見(jiàn)圖3。c1路面的平均亮度產(chǎn)生系數(shù)q=0.1。即這類路面llx的照度產(chǎn)生o.lcd/m2的亮度。c2路面的平均亮度產(chǎn)生系數(shù)q=0.07。這類路面上產(chǎn)生的亮度較低(因?yàn)榉瓷湎禂?shù)小)。亮度產(chǎn)生系數(shù)q的分布見(jiàn)圖4。3 產(chǎn)生等照度

4、分布的分析(l)單位光強(qiáng)產(chǎn)生的照度分布利用式(1)得到路面上照度分布的曲線(如圖5上的虛線)。從圖5看出，照度分布具有對(duì)稱性，而且照度下降迅速，在s/h不到l的下降位置上，照度不到峰值的1/2。顯然用這樣的配光難以在路面上產(chǎn)生均勻的照度。2)具有等光強(qiáng)分布的燈具要獲得等照度分布的要求如果利用這樣的配光得到等照度分布燈具安裝距高比是0.765(見(jiàn)圖6)，但實(shí)際上是不可行的。需要將曲線改成圖7的扁平形式(從紅色虛線改為實(shí)線)。修改后的配光曲線的形狀如圖7中右上圖的蝙蝠翼形，蝙蝠翼形的形狀由需要的s/h數(shù)值和設(shè)計(jì)允許的照度均勻度決定。從圖7可見(jiàn)，將照度曲線展寬，兩燈就能迭加得到有適用s/h的配光(見(jiàn)

5、圖8)。另一個(gè)特點(diǎn)就是即使配光展寬，兩燈間的照度也僅由兩燈決定，遠(yuǎn)方的燈具幾乎不產(chǎn)生作用。4 產(chǎn)生等亮度分布的分析從單位光強(qiáng)產(chǎn)生照度得到亮度分布的形狀見(jiàn)圖9。它的形狀與特征與照度曲線有很大的不同，并有下列特性：(1) 曲線有明顯的不對(duì)稱性，就是在=180°和=0°的平面內(nèi)的曲線差異極大;(2)曲線的不對(duì)稱性，有利于兩燈具之間亮度的銜接和迭加;(3)在=0°的平面內(nèi)曲線下降很緩慢，到s/h=12時(shí)，導(dǎo)出亮度系數(shù)r是s/h=0時(shí)的1/8，而在單位光強(qiáng)產(chǎn)生照度的曲線上，得到s/h=0時(shí)照度的1/8的點(diǎn)，s/h約1.75;(4)兩個(gè)路燈間的亮度，不會(huì)僅有相鄰兩燈的貢獻(xiàn)，遠(yuǎn)

6、處的路燈同樣會(huì)有貢獻(xiàn)，而且一直計(jì)算到s/h=12為止;(5)從圖9上看出，即使在s/h=3.0的條件下，兩燈之間的迭加也足夠均勻;(6) 單位光強(qiáng)分布曲線在=180°和=0°的平面上可以得到等亮度的分布。5 光的方向性對(duì)路面照度和路面亮度的影響上面的分析說(shuō)明，相同的配光有迥異的結(jié)果(如圖10所示)，相同光通在一個(gè)面上的表現(xiàn)是不同的。有的光通容易得到照度，亮度較低，有的光通容易得到亮度，亮度較高。道路照明的指標(biāo)決定了路燈發(fā)出的光通量中有容易產(chǎn)生照度的光通和容易產(chǎn)生亮度的光通的區(qū)別。加以分析就能了解整個(gè)層面上的表現(xiàn)，并得到合理的配置和結(jié)果。將單位光強(qiáng)產(chǎn)生的絕對(duì)照度和絕對(duì)亮度的數(shù)

7、值做成曲線后看路燈內(nèi)光線的分配(見(jiàn)圖11)。圖11中的橫坐標(biāo)上還標(biāo)出了角正切數(shù)值時(shí)的光線方向的圖示，說(shuō)明在大的角上對(duì)亮度還有很大的貢獻(xiàn)。由此得到兩個(gè)重要內(nèi)容：(1) 改變路燈的配光曲線，增加路燈中產(chǎn)生亮度作用的光通量是提高道路照明效率的有效途徑，換言之，在=0°附近的配光不要過(guò)分集中，應(yīng)選擇一種擴(kuò)散的配光較好;(2)如何利用大的角上的光通量同時(shí)又不危及燈具截光和半截光的分類也不對(duì)眩光產(chǎn)生過(guò)分的影響是要研究的另一個(gè)課題。6 評(píng)價(jià)照明設(shè)計(jì)質(zhì)量的一種方法從相同的照度產(chǎn)生不同的亮度結(jié)果就有可能得到的各個(gè)照明設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)價(jià)指數(shù)q，q=q/qo=l/e/qo (3)式(3)中：qo是標(biāo)準(zhǔn)路面的平

8、均亮度產(chǎn)生系數(shù)，如c1路面qo=o.10，c2路面qo=0.07.l和e分別是計(jì)算道路上的平均亮度和平均照度，其比值稱計(jì)算道路照明設(shè)計(jì)的質(zhì)量系數(shù)。舉例說(shuō)明：對(duì)圖12上不同的道路布置，選擇的5種路燈的形式lm1lm5，燈具的光電數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。其中l(wèi)m13是led路燈，lm45是hps或cdm的路燈，它們的兩個(gè)主截面上的配光見(jiàn)圖13。然后針對(duì)不同等級(jí)的路面(m3.m4，m5)進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，其計(jì)算數(shù)據(jù)見(jiàn)表2表4。注：lm13是led光源，lm45是hps/cdm光源為了使表2和表3中的數(shù)據(jù)便于同歐洲規(guī)定的機(jī)動(dòng)車道路的六級(jí)分類(m1-m6)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，表4列出了該分類的詳細(xì)數(shù)據(jù)。 表1-4的計(jì)算數(shù)據(jù)看出：路燈要有比較寬的配光，imax60°以上，才的道路照明質(zhì)量系數(shù)l/e;(2) 計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，好的路燈做出的照明設(shè)計(jì)中的道路照明質(zhì)量指數(shù)q>l，即l/e>qo，即照明質(zhì)量系數(shù)(l/e)大于該類路面的平均亮度產(chǎn)生系數(shù)qo;(3) 對(duì)節(jié)能的路燈，在符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，目前設(shè)計(jì)和制造好的傳統(tǒng)光源的路燈的s/h可做到1：41：5，照明指標(biāo)全部符合歐洲標(biāo)準(zhǔn);(4) 計(jì)算led路燈的配光尚有問(wèn)題，因此計(jì)算數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)光源的路燈差。7 結(jié)束語(yǔ)提高路