LED路燈在雨、霧、雪環境下的應用
1、概述
近幾年，由于LED照明產品節能、壽命長等優點，在室內照明已經廣泛取代白熾燈和日光燈；在室外，一些高品質的LED路燈已經完全勝任道路照明，而且還表現出一些特有的優勢，比如高顯色指數、壽命長等，但是LED路燈在雨、雪、霧天氣下的穿透性還存在不足，是影響LED照明在戶外應用的主要因素。
2、道路照明對穿透性的要求
道路上的照明燈具主要分為汽車燈、路燈，目前汽車燈、路燈主要以黃光為主。信號燈作為指示燈對道路上行人和行車起到指引、指示和警示作用。
2.1車燈方面
大霧（雨、雪）是車輛行駛的一大障礙。車輛在遇到大霧（雨、雪）時，常常會打開前后霧燈，讓一簇燦爛的黃色燈光開路，既照亮了前方的道路，又標明了自己的位置，使迎面而來的車輛行人能夠透過濃濃的霧幕，迅速避讓，防止碰撞事故發生。汽車霧燈照射出來的光是黃色光，這是經過科學家精心研究以后作出的最佳選擇。
28歲的紹興車主陳先生為了使愛車大燈更亮，他花錢將遠光、近光、霧燈全部改成了6000K的高色溫氙氣大燈?！罢媸橇翗O了!”陳先生說，改成氙氣燈后，天氣好的時候，只要打開燈光，“能晃得眼睛看不見”，他感到很滿意?？刹痪煤笏{車外出游玩時，突遭大霧襲擊。他順手打開氙氣燈，可出乎意料的是“眼前完全白茫茫一片，什么都看不見”。由于能見度不到五米，氙燈又毫無用處，他只能憑感覺一點點移動?？蓭追昼姾?，突然聽到后面的車急按喇叭，他停車一看，“天啊，車頭離路邊懸崖只有二十公分了!”
專家建議：高色溫氙燈令光線穿透力下降霧天切勿亂改燈
陳先生回紹興后，馬上將近光燈與霧燈又改成了普通燈。由于花錢不討好，他很是郁悶：“氙燈那么亮，怎么會在霧天就失效呢?”
對此，紹興汽車改裝專家張師傅解釋，車主將普通車燈改用色溫過高的氙燈后，燈光的穿透能力會下降，一旦碰到雨霧天，燈光幾乎失去作用。張師傅說，氙燈因具備亮度高、能省電、還耐用等優點，受到不少車主的青睞。在他的店中，最近幾乎每天都有顧客開車前來改裝氙燈。但有些車主為了炫酷，會選擇6000K、8000K、12000K的高色溫氙燈。因為這些氙燈不僅亮度強，而且光線中還帶有藍色、紫色等彩色，看上去絢麗奪目。但這樣卻降低了燈光的穿透力。
2.2道路照明方面
以前主要應用低壓鈉燈和高壓鈉燈。低壓鈉燈的工作蒸氣壓不超過幾個帕。低壓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，它們非常接近人眼視覺曲線的最高值（555納米），低壓鈉燈輻射單色黃光，其輻射光譜純正、穩定、無雜散光，該波長光線透霧性強，所以低壓鈉燈，也適宜于多霧區域的照明；針對低壓鈉燈單色性太強，顯色性很差，放電管過長等缺點而研制的高壓鈉燈，高壓鈉燈相對低壓鈉燈，具有顯色指數高、壽命長的特點，同時也也具有較高的穿透性，色溫主要在2200-2500K之間。鈉燈應用在道路照明的最大優點就是對雨、雪、霧的穿透能力。
深圳路燈管理處吳春?！禠ED路燈色溫的思考與選擇》中明確提出，從屬性角度研究色溫，即生理性和心理性。毫無疑問，色溫兼具生理和心理兩種屬性。例如，光的透霧性影響駕駛者的辨識能力和反應速度，屬于生理性；同時，透霧能力差使駕駛者感覺朦朧，精神高度緊張，屬于心理性。他提起的案例：1999年，某國際品牌在國內推廣金鹵燈，深圳很多主干道，包括深南大道，都換成白光的金鹵燈（6000-6500K）。初時效果尚算不錯，但好景不長，2000年后開始有市民投訴，2001、2002年投訴達到高峰，反映白光昏暗，感覺不好。自此之后，深圳的主干道逐漸換回黃光的高壓鈉燈。
2.3交通信號燈
黃色光不僅用在汽車霧燈上，城市道路的十字路口交通信號燈，到了深更半夜，行人車輛稀少，交通燈上只有一盞黃燈一閃一閃地發出間斷光芒，使深夜行駛的車輛駕駛員在很遠的地方就能發現，以便及時降低車速，安全駛過十字路口。
3、國家標準對色溫的要求
據相關專家介紹，一方面原因是人體對冷色光源的視覺舒適度較差，不宜采用冷色光源；另一方面，色溫較高的光源偏白，容易使駕駛者在視覺上產生霧蒙蒙的感覺。
《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）于2007年實施，此標準和以前的標準對光源的要求主要是鈉燈，由于鈉燈的色溫具有局限性，只有2500K以下，所以以前所有的標準中均沒有特別說明色溫。
《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2015）于2016年6月1日實施，CJJ45-2015版的標準對光源選擇做了新規定：增加了發光二極管燈（LED燈），由于LED色溫較寬，可以從2300K-6500K，甚至更高，所以CJJ45-2015版的標準對LED路燈的色溫做了要求，即LED路燈的相關色溫不宜高于5000K，并宜優先選擇中或者低色溫。
廣西壯族自治區住建廳出臺了《城市照明與建設管理工作方案（2015-2016年）》，明確色溫由低到高分為暖色、正白和冷色。根據不同的地域環境和不同等級的道路，應采用相應色溫的燈具。如在快速路、主干路、次干路、山區多霧的地區應選用色溫比較低的燈具。同批次的光源色溫應一致，市政道路不推薦使用冷色光源。
4、光的穿透性能與哪些因素有關
光在照明中的應用中，穿透性不是嚴格意義上的穿透,而是繞過塵埃顆粒，被人看到。光的波長越長，越不容易被散射（也就是波長越大的光衍射能力越強），故穿透能力最強。但實際中由于水霧灰塵等因素的影響，紅色光線的實際穿透能力就變弱了，而且紅光的光效很低，不能滿足照明的要求。
國際照明委員會（CIE）在1931年定義的人眼對波長的敏感曲線，在波長555nm的綠光最敏感，也就是說一瓦(1W)的555nm的綠光，人眼對他的相對亮度是683流明。由此可以知道,光能量最大的效率是683lm/W。
人眼對波長的效率表
綠色光早就被作為“安全”和“可以通過”等的標志光；但是由于綠色光波長小，容易被散射，同時為單色光，不適合戶外路燈照明。
因此從波長和人眼對波長敏感因素，黃光最適合戶外照明。
5、LED路燈穿透性的研究
常規白光LED的頻譜中，短波長占據很大部分，在雪花、雨滴和霧滴中傳播時短波長的光會被散射，造成眼前白茫茫的一片，照明效果不佳。
對于可見光在霧的環境中傳播，BobsyAriefKURNIAWAN測量了在不同霧濃度和霧滴大小條件下，人眼對LED亮度的響應。他采用了紅黃藍綠四種顏色光，以及他們每兩種顏色之間的顏色，構成了十二種顏色光進行實驗，并得出了紅黃光和紅藍光穿過霧時亮度最高。同時，藍光在濃霧中的可見性最差。而在下雨和下雪的環境中，研究大多集中在對黃光和白光的選擇上。人們通常認為黃光比白光好，因為在相同亮度下黃光帶來的眩光沒有白光嚴重。這個常識性的認識被JohnD.Bullough’s的研究證實了。他得出了在相同光強下，黃光比白光受到反向散射的影響小，因而眩光小的結論。
不同色溫的LED的光譜圖
（1）6000K色溫的LED的光譜圖
此圖為產品色溫段6000K左右的光譜圖，圖中光譜能量最多的為460nm左右的藍光波段，再下來就是550~580nm段的綠色及黃色波段能量較多。
（2）3000K色溫的LED的光譜圖
接下來就是3000K色溫的LED產品的光譜組成其中以570nm~630nm段的光譜能量最多，藍色段的能量幾乎沒有了。但是由于存在大量紅光，所以整體效率偏低。也就是3000K色溫的路燈光效低，替換鈉燈時節電比較低。
6、如何實現LED路燈的低色溫、高光效
在LED行業中，基本是色溫越高，光效越高；色溫越低，光效越低。所以目前LED路燈基本實現模組化，主要組成：LED模組、LED驅動電源、燈殼，要實現LED路燈的低色溫、高光效，主要取決LED模組。熒光粉主要影響色溫，LED芯片、熒光粉、二次配光透鏡主要影響光效。
實現低色溫的辦法：是在封裝時調整LED紅粉、綠粉和黃粉的比例，以便封裝出不同色溫的LED燈珠；
實現高光效的主要辦法：一是采用高光效的LED芯片；二是采用高轉換效率的LED熒光粉；三是采用高出光率的LED二次配光透鏡；四是選擇高導熱的鋁基板。
通過以上辦法，可以實現LED路燈的“低色溫、高光效”，在行業內的實際應用中，LED路燈的色溫在逐年降低，LED路燈的整燈光效在逐年增加。
圖一：2016年前LED路燈實際應用中的色溫變化
圖二：2016年前LED路燈實際應用中的整燈光效變化
7、結論
道路照明的功能性需求之一就是希望提高雨、霧、雪天氣的穿透能力，以便增強的對行車、行人的引導性，提高雨、雪、霧天氣的行車安全。LED路燈作為新一代照明產品，除了節能、壽命長、顯色性好等優點外，從技術角度，完全可以實現低色溫，色溫可以控制在高壓鈉燈和白熾燈之間的色溫，從而使LED產品在戶外照明中的優勢越來越突出。