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大功率led照明知識講座 牛慧平2010 8 目錄 照明基礎(chǔ)知識 照明產(chǎn)品的發(fā)展演變 led照明產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及前景 led照明產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 4 1 2 3 led照明產(chǎn)品應(yīng)用的重點(diǎn)及潛力分析 5 led照明應(yīng)用案例分析 6 第一部分 照明基礎(chǔ)知識 照明基礎(chǔ)知識 1 光通量 單位 流明lm光源發(fā)射并被人的眼睛接受能量的總和即為光通量 照明基礎(chǔ)知識 2 光強(qiáng)i單位 坎德拉cd光的強(qiáng)度 可見光在某一特定方向角內(nèi)所放射的強(qiáng)度 照明基礎(chǔ)知識 3 照度e單位 勒克斯lux照度是光通量與被照面積之間的比例系數(shù) 1lux即指1lm的光通量平均分布在面積1 的平面上的明亮度 照明基礎(chǔ)知識 4 色溫k單位 開爾文 k 當(dāng)光源所發(fā)出的光的顏色與 黑體 在某一溫度下輻射的顏色相同時(shí) 黑體 的溫度就稱為該光源的色溫 黑體 的溫度越高 光譜中藍(lán)色的成分則越多 而紅色的成分則越少 例如 白熾燈的光色是暖色 其色溫為2700k 而日光色熒光燈的色溫是6000k 色溫以絕對溫度k來表示 色溫值越高 表示冷感越強(qiáng) 色溫越低暖感越強(qiáng) 越柔和 通常大部分光源設(shè)計(jì)集中在2700k 4300k及5800k 6700k兩個(gè)色溫位置 照明基礎(chǔ)知識 5 光色光色實(shí)際上就是色溫 大致分為三大類 暖色5300k 由于光線中光譜組成有差別 因此即使光色相同 光的顯色性也可能不同 照明基礎(chǔ)知識 6 顯色性光源對于物體顏色呈現(xiàn)的程度稱為顯色性 通常叫做 顯色指數(shù) ra 照明基礎(chǔ)知識 7 燈具效率燈具效率 也叫光輸出系數(shù) 是衡量燈具利用能量效率的重要標(biāo)準(zhǔn) 它是燈具輸出的光通量與燈具內(nèi)光源輸出的光通量之間的比例 照明基礎(chǔ)知識 8 光源效率 lm w 也就是每一瓦電力所發(fā)出的光量 其數(shù)值越高表示光源的效率愈高 所以對于使用時(shí)間較長的場所 如辦公室走廊 走道 隧道等 效率通常是一個(gè)重要的考慮因素 照明基礎(chǔ)知識 9 亮度光源在某一方向上的單位投影面在單位立體角中反射光的數(shù)量 稱為光源在某一方向的光亮度 符號為l l di ds單位為cd 坎德拉每平方米 照明基礎(chǔ)知識 10 眩光視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對比 則可以造成視覺不舒適稱為眩光 眩光可以分為視能眩光和不舒適眩光 眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素 照明基礎(chǔ)知識 11 功率因數(shù)電路中有用功率與實(shí)際功率之間的比值 功率因數(shù)低 則電流中的諧波含量越高 對電網(wǎng)產(chǎn)生污染 破壞電網(wǎng)的平衡度 無功損耗增加 照明基礎(chǔ)知識 12 平均壽命也就是額定壽命 是指點(diǎn)亮批量燈完好率為50 的小時(shí)數(shù) 照明基礎(chǔ)知識 13 光束角射燈發(fā)射光的空間分布 以中心最強(qiáng) 向四周逐漸減弱到中心光強(qiáng)50 強(qiáng)度的圓錐角為光束角 第二部分 照明產(chǎn)品的發(fā)展演變 照明產(chǎn)品的發(fā)展演變 火開始了人類照明領(lǐng)域的第一次革命 1879年愛迪生發(fā)明白熾燈 電力照明的時(shí)代從此降臨 被公認(rèn)為第二次照明領(lǐng)域的革命 在白熾燈統(tǒng)治世界照明界100年以后 1970年飛利浦發(fā)明節(jié)能燈 被稱為是人類照明領(lǐng)域的第三次革命 日光燈的使用 滿足了人類絕大多數(shù)場合的需求 日光燈雖然有許多的優(yōu)點(diǎn) 但最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是日光燈管非常消耗電力 絕大多數(shù)的電能都消耗在熱能上 此外 燈管中的汞存在污染環(huán)境的問題 因此 尋求新的照明光源一直是科學(xué)家和企業(yè)界的任務(wù) 1996年 日本日亞化學(xué)公司在gan藍(lán)光發(fā)光二極管的基礎(chǔ)上 開發(fā)出以藍(lán)光led激發(fā)熒光粉而產(chǎn)生黃色熒光 所產(chǎn)生的黃色熒光進(jìn)而與藍(lán)光混合產(chǎn)生白光 藍(lán)光led配合熒光粉 開啟了led邁入照明市場的序幕 無疑將引領(lǐng)人類照明領(lǐng)域的第四次革命 照明產(chǎn)品的發(fā)展演變 照明產(chǎn)品按照發(fā)光原理分類分為 鹵鎢燈 白熾燈 鹵素?zé)?氣體放電燈 熒光燈 高壓鈉燈 低壓鈉燈 金鹵燈 汞燈 等離子放電燈 無極燈 半導(dǎo)體照明燈 led燈 照明產(chǎn)品的發(fā)展演變 幾種常規(guī)燈具性能對比 第三部分 led照明產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及前景 led照明產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及前景 隨著led光效的不斷提高 性能的不斷穩(wěn)定 配套產(chǎn)業(yè)的完善 led應(yīng)用已逐漸進(jìn)入照明領(lǐng)域 led照明產(chǎn)品也不斷豐富 逐漸開始替代傳統(tǒng)燈具 特別是 國家半導(dǎo)體照明工程 的正式啟動 標(biāo)志著中國高亮度led產(chǎn)業(yè)進(jìn)入加速發(fā)展的新階段 為led產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好的契機(jī) 同時(shí) 國家出臺的相關(guān)政策以及2008年的北京奧運(yùn)會 2009年的十城萬盞 2010年的廣州亞運(yùn)會都為led照明產(chǎn)品的應(yīng)用起到了不斷的推動作用 led照明產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及前景 雖然led產(chǎn)業(yè)政策不斷推動 但市場仍舊保守 國內(nèi)市場 特別是路燈市場 并不如預(yù)期那樣大規(guī)模釋放出來 其原因?yàn)?缺乏標(biāo)準(zhǔn) 難以準(zhǔn)確驗(yàn)收換裝規(guī)模過大 沒有完善的財(cái)政預(yù)算 無法快速支撐替換工程led照明產(chǎn)品尚未被廣大用戶了解和信賴與傳統(tǒng)照明市場抵觸 產(chǎn)品缺點(diǎn)被刻意放大 第四部分 led照明產(chǎn)品的基本技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 評價(jià)一款led燈具 主要從以下幾方面著手 基本技術(shù)特點(diǎn) 光 電 熱 結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 包括光通量 光效 光色 光衰 顯色指數(shù) 眩光 配光 色偏移 光 1 光效 光源光效和燈具光效a 光源光效 led的光效 led光通量 led功率 常規(guī) 100lm w cree 132lm wb 燈具光效 整燈的光效 燈具光通量 燈具總功率 路燈 70lm w 筒燈65lm w 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 2 光通量 lm光通量 面積 照度 根據(jù)國家相關(guān)照明標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場實(shí)際情況選擇燈具數(shù)量及燈具光通量 主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范山西省led照明燈具標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 4 眩光 一般要求眩光小于10 5 光衰 6000h 7 主要決定因素 芯片 封裝 散熱 電流 3 光色 暖色5300k暖色給人溫馨的感覺 一般應(yīng)用于臥室 酒店 輔助燈光 壁燈 墻燈 射燈 冷色給人清晰的感覺 一般用于辦公照明 作業(yè)照明等 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 5 配光 配光曲線 路燈配光曲線 射燈配光曲線 泛光燈配光曲線 工礦燈配光曲線等 路燈配光曲線 投光燈配光曲線 射燈配光曲線 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 包括電源壽命 電源效率 電磁輻射 諧波 恒流精度 過流 過載 過壓 浪涌保護(hù) 電 1 電源壽命 一般6000 10000小時(shí) 高品質(zhì)20000 30000小時(shí) 電解電容 紅寶石黑金剛 2 電源效率 光源功率 光源功率 電源功率 80 92 3 電磁兼容 諧波符合國家標(biāo)準(zhǔn) 4 過流 過載 過壓 浪涌保護(hù) 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 包括散熱面積 散熱材料 散熱方式 界面熱阻材料的選擇等 熱 1 散熱面積 暴露在空氣中的有效散熱表面積要足夠 主要表現(xiàn) 外殼溫度 60 以下 2 散熱材料 金剛石 銀 銅 鋁 選擇鋁 價(jià)格便宜 比重輕 易加工等特點(diǎn) 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 4 界面熱阻材料 導(dǎo)熱硅脂 導(dǎo)熱硅膠片 石墨片 a 導(dǎo)熱硅脂 優(yōu)點(diǎn) 價(jià)格便宜 使用簡單 缺點(diǎn) 導(dǎo)熱率低 容易失效 涂敷過程中厚度不好控制 b 導(dǎo)熱硅膠片 優(yōu)點(diǎn) 價(jià)格便宜 使用簡單 缺點(diǎn) 導(dǎo)熱率低 引起鋁基板變形c 石墨片 優(yōu)點(diǎn) 使用簡單 導(dǎo)熱率高 缺點(diǎn) 價(jià)格高 加工困難 3 散熱方式 a 熱管散熱 優(yōu)點(diǎn) 導(dǎo)熱效率高 缺點(diǎn) 價(jià)格貴 介質(zhì)不穩(wěn)定 介質(zhì)壽命短 只是中間環(huán)節(jié) 還需足夠的散熱面積支撐 b 強(qiáng)制散熱 一般是加風(fēng)扇 優(yōu)點(diǎn) 能加快散熱速度 減小散熱面積 缺點(diǎn) 風(fēng)扇壽命短 容易堆積灰塵使風(fēng)扇效率降低甚至不工作 c 自然散熱 完全靠空氣對流散熱 優(yōu)點(diǎn) 無其他任何附件 穩(wěn)定性高 缺點(diǎn) 散熱器重量大 產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)及節(jié)能優(yōu)勢 包括散熱結(jié)構(gòu) 外型結(jié)構(gòu) 密封結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 1 散熱結(jié)構(gòu) a 空氣對流 散熱片密度 方向 曲率等 b 防止灰塵 淤泥及樹葉覆蓋影響散熱 放水槽 表面盡量平滑 2 外型結(jié)構(gòu) 美觀大方 適用性強(qiáng) 3 密封結(jié)構(gòu) 有利于密封 4 裝配結(jié)構(gòu) 有利于裝配 第五部分 led照明產(chǎn)品應(yīng)用的重點(diǎn) led照明產(chǎn)品應(yīng)用重點(diǎn) 室外照明 led路燈 led投光燈 高桿燈 led隧道燈 led照明產(chǎn)品應(yīng)用重點(diǎn) 室內(nèi)照明 led筒燈 led球泡燈 led射燈 led燈盤 led軌道燈 led日光燈 led照明產(chǎn)品應(yīng)用重點(diǎn) led顯示屏 led護(hù)欄管 其他應(yīng)用 第六部分 案例分析 筒燈案例分析 商場作為公共建筑設(shè)施 建筑面積和客流量大 各種照明設(shè)備及電器安裝密度高 單位建筑面積耗能量大 我國一般大型公共建筑的單位建筑面積能耗是普通居住建筑的10倍左右 大型商場的基本特征是每天營業(yè)12小時(shí)以上 全年基本沒有節(jié)假日 節(jié)能改造潛力巨大 簡述 節(jié)能 耐用 方便 防塵防霧 同等亮度下 比日光燈節(jié)能約50 以上 直接替換原有筒燈 不易損壞 安裝及維護(hù)方便 50 000小時(shí)超長使用壽命 是節(jié)能燈的10倍 可頻繁啟動幾百萬次 是節(jié)能燈的幾百倍 封閉式結(jié)構(gòu)可防塵防霧 環(huán)保 無汞污染 健康環(huán)保 筒燈案例分析 某商場筒燈照明改造 1 項(xiàng)目概況 該商場占地近3500平方米 原來使用18w節(jié)能燈筒燈2000支 平均每天照明時(shí)長16小時(shí) 2 使用產(chǎn)品 7wled筒燈 光源光效100lm w 顯色指數(shù)75 壽命50000小時(shí) 應(yīng)用效果 筒燈案例分析 筒燈案例分析 維護(hù)成本 筒燈案例分析 回收期 單燈計(jì)算 每只燈功率相差10w 每年節(jié)約電能10w 16h 365天 1000w h 58 4度 電費(fèi)按1 0元 度計(jì)算 每年節(jié)省電費(fèi)58 4元 每年更換一只節(jié)能燈 費(fèi)用15元 維護(hù)費(fèi)1元 則每年節(jié)省費(fèi)用58 4 15 1 74 4元 回收期 200 74 4 2 69年 注 對于led筒燈替換節(jié)能燈筒燈 如果替換橫裝筒燈則按節(jié)能50 60 替換 如果替換直裝筒燈則按節(jié)能70 80 替換 隧道燈改造案例分析 引言隨著我省高速公路建設(shè)的不斷加快 高速公路等級的不斷提高 在高速公路中隧道的數(shù)量在整個(gè)高速公路中占據(jù)了相當(dāng)大的比例 目前 在我省投入運(yùn)營的隧道約300多座 隧道單洞里程約290多公里 在高速公路后期的運(yùn)營管理中 隧道的通風(fēng)及照明費(fèi)用在后期的運(yùn)營費(fèi)用中所占比例較高 目前隧道的照明費(fèi)用已成為我省高速公路運(yùn)營管理中的一筆沉重的負(fù)擔(dān) 因此 采用節(jié)能 環(huán)保 可靠的隧道照明燈具已經(jīng)是勢在必行 隧道照明中通常采用的燈具有高壓鈉燈 低壓鈉燈 led燈 無極燈 熒光燈 目前我省的高速公路隧道基本上照明燈具都采用高壓鈉燈 目前全國已建和在建公路隧道估計(jì)達(dá)1000km 并以飛快的速度發(fā)展 就目前國內(nèi)而言 公路隧道的飛速發(fā)展與照明技術(shù)研究極不適應(yīng) 耗能大 燈具更換困難 營運(yùn)費(fèi)用的日常開支大 安全系數(shù)低 因此既安全又經(jīng)濟(jì)節(jié)能的照明技術(shù)和節(jié)能方案是我們應(yīng)該研究的重點(diǎn)目標(biāo)和發(fā)展方向 目前我國的照明用電約占社會總用電量的12 在照明市場推廣節(jié)能技術(shù)對于緩解電力供應(yīng)緊張局面 建設(shè)節(jié)約型社會更具有現(xiàn)實(shí)意義 隧道燈改造案例分析 工程概況本文簡紹的是雁門關(guān)隧道燈具節(jié)能改造 目前雁門關(guān)隧道全部使用400高壓鈉燈 耗電量巨大 現(xiàn)將400w高壓鈉燈全部更換為120wled或60wled隧道燈 雁門關(guān)隧道全長5500m 設(shè)計(jì)行車速度70km h 路面寬度10米 燈具采用對稱安裝 安裝高度4 5米 路面結(jié)構(gòu)為混凝土結(jié)構(gòu) 隧道燈改造案例分析 高壓鈉燈與led隧道燈的優(yōu)缺點(diǎn)對比高壓鈉燈 1 高壓納燈發(fā)光強(qiáng)度高 發(fā)光效率高 光效可達(dá)100 130lm w 2 使用壽命較長 目前一般能達(dá)到8000 15000h 3 透霧性能好 多適用與道路 隧道等場所照明 4 技術(shù)成熟 價(jià)格相對便宜 缺點(diǎn) 1 高壓鈉燈發(fā)光顏色為黃色 色溫及顯像指數(shù)較低 2 高壓鈉燈燈泡結(jié)構(gòu)決定了燈具的光源利用率低 約40 70 左右 3 由于鈉燈含汞 鉛等化學(xué)污染物 不利于環(huán)保 4 啟動 再啟動時(shí)間慢 5 高壓鈉燈燈泡較大 不利于配光 隧道燈改造案例分析 led隧道燈顯色性好 更換后可提高隧道照明顯色性 提高司機(jī)對目標(biāo)物的分辨能力 色溫可調(diào) 可選擇3000 6500k色溫 根據(jù)不同地區(qū)的情況選擇合適的色溫 可營造更好的視覺效果 無頻閃 不會造成眼睛疲勞問題 尤其是比較長的隧道 長壽命 30000小時(shí)以上的壽命 是高壓鈉燈的3 10倍 幾乎免維護(hù)配光好 led光源體積小 能夠任意配光 完全滿足隧道照明設(shè)計(jì)要求 消除了高壓鈉燈的眩光問題 光分布專為隧道照明設(shè)計(jì) 除照明道路本身 對周圍環(huán)境沒有光污染 提高了光的利用率 達(dá)到更好的照明效果工作電壓范圍寬 傳統(tǒng)光源如高壓鈉燈工作電壓波動超過 7 壽命及亮度急劇下降 而led隧道燈工作電壓即使波動 20 壽命及亮度依然不變 啟動無延時(shí) 通電即達(dá)正常亮度 無須等待 消除了傳統(tǒng)隧道燈長時(shí)間的啟動過程 無頻閃 純直流工作 消除了傳統(tǒng)隧道燈頻閃引起的視覺疲勞 對電網(wǎng)無污染 功率因數(shù) 0 95 諧波失真 20 emi符合全球指標(biāo) 降低了供電線路的電能損耗和避免了對電網(wǎng)的高頻干擾污染 并可節(jié)約電纜 節(jié)能70 90 led隧道燈改造后 電費(fèi)大大的降低 不會因?yàn)殡娰M(fèi)高的問題而關(guān)閉部分燈具 使隧道照明效果能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求 消除安全隱患 缺點(diǎn) led照明產(chǎn)品價(jià)格較高 實(shí)施改造的一次性投入高 投資回收期較長 隧道燈改造案例分析 隧道燈改造案例分析 入口照明和出口照明段原400w高壓鈉燈使用120wled隧道更換 基本照明段原400w高壓鈉燈使用60wled隧道更換 燈具采用配套專用燈具 原部分舊燈具盡量進(jìn)行改裝并循環(huán)利用 技術(shù)方案 照明現(xiàn)狀及基準(zhǔn)能耗分析 雁門關(guān)隧道 太原至大同方向 單側(cè)長度約5500m 路面寬度10 5m 2車道 燈具兩側(cè)對稱安裝 高度4 5m 以 公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范 及雁門關(guān)隧道 太原至大同方向 的基本情況 按照最底保證值測算現(xiàn)有照明狀況如下 隧道燈改造案例分析 注 1 以上數(shù)據(jù)按照 公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范 及相關(guān)軟件計(jì)算而得 與實(shí)際情況基本相符 隧道燈改造案例分析 從以上數(shù)據(jù)可以看出 雁門太原至大同方向隧道要滿足正常道路照明需求 須安裝952盞400w的高壓鈉燈 含電源功率 實(shí)際每盞400w的鈉燈功率為480w 總功率合計(jì)456 96kw 按每天使用24小時(shí) 每年360天計(jì)算 年耗電量約為394 8萬度 按照平均每度電0 8元計(jì)算 年電費(fèi)支出約為315 8萬元 隧道燈改造案例分析 改造方案 led隧道燈采用雙側(cè)對稱布置 功率120