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大功率led照明知识讲座 牛慧平2010 8 目录 照明基础知识 照明产品的发展演变 led照明产品发展现状及前景 led照明产品技术特点及节能优势 4 1 2 3 led照明产品应用的重点及潜力分析 5 led照明应用案例分析 6 第一部分 照明基础知识 照明基础知识 1 光通量 单位 流明lm光源发射并被人的眼睛接受能量的总和即为光通量 照明基础知识 2 光强i单位 坎德拉cd光的强度 可见光在某一特定方向角内所放射的强度 照明基础知识 3 照度e单位 勒克斯lux照度是光通量与被照面积之间的比例系数 1lux即指1lm的光通量平均分布在面积1 的平面上的明亮度 照明基础知识 4 色温k单位 开尔文 k 当光源所发出的光的颜色与 黑体 在某一温度下辐射的颜色相同时 黑体 的温度就称为该光源的色温 黑体 的温度越高 光谱中蓝色的成分则越多 而红色的成分则越少 例如 白炽灯的光色是暖色 其色温为2700k 而日光色荧光灯的色温是6000k 色温以绝对温度k来表示 色温值越高 表示冷感越强 色温越低暖感越强 越柔和 通常大部分光源设计集中在2700k 4300k及5800k 6700k两个色温位置 照明基础知识 5 光色光色实际上就是色温 大致分为三大类 暖色5300k 由于光线中光谱组成有差别 因此即使光色相同 光的显色性也可能不同 照明基础知识 6 显色性光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性 通常叫做 显色指数 ra 照明基础知识 7 灯具效率灯具效率 也叫光输出系数 是衡量灯具利用能量效率的重要标准 它是灯具输出的光通量与灯具内光源输出的光通量之间的比例 照明基础知识 8 光源效率 lm w 也就是每一瓦电力所发出的光量 其数值越高表示光源的效率愈高 所以对于使用时间较长的场所 如办公室走廊 走道 隧道等 效率通常是一个重要的考虑因素 照明基础知识 9 亮度光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中反射光的数量 称为光源在某一方向的光亮度 符号为l l di ds单位为cd 坎德拉每平方米 照明基础知识 10 眩光视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比 则可以造成视觉不舒适称为眩光 眩光可以分为视能眩光和不舒适眩光 眩光是影响照明质量的重要因素 照明基础知识 11 功率因数电路中有用功率与实际功率之间的比值 功率因数低 则电流中的谐波含量越高 对电网产生污染 破坏电网的平衡度 无功损耗增加 照明基础知识 12 平均寿命也就是额定寿命 是指点亮批量灯完好率为50 的小时数 照明基础知识 13 光束角射灯发射光的空间分布 以中心最强 向四周逐渐减弱到中心光强50 强度的圆锥角为光束角 第二部分 照明产品的发展演变 照明产品的发展演变 火开始了人类照明领域的第一次革命 1879年爱迪生发明白炽灯 电力照明的时代从此降临 被公认为第二次照明领域的革命 在白炽灯统治世界照明界100年以后 1970年飞利浦发明节能灯 被称为是人类照明领域的第三次革命 日光灯的使用 满足了人类绝大多数场合的需求 日光灯虽然有许多的优点 但最大的一个缺点就是日光灯管非常消耗电力 绝大多数的电能都消耗在热能上 此外 灯管中的汞存在污染环境的问题 因此 寻求新的照明光源一直是科学家和企业界的任务 1996年 日本日亚化学公司在gan蓝光发光二极管的基础上 开发出以蓝光led激发荧光粉而产生黄色荧光 所产生的黄色荧光进而与蓝光混合产生白光 蓝光led配合荧光粉 开启了led迈入照明市场的序幕 无疑将引领人类照明领域的第四次革命 照明产品的发展演变 照明产品按照发光原理分类分为 卤钨灯 白炽灯 卤素灯 气体放电灯 荧光灯 高压钠灯 低压钠灯 金卤灯 汞灯 等离子放电灯 无极灯 半导体照明灯 led灯 照明产品的发展演变 几种常规灯具性能对比 第三部分 led照明产品发展现状及前景 led照明产品发展现状及前景 随着led光效的不断提高 性能的不断稳定 配套产业的完善 led应用已逐渐进入照明领域 led照明产品也不断丰富 逐渐开始替代传统灯具 特别是 国家半导体照明工程 的正式启动 标志着中国高亮度led产业进入加速发展的新阶段 为led产业发展提供了良好的契机 同时 国家出台的相关政策以及2008年的北京奥运会 2009年的十城万盏 2010年的广州亚运会都为led照明产品的应用起到了不断的推动作用 led照明产品发展现状及前景 虽然led产业政策不断推动 但市场仍旧保守 国内市场 特别是路灯市场 并不如预期那样大规模释放出来 其原因为 缺乏标准 难以准确验收换装规模过大 没有完善的财政预算 无法快速支撑替换工程led照明产品尚未被广大用户了解和信赖与传统照明市场抵触 产品缺点被刻意放大 第四部分 led照明产品的基本技术特点及节能优势 产品技术特点及节能优势 评价一款led灯具 主要从以下几方面着手 基本技术特点 光 电 热 结构 产品技术特点及节能优势 包括光通量 光效 光色 光衰 显色指数 眩光 配光 色偏移 光 1 光效 光源光效和灯具光效a 光源光效 led的光效 led光通量 led功率 常规 100lm w cree 132lm wb 灯具光效 整灯的光效 灯具光通量 灯具总功率 路灯 70lm w 筒灯65lm w 产品技术特点及节能优势 2 光通量 lm光通量 面积 照度 根据国家相关照明标准及现场实际情况选择灯具数量及灯具光通量 主要依据标准 建筑照明设计标准 城市道路照明设计标准公路隧道通风照明设计规范山西省led照明灯具标准 产品技术特点及节能优势 4 眩光 一般要求眩光小于10 5 光衰 6000h 7 主要决定因素 芯片 封装 散热 电流 3 光色 暖色5300k暖色给人温馨的感觉 一般应用于卧室 酒店 辅助灯光 壁灯 墙灯 射灯 冷色给人清晰的感觉 一般用于办公照明 作业照明等 产品技术特点及节能优势 5 配光 配光曲线 路灯配光曲线 射灯配光曲线 泛光灯配光曲线 工矿灯配光曲线等 路灯配光曲线 投光灯配光曲线 射灯配光曲线 产品技术特点及节能优势 包括电源寿命 电源效率 电磁辐射 谐波 恒流精度 过流 过载 过压 浪涌保护 电 1 电源寿命 一般6000 10000小时 高品质20000 30000小时 电解电容 红宝石黑金刚 2 电源效率 光源功率 光源功率 电源功率 80 92 3 电磁兼容 谐波符合国家标准 4 过流 过载 过压 浪涌保护 产品技术特点及节能优势 包括散热面积 散热材料 散热方式 界面热阻材料的选择等 热 1 散热面积 暴露在空气中的有效散热表面积要足够 主要表现 外壳温度 60 以下 2 散热材料 金刚石 银 铜 铝 选择铝 价格便宜 比重轻 易加工等特点 产品技术特点及节能优势 4 界面热阻材料 导热硅脂 导热硅胶片 石墨片 a 导热硅脂 优点 价格便宜 使用简单 缺点 导热率低 容易失效 涂敷过程中厚度不好控制 b 导热硅胶片 优点 价格便宜 使用简单 缺点 导热率低 引起铝基板变形c 石墨片 优点 使用简单 导热率高 缺点 价格高 加工困难 3 散热方式 a 热管散热 优点 导热效率高 缺点 价格贵 介质不稳定 介质寿命短 只是中间环节 还需足够的散热面积支撑 b 强制散热 一般是加风扇 优点 能加快散热速度 减小散热面积 缺点 风扇寿命短 容易堆积灰尘使风扇效率降低甚至不工作 c 自然散热 完全靠空气对流散热 优点 无其他任何附件 稳定性高 缺点 散热器重量大 产品技术特点及节能优势 包括散热结构 外型结构 密封结构和装配结构 结构 1 散热结构 a 空气对流 散热片密度 方向 曲率等 b 防止灰尘 淤泥及树叶覆盖影响散热 放水槽 表面尽量平滑 2 外型结构 美观大方 适用性强 3 密封结构 有利于密封 4 装配结构 有利于装配 第五部分 led照明产品应用的重点 led照明产品应用重点 室外照明 led路灯 led投光灯 高杆灯 led隧道灯 led照明产品应用重点 室内照明 led筒灯 led球泡灯 led射灯 led灯盘 led轨道灯 led日光灯 led照明产品应用重点 led显示屏 led护栏管 其他应用 第六部分 案例分析 筒灯案例分析 商场作为公共建筑设施 建筑面积和客流量大 各种照明设备及电器安装密度高 单位建筑面积耗能量大 我国一般大型公共建筑的单位建筑面积能耗是普通居住建筑的10倍左右 大型商场的基本特征是每天营业12小时以上 全年基本没有节假日 节能改造潜力巨大 简述 节能 耐用 方便 防尘防雾 同等亮度下 比日光灯节能约50 以上 直接替换原有筒灯 不易损坏 安装及维护方便 50 000小时超长使用寿命 是节能灯的10倍 可频繁启动几百万次 是节能灯的几百倍 封闭式结构可防尘防雾 环保 无汞污染 健康环保 筒灯案例分析 某商场筒灯照明改造 1 项目概况 该商场占地近3500平方米 原来使用18w节能灯筒灯2000支 平均每天照明时长16小时 2 使用产品 7wled筒灯 光源光效100lm w 显色指数75 寿命50000小时 应用效果 筒灯案例分析 筒灯案例分析 维护成本 筒灯案例分析 回收期 单灯计算 每只灯功率相差10w 每年节约电能10w 16h 365天 1000w h 58 4度 电费按1 0元 度计算 每年节省电费58 4元 每年更换一只节能灯 费用15元 维护费1元 则每年节省费用58 4 15 1 74 4元 回收期 200 74 4 2 69年 注 对于led筒灯替换节能灯筒灯 如果替换横装筒灯则按节能50 60 替换 如果替换直装筒灯则按节能70 80 替换 隧道灯改造案例分析 引言随着我省高速公路建设的不断加快 高速公路等级的不断提高 在高速公路中隧道的数量在整个高速公路中占据了相当大的比例 目前 在我省投入运营的隧道约300多座 隧道单洞里程约290多公里 在高速公路后期的运营管理中 隧道的通风及照明费用在后期的运营费用中所占比例较高 目前隧道的照明费用已成为我省高速公路运营管理中的一笔沉重的负担 因此 采用节能 环保 可靠的隧道照明灯具已经是势在必行 隧道照明中通常采用的灯具有高压钠灯 低压钠灯 led灯 无极灯 荧光灯 目前我省的高速公路隧道基本上照明灯具都采用高压钠灯 目前全国已建和在建公路隧道估计达1000km 并以飞快的速度发展 就目前国内而言 公路隧道的飞速发展与照明技术研究极不适应 耗能大 灯具更换困难 营运费用的日常开支大 安全系数低 因此既安全又经济节能的照明技术和节能方案是我们应该研究的重点目标和发展方向 目前我国的照明用电约占社会总用电量的12 在照明市场推广节能技术对于缓解电力供应紧张局面 建设节约型社会更具有现实意义 隧道灯改造案例分析 工程概况本文简绍的是雁门关隧道灯具节能改造 目前雁门关隧道全部使用400高压钠灯 耗电量巨大 现将400w高压钠灯全部更换为120wled或60wled隧道灯 雁门关隧道全长5500m 设计行车速度70km h 路面宽度10米 灯具采用对称安装 安装高度4 5米 路面结构为混凝土结构 隧道灯改造案例分析 高压钠灯与led隧道灯的优缺点对比高压钠灯 1 高压纳灯发光强度高 发光效率高 光效可达100 130lm w 2 使用寿命较长 目前一般能达到8000 15000h 3 透雾性能好 多适用与道路 隧道等场所照明 4 技术成熟 价格相对便宜 缺点 1 高压钠灯发光颜色为黄色 色温及显像指数较低 2 高压钠灯灯泡结构决定了灯具的光源利用率低 约40 70 左右 3 由于钠灯含汞 铅等化学污染物 不利于环保 4 启动 再启动时间慢 5 高压钠灯灯泡较大 不利于配光 隧道灯改造案例分析 led隧道灯显色性好 更换后可提高隧道照明显色性 提高司机对目标物的分辨能力 色温可调 可选择3000 6500k色温 根据不同地区的情况选择合适的色温 可营造更好的视觉效果 无频闪 不会造成眼睛疲劳问题 尤其是比较长的隧道 长寿命 30000小时以上的寿命 是高压钠灯的3 10倍 几乎免维护配光好 led光源体积小 能够任意配光 完全满足隧道照明设计要求 消除了高压钠灯的眩光问题 光分布专为隧道照明设计 除照明道路本身 对周围环境没有光污染 提高了光的利用率 达到更好的照明效果工作电压范围宽 传统光源如高压钠灯工作电压波动超过 7 寿命及亮度急剧下降 而led隧道灯工作电压即使波动 20 寿命及亮度依然不变 启动无延时 通电即达正常亮度 无须等待 消除了传统隧道灯长时间的启动过程 无频闪 纯直流工作 消除了传统隧道灯频闪引起的视觉疲劳 对电网无污染 功率因数 0 95 谐波失真 20 emi符合全球指标 降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染 并可节约电缆 节能70 90 led隧道灯改造后 电费大大的降低 不会因为电费高的问题而关闭部分灯具 使隧道照明效果能够达到设计要求 消除安全隐患 缺点 led照明产品价格较高 实施改造的一次性投入高 投资回收期较长 隧道灯改造案例分析 隧道灯改造案例分析 入口照明和出口照明段原400w高压钠灯使用120wled隧道更换 基本照明段原400w高压钠灯使用60wled隧道更换 灯具采用配套专用灯具 原部分旧灯具尽量进行改装并循环利用 技术方案 照明现状及基准能耗分析 雁门关隧道 太原至大同方向 单侧长度约5500m 路面宽度10 5m 2车道 灯具两侧对称安装 高度4 5m 以 公路隧道通风照明设计规范 及雁门关隧道 太原至大同方向 的基本情况 按照最底保证值测算现有照明状况如下 隧道灯改造案例分析 注 1 以上数据按照 公路隧道通风照明设计规范 及相关软件计算而得 与实际情况基本相符 隧道灯改造案例分析 从以上数据可以看出 雁门太原至大同方向隧道要满足正常道路照明需求 须安装952盏400w的高压钠灯 含电源功率 实际每盏400w的钠灯功率为480w 总功率合计456 96kw 按每天使用24小时 每年360天计算 年耗电量约为394 8万度 按照平均每度电0 8元计算 年电费支出约为315 8万元 隧道灯改造案例分析 改造方案 led隧道灯采用双侧对称布置 功率120