20世紀70年代能源危機后,能源和環境問題舉世矚目,建筑物如何充分利用太陽光,節能照明用電,引起國際建筑和照明界的高度重視。自1983年以來,國際照明委員會就先后召開了四次國際建筑采光學術會議,1998年在德國Bregenz召開的照明大會(Licht'98)會上,與會700多人,特別是建筑師對建筑采光十分關注。
建筑中如何有效地利用太陽光,近年來國內外建筑采光工作者提出了不少利用太陽光的采光方法和設想。
光導纖維法。此法是結合太陽跟蹤,透鏡聚焦等一系列專利技術,在焦點處大幅提升太陽光亮度,通過高通光率的光導纖維將光線引到需要采光的地方。能進行紫外線大幅攔截,有利于人類健康。目前產品商業運用已趨成熟,通過一組光纖把陽光引入室內,照明中庭及中庭的綠色植物,照明效果很好。這一專利方法制造的產品,目前在國外已開始普及推廣,人們將其與健康緊密聯系受到推崇,使得太陽光采光的商業化運用進程加速,成為時尚。
使用平面反向鏡的一次反射法。用反光鏡一次將太陽光反射到室內需要采光的地方。這種方法對提高側窗采光的均勻度具有較明顯的效果,但光污染較嚴重。
導光管法。用導光管將太陽集光器收集的光線傳送到室內需要采光的地方,如中國建筑科學院已通過鑒定的無窗廠房和地下建筑天然采光研究成果,就是用此法進行天然采光的,但其對太陽光基本沒有處理。
利用陽光的采光設計和采光窗的多樣化
以往的建筑采光設計都是假定天空是陰天,不考慮直射陽光。這樣的采光設計計算簡單,對陽光多變帶來的采光不穩定,過熱、眩光和陽興的光化作用等問題都回避掉了。隨著科學技術的發展,特別是節能的影響,人們對晴天和平均天空采光設計與計算進行了大量研究,并初步提出一套設計方法。國際照明委員會的天然采光技術員委會也專門組織各國專家對近年取得的采光設計經驗和科技成果進行了總結,編寫了《國際采光指南》,為設計、科研、教學和有關人員提供了設計依據和標準。利用晴天采光計算方法設計采光,約可減小15%的開窗面積,具有重要的節能和經濟意義。另外直射陽光進入室內,不僅可給人們提供時間信息,多變的陽光和室內植物裝飾,可增加室內視環境的情趣,賦于人有大自然的感受,可產生一種獨特的藝術效果。
采光窗作為建筑構成一個元素,功能上要考慮光、熱與隔聲的問題,在藝術上應和建筑風格協調一致,在視覺上要求舒適,無眩光。建筑師根據不同建筑要求設計采光窗。目前除常見的側窗和天窗外,天穹式采光窗、帶反射擋光板的采光窗、薄膜采光窗、陽光凹井采光窗、帶跟蹤陽光的鏡面格柵窗和全反射采光窗使用也不少,呈現出采光窗多樣化的發展趨勢。
太陽能光纖燈是利用太陽能作為能源,直接地把太陽光引入室內進行照明,再通過光纖系統進行照明,光纖照明系統是由光源、反光鏡、濾色片及光纖組成,如下圖所示:
上圖中的光源既可以是普通電源也可以是通過太陽能光伏發電產生,而最直接的方法是將其改造為直接利用太陽光作為光源.
室外的自然光透過采光罩導入到照明系統中進行重新分配,經過光導管(光纖)傳輸和強化后由系統底部的末端附件(室內末端投射裝置)把自然光均勻高效的照射到室內,帶來自然光照明的特殊效果.
集光器(即采光罩)安裝在屋外可以整日不受任何限制隨時采光,使集光效率發揮到最大。但是也可以加裝太陽方位追蹤器,可使集光器集光效果提升。
光纖照明的特點 :
1)光纖照明可以通過濾光裝置獲得我們所需要的各種顏色的光,以滿足不同環境下對光色彩的需求.
2)由于光纖的自身特性和光的直線傳播原理一樣,光纖在理論上可以把光線傳播到任何地方,滿足了實際應用的多元性化.
3)光纖照明實現了光電分離,這是一個性質的飛躍,不僅安全性能提高,而且應用領域大大的拓寬了.
4)通過光纖配件的設計和安裝,照明從抽象化轉變為形象化.光纖照明賦予了光線質感、空間感,甚至賦予了光線生命和性格.
5)光纖照明系統光色柔和,沒有光污染.光纖裝飾照明采用過濾光譜的方式改變光源發光顏色,通過光纖傳導后,色彩更顯柔和純凈,給人的視覺效果非常突出.
6)一般的光源所產生的光譜不僅包括了可見光,還包括了紅外線和紫外線.在一些特殊場合,紅外線和紫外線都是我們可以避免的,比如文物照明.由于塑料光纖的低損耗窗口位于可見光譜的范圍,紅外線和紫外線的透過率很低,在加上對光源機的特殊處理,所以從光纖發出來的光都是沒有紅外線和紫外線的.
應用意義:
我國的照明約占總耗電量10%,而目前普遍使用的照明燈具只有約15%轉化成光能,也就是說有80%多的能量是以熱形式耗去的.合理利用自然資源,讓廉價的太陽能資源充分發揮出它的效能,營造出一個綠化的社會,緩解電能的需求,延長不可再生能源(如煤等)的使用壽命,符合國家產業政策,是國家大力提倡和支持的產業方向。 由于光纖照明的獨特優點,它已廣泛地應用于各種場合,并在不斷地推廣中.它主要適合在商場、運動場館、寫字樓、地下室、飛機、劇院等地的晝間照明。例如很多大商場在白天都需要保證足夠的照明度,因此裝備了較多的燈具,雖然這些燈具具有一定的美化環境的作用,但卻浪費了大量的電能。如果采用陽光照明系統來保證日間的照明,不僅節省電費開支,減少環境的污染,而且還提供了來自大自然的舒適光線。
太陽能光纖照明是一種新穎的照明技術,隨著產品的成熟及新應用領域的開發,將會得到更廣泛的應用同時在大力普及中不斷提高,成本不斷降低,產品更為成熟。讓光纖照明早日走進尋常百姓家,為大眾服務。
管道日光照明系統的技術原理是什么?
管道日光照明系統是一種將陽光通過前端捕捉,中間傳輸及后端慢射原理,將外部自然光引入室內的一項技術。
系統的前端采集捕捉技術的主要有兩種方式,主動式和被動式,主動式則是主動的定位太陽位置,然后采集陽光,這種定位一般通過GPS衛星定位、光敏傳感器或依靠各地區年平均的太陽軌跡路徑來定義太陽的行走路徑。而被動式,則是被動的將陽光通過固定的路徑引入,即當有光線照射到采光罩部分時,采光部分即開始將光線進行反射及折射到傳輸部分,然后通過管道將自然光傳輸到室內達到照明效果。
日光照明系統的另外一個最重要的部分,就是智能控制方式,我們將陽光引入室內時,如何有效控制,如何在不同的場合提供不同的光照度,如何在無光線時啟動電燈照明,以及如何控制平衡等。
自然光與電燈滿足室內恒定的照度等問題,這個都是智能日光照明系統與傳統日光照明系統的區別。智能化的日光照明系統,可以理解為通過采光罩的工藝改造,例如,利用光線折彎技術,以及通過對正午強光、高熱、紫外線反射過濾,只引入適量的光等,或者通過管道內的遮光板來進行簡單的光線照度控制。不過智能日光照明系統,則更多的是自然光與電燈的綜合控制。在很多對光線要求嚴格的場合,例如實驗室,診療室及需要恒定光照度等的場所,如何有效的保證在自然光不足時,電燈能夠逐漸提供特定的照度補充,讓室內維持恒定的光照度環境,這是智能系統所要解決的問題。試驗證明,人們在一個照度恒定的場合工作,效率及舒適度都比光線更替明顯的場合高很多,因此,智能化的日光照明系統將是最終的發展需要。
管道日光照明系統是一種建筑節能減排的新技術之一,能有效降低建筑物照明能耗。日光照明系統是將陽光通過前端捕捉,然后通過反射管道向下改道,透過安裝于天花板上不同的反射面(漫射器),將自然光均勻分布到建筑內部的區域,同時通過智能控制,可以與日常照明系統結合使用,在晚上或陰天仍然由日常照明系統提供光源。
首先,從建筑能耗來分析,數據顯示電耗占到建筑年度能耗的40%,我們不得不通過各種方式來減少電能消耗,最先考慮的節能燈,于是,出現了室外陽光明媚,室內照樣燈火輝煌的景象,我們可能會覺得我們已經比原來的普通照明省電了,而沒有去想如何將免費充足的陽光引入室內。這時,有人便建議在建筑外立面及穹頂開更多的窗來解決照明問題,于是設立了廣泛的玻璃窗,這樣,我們當然可以獲得更多的陽光,但是,同時引入室內的便是中午時分冗余的熱、灰塵、有害的紫外線和眩目刺眼的光,這時,便又有人通過加裝外遮陽系統進行屏蔽過量陽光,這樣做當然起到一定的作用,也有效的解決的光與熱的矛盾,但是這時那些建筑內部的區域和特殊的建筑便映入我們的視線,開窗所能引入陽光的區域僅限于開窗的房間,而建筑內部的走廊,洗手間,儲藏室等沒有與外界直接連接的部分光線則不同通過建筑外立面的窗戶引入,這時,我們需要通過例如日光照明系統來滿足對光的需求。
其次,對于如工廠、倉庫等水平占地大的區域,在屋頂開天窗及架設遮陽系統從成本及可行性都實難通過,但是工廠照明的耗電又是極其巨大的,因此,日光照明系統便是不錯的選擇。
另外,比如體育場館,比賽時對燈光要求極其嚴格,開天窗或者側窗時,站在迎光面的運動員則在太陽直射時會明顯感到刺眼,因此有損比賽的公平,同時,如果通過射燈來照亮賽場,也會對運動員的視覺有一定的影響,所以,通過日光照明系統,在屋頂或者側面將室外的自然光引入室內,除讓運動員感覺舒服外,也避免了熱量和眩光的引入,同時,很大程度上也減少了電能的消耗,進而減少了二氧化碳的排放,達到了即提高室內人員舒適度的同時,也建筑節能的雙重優點。
通過以上關于日光照明優點的分析對比,我們可以知道日光照明系統是一種建筑節能減排的不錯的新技術之一。從系統架構上,我們也有了一定的了解,那么究竟日光照明系統的原理是什么?如何實現將陽光引入室內呢?下面我們就大多數日光照明采用的架構,即光導管技術進行簡要的介紹。日光照明系統光導管采光結構為通過屋頂的采集裝置捕獲陽光,然后通過反射管道向下改道,透過安裝于天花板上不同的反射面(漫射器),將自然光均勻分布到建筑內部的區域,同時,通過智能控制,可以與日常照明系統結合使用,在晚上或陰天可由日常照明系統提供光源。
日光照明系統的大規模應用,倡導了建筑節能的新理念,而且結構簡單、安裝拆卸靈活、造價低廉,能夠造成舒適的建筑光環境,在歐美等國家得到廣泛應用。國外的經驗證明,安裝光導管后的住宅室內的光環境質量顯著改善,在晴朗的白天完全可以不再使用電光源照明,光導管導入的自然光完全可以滿足人們的日常活動的照明和采光需求,而且對人們的身體健康有利,安裝采集太陽光的光導管的住宅大大地減少了“季節綜合癥”的發病率。
日光照明系統基本不涉及能耗,極盡建筑節能之概念。就管道架構來講也是通過可調的管道設計,以最小的建筑結構改變,便可滿足安裝需要。該系統能在晝間提供工礦廠房、學校、醫院、商場超市、體育場館、展覽館、海洋館、博物館、政府辦公樓、監獄、飛機場館、火車站候車室、汽車站候車室、地鐵、輕軌、各類流動房間、地下通道、酒店、旅館、家庭住宅、別墅、高級會所等所需的照明的室內區域。同時,也是我們實現建筑節能減排,促進可持續發展的一項非常值得關注并值得發展的新興應用技術。
大功率LED路燈存在哪些問題如何解決?
針對世界金融風暴的應對,中央拿出4萬億連同地方財政的支持預計將有10多萬億的資金投入到國家交通、扶持企業、完善基礎建設上。最近國家科技部在全國啟動“十城萬盞”LED路燈半導體照明應用工程,在這股強勁東風下,一貫得到政府支持的半導體照明產業,將是一個大發展的契機。許多企業都看好這個朝陽產業的發展空間,特別是半導體戶外照明的明顯節能優勢。近2年一哄而上的諸多企業,在還不甚了解半導體道路照明制作的特點下,模擬、仿造、沿著現今的常規照明路燈多種“蛇頭”形狀制作,一時間“百家爭鳴,百花齊放”的產品紛紛推向市場。經過這兩年上路實驗情況的檢驗,大部分的產品均存在不同程度的問題。
大功率LED路燈技術問題具體表現在:
1.由于對LED光源工作條件的要求不甚了解造成光衰減嚴重甚至于死燈。
2.對道路照明要求感悟不足,科學性點光源光學配光難點及對色溫在道路照明中的重要性忽略,易造成眩光,斑馬效應和在空氣污染嚴重,下雨有霧天氣的環境中,造成燈亮地面不夠亮的現象。
3.對保證LED工作條件和對電源技術性的認知程度不足,造成產品在電源上的故障層出不窮。
4.對當今LED路燈實用性道路的應用概念不清,盲目的與大功率氣體放電燈“媲美”不計成本的制作超大功率LED路燈,造成不切合實際的價格昂貴的路燈產品難以推廣。
5.對道路照明要求模糊,實際使用維護的欠考慮,造成直接使用業主的抵制。
本人針對以上問題與大家一起討論解決方案:
對LED光源的工作環境這個問題的討論,需具備了解LED的基本常識;發光二極管其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-N特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發光特性。在正向電壓下,電子由N區注入P區,空穴由P區注入N區。進入對方區域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發光,其現今大功率LED發光效率約為30%,70%將是熱能,需要將其散熱處理。大功率白光LED的結溫TJ在亮度衰減70%時與壽命的關系可看出:TJ=50℃時,壽命為90000小時,TJ=80℃時,壽命降到34000小時,TJ=115℃時,其壽命只有13300小時了。TJ在散熱設計中要提出最大允許結溫值TJmax,實際的結溫值TJ應小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。
從以上的測試數據圖示經測試發光二極管可正常工作的環境溫度其結溫溫度應(<85℃)。高于此溫度范圍效率將大大降低,甚至于燒毀。可以看出溫度對其直接影響的重要性。特別值得一提的是,對散熱材料的熱平衡速度要求重視度,造成光源的熱得不到有效的處理引起光衰減嚴重。現在許多生產廠家大功率LED的熱沉散熱殼體應用基本采用不同的合金鋁材料,其導熱系數不一,一些材料的散熱速率難以滿足LED工作條件。不可忽略的鋁基板及導熱硅膠,硅脂材料的導熱環節,使用材料的實際壽命質量,將直接影響LED的工作散熱條件。如何減少中間環節,直接與熱沉散熱近距離接觸將熱量快速達到平衡的有效散熱,是現今高質量的LED燈具產品開發需考慮的方向。
先從材料分析:金屬的熱傳導系數表:
銀 429銅 401金 317鋁 237鐵 80錫 67鉛 34.8
銀熱傳導系數比較好,但缺點就是價格太高,純銅散熱效果則次之,但已經算是非常優秀的了。不過銅也有缺點:造價高、重量重、不耐腐蝕等。所以現在大多數散熱片都是采用輕盈堅固的鋁材料制作的,其中鋁合金的熱傳導能力最好,好的風冷散熱器一般采用鋁合金制作。至于銅,目前市場上也出現了純銅的散熱器,銅的導熱性能比起鋁要快的多,但銅的散熱沒有鋁快,銅可以快速的把熱量帶走,但無法在短時間內把本身的熱量散去,另外銅的可氧化性是銅本身最大的弊病。當銅一旦出現氧化狀態,從導熱和散熱方面都會大大的下降。
從對比上看,最好的散熱材料也并不是鋁材。銅和鋁的對比中形成了一種新型的工藝——銅鋁結合。所謂的銅鋁結合就是把銅和鋁用一定的工藝完美的結合到一塊,讓銅快速的把熱量傳給鋁,再由大面積的鋁把熱量散去,這不但增充了鋁的導熱不及銅,還彌補了銅的散熱不如鋁,有機的結合從而達到急速傳熱快速散熱的效果。
多篇文章中都闡述了散熱是靠面積而不是看體積的大小,許多企業都了解了個中道理,殼體采用多層翅片散熱,但對熱沉散熱殼體的翅片忽略了防塵和積塵,日積月累將會影響殼體的散熱效果。應從在自然條件下規避積塵的最小化,不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性。保證熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環境的影響,散熱通道的暢通,做到真正的長壽命。
大家共同來探討一個設計方式:散熱是靠面積的道理顯而易見,是否可以將散熱面做成柱狀或多面形錐體。
在增加散熱面保證散熱效果的基礎上,解決了不同方向的風和雨的自然沖刷可易性和清除灰塵的粘敷性的問題,保證了熱沉殼體的散熱效果不受惡劣環境的影響。
以現在的金屬加工技術來看,機械加工是不可能做出理想化的絕對的平整表面,即便是鏡面,也有很多細小的坑凹,只是肉眼不太容易發現,除了表面上存在坑凹外,還會有很多細小雜質,如灰塵什么的。當散熱器表面和芯片表面接觸時,存在的很多溝壑或空隙中都是空氣。空氣的導熱能力很差,因此必須用其它物質來降低熱阻,否則散熱器的性能會大打折扣,甚至無法發揮作用。
作為解決辦法,導熱介質就應運而生了,它的作用就是填充兩個接觸表面之間大大小小的空隙,增大發熱源與散熱片的接觸面積。導熱硅脂是我們最常見的導熱介質。
導熱硅脂是用來填充鋁基板與散熱片之間的空隙的材料的一種,這種材料又稱之為熱界面材料。其作用是用來向散熱片傳導鋁基板散發出來的熱量,使鋁基板溫度保持在一個可以穩定工作的水平,防止鋁基板因為散熱不良而損毀,并延長使用壽命。
作為一種化學物質,導熱硅脂有著一些反映自身特性的相關性能參數。了解這些參數的含義,大致上可以判斷一款導熱硅脂產品的性能高低。
導熱系數(Thermal Conductivity),導熱系數的單位為W/m•K(或W/m•℃),表示截面積為1平方米的柱體沿軸向1米距離的溫差為1開爾文(K=℃+273.15)時的熱傳導功率。數值越大,表明該材料的熱傳遞速度越快,導熱性能越好。
目前主流導熱硅脂的導熱系數均大于1W/m•K,優秀的可達到6W/m•K以上,是空氣的200倍以上。但是和銅鋁這些金屬材料相比,導熱硅脂的導熱系數只有它們的1/100左右,換而言之,在整個散熱系統中,硅脂層其實是散熱瓶頸之所在。對于一個散熱系統而言,不僅是散熱器的事,導熱介質也是很重要的組成部分:
散熱系統的總熱阻 = 散熱器熱阻 + 導熱介質熱阻
導熱硅脂作為我們最常用的導熱介質,其重要性不言而喻了,要降低其熱阻,一方面取決于產品本身的性能, 另一方面取決于對產品的使用。因此我們要盡量選用那些導熱性能好熱阻低的導熱硅脂,并在使用上多加注意,在保證硅脂完全填充熱源和散熱器表面空隙前提下,涂抹方式硅脂層盡可能地薄。
值得大家注意的是普通導熱硅脂在高溫環境中使用一段時間后會出現“干化”或“硬化”現象,將會大大影響散熱效果。因此在鋁基板與熱沉之間的導熱環節需重視。
有關人士正研究在熱沉材料上進行特殊的陶瓷化處理直接安裝線路,經過這樣的優化后將會根本解決散熱的導熱環節。
從國內現有參與制作LED路燈的企業廠家來看,大部分是沒有制作過路燈,對路燈制作的技術具體要求較模糊,互相參照模仿,以常規傳統“蛇頭”形狀制作具多。當今LED路燈矩形狀的重量與風阻影響著路燈的改造安裝,在光學配光和維護要求上與其常規氣體放電燈燈具相比難度較大,特別是直接的使用方業主反應強烈,給應用推廣帶來了困難。
我從國家電光源檢測中心得到的相關信息,在諸多廠家送檢產品中就在IP防護這一項目上,絕大多數存在問題,而且意識不到問題的所在,認為我們的產品在水里都浸泡過也沒有問題,怎么到檢測中心就出問題?相信也有些產品在使用一段時間暴露出光源腔體存有水氣。我看到許多廠家在檢測中心排隊送檢的產品,感到心痛,很多彎路是可以避免的。在燈體密封結構上,在密封圈的材料選用上,飛利浦的燈具在這方面就做了專門的研究。
在路燈造型結構設計上,不要跟著傳統路燈的模樣走。路燈的功能是要達到道路照明的要求,可以發揮LED光源的任意組合強項,可制作成“變形金剛”的特點,能真正做到“白天觀景,夜晚觀燈”的城市景觀效果。道路照明要求的是;一定的照度和路面均勻度與平均照度,常規照明燈具反射器的缺憾在路面平均照度上難以達到標準要求。在燈具出光效率的有效利用上,傳統路燈的效率標準應≥70%為合格,但實際上有一部分溢散光不能準確地控制在照射面上并且無法利用,造成光污染,有效利用率約50%,而LED路燈的光學配光可以準確控制光線方向,有效利用率達60%以上。
從當今大功率LED路燈點光源及光效的特點來看,要滿足道路照明的要求,必須要把有效的光強利用到有效的照明范圍,道路照明的燈桿間距基本在30—40m,要保證道路的平均照度要求,其點光源LED燈具配光要使得路面沒有斑馬效應,需進行相應的二次光學系統配套設計。
高質量的大功率LED路燈用模塊化配套的二次光學系統可以有效控制路燈照明的平均照度,10米高時為34米×12米近似矩形光斑,光斑形狀與均勻度均能滿足道路照明要求。
從以上兩點可以看出,只要LED路燈二次光學設計合理,投向目標照射面的有效光通量和傳統路燈基本接近。
目前LED路燈的配光技術已經有了很大的發展,有些廠家已經開發出良好的二次配光系統,而不再是單純依靠光源排列來配光,但綜合看,配光還不能做到完全合理,有些在道路內側的配光較亮,均勻度也能滿足要求,但人行道側環境光的亮度明顯不足,SR值明顯不符合要求,還是廠家設計人員對道路照明標準的要求理解不夠。
LED路燈的色溫問題:
目前大功率LED路燈基本上是采用5000K 左右所在色溫的白光。作為道路照明光源,視覺感過分陰冷,同時遠視時觀察能力會下降,在這方面路燈使用單位最有發言權,3000K左右的黃光或暖白光是比較適合道路照明的,因此日光色的LED路燈不適合做路燈使用。
當今LED路燈在產品規格方面缺少統一的技術標準,目前還沒有統一的LED路燈生產技術標準,每個廠家按自己的標準生產自己的產品,彼此間是很難通用的,另外LED路燈生產廠家的燈具自成體系,光源電器組裝和燈具捆綁在一起,各自不同的工作特性難以維護,維護時必須使用原廠產品。而高壓鈉燈由于技術標準的統一,燈具、光源、電器方面通用性較強,不同廠家之間的產品可以互用,從維護角度考慮,這是非常重要,而維護對于路燈管理單位來說 則又是重中之重,只有這樣才可以及時對故障路燈進行維護,保證完好的亮燈率(上級部門對路燈管理考核中最重要的一項內容),同時大大降低維護成本。可以說在LED路燈目前的發展狀況下,一旦出現故障時,只能整個燈具進行更換,除了高額成本外,而維護的時間也要大大廷長,這對使用單位來說的非常不利的。對燈具的維護 ,常規照明燈具要簡易的多,可在現場直接更換光源電器,成本也較低。而當今許多生產廠家的LED路燈,可能廠家認為是免維護的,所以現場的維護就無法進行了,維修方面真正的負擔還是交給了生產廠家。殊不知;造成產品難以推廣的瓶頸還是來之于直接使用單位。
針對當今LED路燈應用推廣其中的兩大難題:
1. 維護困難
2. 大功率LED電源的瓶頸
根據這兩大難點我個人建議;從安全、維護方便更換,規避大功率電源的質量風險。模塊化組合式設計一定是發展的方向。做成標準模塊化,諸如30w,40w,50w連同適合本功率電源一體化。不但解決了大功率電源的風險,而且遇到故障換用方便。單組模塊又可以一款燈多用途,可改裝為LED隧道燈、LED頂棚燈、LED洗墻燈、LED投光燈、LED隧道燈等,一套方案多款燈具。
散熱材料,導熱環節和科學化的造型結構設計,在現今大功率LED路燈的制作中,值得大家去感悟。從LED路燈市場的置疑甚至排斥,走到了現在的嘗試與接納,我們看到了前景的曙光,但我們還需要一段路要走。隨著大功率LED光效的不斷提高和硅基LED日新月異的發展,將根本解決半導體照明光源高價格的瓶頸,讓我們共同攜起手來摸索與探討,相信在大家的努力下,用第四代光源做出更好的LED路燈照明燈具,取代高壓鈉路燈這段路不會很遠!
分析比較幾種路燈照明節能改造技術
一、大功率節能燈
工作原理:通過電子線路控制電流,使用三基色熒光粉實現高節能比例、高光效、高顯色指數的目的。
1、優點:節能燈比高壓鈉燈節能50%以上,光效70LM/W,價格經濟。
2、缺點:節能燈照射的距離短,照度不能滿足。節能燈普遍光衰10-20%,節能燈壽命在8000小時左右,后期維護費用高;
點評:節能燈主體適合于商業照明、家居照明及廠房照明,不適宜道路照明。
二、路燈節電柜
該節能設備主要通過降低線路整體電壓,實現節能的目的。
1、優點:安裝簡單,在箱變后根據功率負載大小及線路實際情況量身定做,此種投資比較經濟,節能比例在20-30%之間。
2、缺點:受線路實際電壓的影響,節能效果不顯著且不穩定,如果線路環境電壓只有210,那么節能空間就非常小,并且末端的路燈可能處于半亮或不亮的狀態。如果箱變前端的線路電壓過高,會導致前端部分路燈燒毀。這樣對光源的危害會很大,維護成本會很高,出現“節電不節錢,治標不治本”的現象。在此過程中,由于降低電壓,照度亦會作出相應的“犧牲”。
點評:上述情況是路燈節電柜近二年在路燈節能應用推廣過程中所總結的教訓。所以到現在為止,此種節能辦法已逐步被淘汰。
三、大功率LED路燈照明
大功率LED路燈照明通過一種半導體發光材料,實現高效節能、環保、高顯色性、長壽命的目的。
1、優點:其一,LED作為點光源,如果設計合理,很大程度上可以直接解決傳統球狀光源必須依靠光發射來解決的二次取光及光損耗問題;其二,對光照射面的均勻度可控,理論上可以做到在目標區域內完全均勻,這也能避免傳統光源“燈下亮”現象中的光浪費;其三,色溫可選,這樣在不同場合的應用中,也是提高效率、降低成本的一個重要途徑;其四,技術進步空間依然很大。
2、缺點:其一,LED路燈模塊化的可靠性仍需加強,由于驅動電路等原因也會造成LED路燈的失效。其二,無論是單點還是多點光源的LED路燈都存在著散熱難的問題。由于散熱問題不易解決,光衰會較大,5000小時發光效率會下降到30%。如果想用加大電壓電流的方法提高光效,很容易造成LED芯片損毀的現象。其四,LED路燈射程短,因此LED路燈還需要進一步加強如何在較高高度下工作的研究。其五,LED路燈造價較高,不利于推廣普及。雖然目前初步解決了LED路燈的散熱問題,但是過高的價格和過重的燈頭仍然會阻礙LED路燈的普及。
3、穿透能力差。
點評:大功率LED照明的普及應用無論從價格、技術、質量綜合方面還處于一種過渡階段,如大面積推廣使用現階段還不成熟。
四、高低頻無極燈
該種光源同大功率LED照明同屬第四代新光源,它是通過電磁感應(無燈絲、無電極)方式觸發燈內壁的三基色熒光粉發光進而達到高光效、高節能比例、環保無污染、長壽命的目的。
優點:高功率因素、長壽命、寬工作電壓、高顯色指數、高節能比例。
缺點:;其一,光效高頻為55-63LM/ W,低頻80LM/W,光效有待提高。其二,功率上不去,高頻最高規格為165W。低頻210W,在路燈替換領域照度不是太理想,射程短,穿透能力差。其三,散熱問題是限制大功率無極燈的瓶頸,主要體現在泡體散熱及配套燈具的散熱上面。其四,行業內技術的穩定性、元器件的一致性,批次量產優質的高頻無極燈達標的合格率平均為90%,優質的低頻無極燈為95%。且穿透能力差。
點評:高低頻無極燈與大功率LED照明同屬過渡階段,由于路燈改造屬市政工程,從投資角度來說,產品的穩定性是改造的前提,其次才是節能空間,綜上所述無極燈在市政應用領域從技術性能、質量穩定方面還需要一個跨度時期。
五、智能單燈節電器
該產品利用扼流線圈降低電流,達到降低功率的目的。扼流線圈的切入受MCU電路控制,利用嵌入式單片機對扼流線圈實現智能控制。在保留路燈原有線路的基礎上,增加節能扼流線圈及MCU智能控制電路,進行降電流節能。設計思路:根據不同時段、不同路段對照度的不同需求,實行智能化控制,實現按需所供,避免浪費。兼顧克服電網電壓波動、彌補集中調壓式因線損電壓降低帶來的對燈具的壽命的影響。
優點:1、對工作電壓不產生影響,可按預期的節電率要求達到最大的節電效果。2、充分解決和避免目前行業內路燈節電產品普遍存在的“路燈配電線路較長,線路壓降造成的節電率不高的現象”。 3、嵌入式智能控制技術。根據不同時段,不同路段,對照度的不同需求自動調節功率輸出,智能高科技實現“按需照明”。
缺點:改造需要點對點,逐個改造,且節能效果平均在40%左右,相對于路燈節電柜投資額較多,所以在路燈應用領域沒有得到廣泛普及。
點評:該種節電設備穩定性能在所有節電產品里面是最好的,投資也是最少的,不需要更換路燈燈具,實現按需照明、智能控制,采購單價在450元以內。據了解深圳明年有望采用上述改造方式批量改造,這種產品亦稱為雙功率節能路燈或智能調光節能系統。
六、雙光源混合照明:低壓鈉燈+金鹵燈混光型節能路燈
低壓鈉燈是利用低壓鈉蒸氣放電發光的電光源,在它的玻璃外殼內涂以紅外線反射膜,是光衰較小和發光效率最高的電光源。低壓鈉燈發出的是單色黃光,用于對光色沒有要求的場所,但它的“透霧性”表現得非常出色,特別適合于高速公路、交通道路、市政道路、公圓、庭院照明,能使人清晰地看到色差比較小的物體。低壓鈉燈也是替代高壓汞燈節約用電的一種高效燈種,應用場所也在不斷擴大。
優點:1、獨特的燈具配光及外型設計,有效的克服了道路照明中的眩光問題,提高了被照路面亮度,有效減少了眩目光;2、利用金鹵燈高光效(80-100lm/w)、高色溫(5600K)、高顯色性(95Ra)的特點有效的克服了低壓鈉燈色溫低(僅為1800k)及顯色性差的缺點;利用低壓鈉燈高光效的優點(200lm/w),提高整體系統亮度;低壓鈉燈還可以與無極燈、LED配套使用,但最佳選擇還是金鹵燈。
節能效果評估:
400W高壓鈉燈配備90W低壓鈉燈+70W金鹵燈,合計功率160W。
460W-160W=300W/460W=65%
250W高壓鈉燈配備55W低壓鈉燈+35W金鹵燈,合計功率90W。
287W-90W=197W/287W=68%
缺點:前期投資成本偏高些,需要部分的維護成本,主要針對一致性差的光源。
點評:低壓鈉燈與金鹵燈在道路應用上形成了良好的互補,且兩種產品在國內技術已經是相當成熟,性能也比較穩定,在市政工程上應用燈光效果是比較理想的選擇,深圳的濱海大道就是使用的這類節能產品。整體投資成本偏高一些,需要更換專門的雙光源路燈燈頭,整體成本為1500元/套左右。
總 結
作為市政工程改造項目批量推廣使用,作為投資者首要考慮是產品質量的穩定性及符合照明場所最基本的照明要求,其次才是理想的節能空間。一味追求節電效果是不可取的,結果只是得不償失。另外就是產品的性價比,即項目改造的投資總體成本與整體節能效益要成正比,具備一定的投資取向。反之,這種投資是不值得的。綜上所述,目前應用在路燈改造領域的節能產品,本人憑借在照明領域十年的實踐經驗及對市面多元化節能產品的認知、與照明節能領域的多位資深專業高級研發工程師反復探討與交流,向貴司鄭重推薦最后兩者節能辦法。作為第四代新光源LED照明與高低頻無極燈產品無論從產品技術、市場、質量、價格、穩定及燈具配套綜合方面還有待成熟與完善。在市政工程批量使用上面需要謹慎,三思而后行。總之,任何產品有利有弊,不能十全。上述后兩者節能產品技術難點相對低,這樣可以大幅度降低投資成本。