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LED隧道灯的应用和节能方案解析

来源:丁先生 发布时间:2016-2-26 15:22:09
 1、LED隧道灯具的特点及影响产品的技术因素
  1.1LED光源的选择
  LED光源应选用较好的LED芯片,比如可选用大品牌的LED芯片并且经原厂封装(金球导热方式、共晶方式等,这些封装方式较科学,导热性能高),质 量上更有保证,在光效、寿命、光衰等方面会有较好的性能,且高水平的LED芯片材料含杂质较少、电子空穴富余率较高,这样在加电的过程中始终保持高光效, 衰减较少。国际品牌的LED芯片量产可以达到130lm/W以上,而且还有很大的发展空间。目前国内LED灯具产品良莠不齐,为了规范和推广LED照明产品,完成半导体照明产品应用示范工程项目,国家发改委、住建部、交通运输部制定和颁布了《半导体照明产品技术要求(2010版)》,做为国家LED照明产品的的技术标准。
  1.2LED单颗功率的选择
  大功率LED有5~200W等,优点是成本低,缺点是散热不好、光效低、灯具眩光严重。
  小功率LED有0.1W等,优点是散热较好,缺点是线路复杂、不易配光。
  目前,1W左右LED介于以上两者之间,从使用寿命、灯光调节、经济性能等各方面考虑,选用1W左右LED各方面都比较合适,性能价格比可达到最优。
  1.3散热
  要充分发挥LED的优势,与LED的结温以及散热器设计有很大的关系。LED结温增加光衰就加大,寿命缩短,光输出也就降低。比如采用空气对流式的散 热结构,能较有效地将热能散出去,那整灯的寿命、光衰、光效等能显示出优势。目前大多数LED封装后,用回流焊的方式把LED贴在铝基板PCB上,铝基板 上与履铜皮下有一层导热绝缘膜,此膜的导热系数有1、2、3。目前高水平的灯具都要求绝缘膜导热系数≥2。铝基板与散热器之间的连接一般采用导热胶,这种 胶高水平的要求大于1。散热的导热通道及散热器的散热面积一般要求35cm2/W以上。这样综合散热水平体现在P-N结的结温上。好的导热通道及较高的散 热面积可使P-N结的保温保证在80℃以下。LED的寿命可达到50000h光衰≤30%(采用Lumileds、CREE及Nichia的LED管子的 情况下)。
  1.4灯具重量
  为了达到良好的散热效果往往需要很大的散热板,这样灯具重量就会很重,极大地影响了维修的方便性和运行安全。
  不同产品、不同生产厂采用了不同的架构来优化灯具的散热,国内知名厂家已通过本身的设计,优化散热的方案,从而在确保灯具散热的同时降低灯具的重量,所以灯具的重量也是一个衡量灯具好坏的标准。
  1.5LED灯具的整灯光效
  整灯光效主要与以下几个方面有关:
  (1)电源效率,LED一般都是配恒流驱动,国内主流的是隔离电源,一般效率是0.8。
  (2)光学效率,整灯都有一定的光学要求,都要有一些光学器件,如透镜,反射罩,高的效率是0.9。
  (3)热效率:LED长期通电工作发热,节温会升高,LED的光效和节温都是有关系的,节温越高光效越低,一般的0.8。整灯光效是在与传统照明相比或者替换传统照明以及节能评估上的重要指标。
  (4)科学的LED灯具二次光学设计。LED发光管为定向发光,完全不同于传统高压钠灯、白炽灯的球形发光方式,因此必须设计符合LED光源的特殊光学组件,以提高灯具的光输出,同时保证在实际使用中可以获得很好的均匀性。
  必须研究适合于隧道照明的LED管出光角度及透镜,使灯具出光照到路面的效率最高。灯具的光学组件设计需要考虑隧道现场灯具安装的高度、间距等因素, 特别是要考虑隧道不同区段灯具安装间距均不相同等因素,因此对用于不同的应用场合,灯具应采用不同角度的光学镜头或反光装置,以保证在满足不同区段灯具出 光角度的前提下,尽量将光照射到较小的范围内,降低光线损耗,提高路面亮度。同时LED发光角度和透镜式反光装置的设计要尽量减少反射光的使用,以降低在 反射器反射面上的光损失。通过各方面的改进,来提高灯具的整灯光效。
     
  1.6色温
  传统的LED照明由于芯片的因素决定了高光效的芯片,色温上会偏高,往往为了达到整灯的高光效、照度达到要求而会舍弃色温上的适应性。但随着越来越多的用户注重现场照明效果从人的需求出发,需求在不同性质、不同等级的道路或环境相对应的有供选择最佳色温区间。
  比较合适的色温是4000~5000K左右,这时视觉比较舒适,同时光效较高。
  1.7驱动电源
  精准的恒流输出,使每颗大功率LED光源工作在恒定不变的额定电流下,线路损耗和老化系数小,电转换效率普遍≥85%、个别可以达到90%以上,精准 的恒流输出确保了LED光源的使用寿命。观目前LED照明灯具维护情况,主要维修点是电源驱动方面,所以应为LED配备合适的电源,也是保证LED使用寿 命的一个关键因素,同时也是保证灯具可靠性的关键因素。提高电源寿命需要在元件的选择(特别是长寿命电容)、功率器件的散热处理、电路参数的设置等方面进 行严格论证和设计。驱动电源、以及配套的防水接头的性能是影响LED灯具的主要因素之一。
  2、LED隧道灯具的要避免的误区:
  2.1灯具节能比
  衡量灯具节能情况的最主要指标是灯具光效。
  2.2寿命
  LED发光管的实验室推算寿命的5万h,在实际工作条件下很难说能达到多少,再加上整灯的寿命必然低于单个元器件的寿命,还有考虑驱动电源更短寿命的因素,一般可靠的寿命是4~5万h。
  2.3显色指数
  显示指数在道路照明中要求并不高,钠灯20~30,LED一般都达到60以上,所以LED用于隧道灯,显示指数根本不是问题,隧道灯中的显色指数也不能太高,显色指数要求上升后光效会明显降低,得不偿失。
  2.4价格计算以功率单位计算
  对于用户来说,在获得足够光照的同时,功率越低越好,性价比越高。因此以灯具的功率来衡量灯具价格是不科学的,应该以总光通量和光效2个因素来衡量灯具价格。总光通量越大,灯具价格越高;总光通量相同的情况下,光效越高灯具价格越高(即功率越低价格越高)。
  3、国内LED隧道灯具的应用现状及与传统灯具对比
  LED作为新型光源,具有寿命长、发光效率高、功耗低、启动时间短、显色指数高、工作温度低、机构牢固、不怕震动、方向性好、工作电压低、无紫外辐射、重量轻等众多优点,相比高压钠灯耗电量高、显色指数低、且含汞不利环保等突出缺陷,LED灯具已经得到越来越广泛地应用。
    
LED由于可定向发光,灯具效率可达到85%左右,在路面有效照明方面可达90%。高压钠灯路面有效照明仅为70%。所以采用LED光源制作的灯具与高压钠灯相比有其较大的优越性,尤其在节能方面在达到国家行业标准的情况下,若用LED照明可节能60%左右。
  2010年8月国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司、 住房和城乡建设部城市建设司、交通运输部政策法规司在全国范围成功举办的“半导体照明产品应用示范工程项目”,更进一步推动LED在高速公路及市政道路领 域的应用推广。制定和颁布了《半导体照明产品技术要求(2010版)》,并做为国家级的技术标准,规范了LED产品的各项技术要求。
    
 5、LED灯具照明方案年节电量及经济效益分析
  一般而言,隧道照明费用主要由能源费用、维护费用、产品采购费用、配电安装费用等构成。按照投资时间可划分为2个部分,一部分为施工阶段的早期投资, 主要用于购买灯具、变压器、电缆和灯具施工安装等;另一部分为运营阶段的后期投资,主要为用电费用和灯具维护费用。
  下面主要对高压钠灯照明方案和LED灯具照明方案的后期用电费用和早期投资中的电缆及配电设备进行对比。
  5.1LED照明方案年节电费
  根据对该隧道(左、右洞)2种照明方案灯具数量及规格的统计,2种方案年用电量分别为:
  (1)高压钠灯照明方案:灯具总功率为372.485kW,年用电量:372.485kW×12h×1.5×365天/10000=244.72万kW·h,年电费(电价按0.8元/kW·h):0.8元/kW·h×244.72万W=195.776万元。
  (2)LED灯具照明方案:灯具总功率为256.3kW,年用电量:224.7kW×12h×1.5×365天/10000=147.63万kW·h,年电费(电价按0.8元/kW·h):0.8元/kW·h×147.63万W=118.1万元。
    
 6、结语
  随着LED光源的不断发展,其效率和整灯光效将越来越高,产品将越来越成熟。从性价比和环境污染等方面来分析考虑,高速公路隧道将更多的采用LED照明灯具,使用LED照明灯具已经成为了高速公路发展的一个趋势,也给高速投资节省了资金,从而提高了效益。

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