大型包裝倉庫LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃冉+黨傳坤

摘 要：照明能耗在企業(yè)能耗中占有很大的比例。隨著LED光源的快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)要求照明燈具選用LED光源，以實(shí)現(xiàn)降本增效。簡要論述了LED燈具的特點(diǎn)，針對大型倉庫照明燈具系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，結(jié)合工程實(shí)例設(shè)計(jì)大型包裝倉庫的LED燈具，并與傳統(tǒng)燈具進(jìn)行能耗比較，提出了LED燈具選擇要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：LED照明；能耗比較；LPD；平均照度

中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.125

隨著綠色環(huán)保、高效節(jié)能的技術(shù)和產(chǎn)品的迅速發(fā)展，“綠色照明”的概念也受到了人們的高度重視，并被積極推廣。LED光源的快速發(fā)展，使得越來越多的企業(yè)要求照明燈具選用LED光源，以實(shí)現(xiàn)降本增效。本文以實(shí)際工程案例為依托，結(jié)合國家現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，簡要介紹了大型倉庫LED 照明的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)內(nèi)容，并與傳統(tǒng)燈具進(jìn)行了能耗比較。

1 LED照明系統(tǒng)的特點(diǎn)

LED是英文“l(fā)ight emitting diode”（發(fā)光二極管）的縮寫，它是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件。LED燈具能夠替換傳統(tǒng)燈具實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要原因是它的高光效。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具具有以下優(yōu)點(diǎn)：①長壽命。LED光源壽命長達(dá)50 000 h，是普通燈具壽命的2～5倍，可縮短燈具的維護(hù)保養(yǎng)周期。②低功耗。LED燈具將電能全部轉(zhuǎn)換為光能，不會(huì)造成能源的浪費(fèi)。對于傳統(tǒng)光源，由于加入鎮(zhèn)流器等元器件，會(huì)產(chǎn)生一部分損耗，降低光源功效。因此，LED燈具相比傳統(tǒng)燈具，它的光效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)燈具。③發(fā)光效率高。發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。LED燈的發(fā)光效率大于100 lm/W。④綠色環(huán)保。LED燈具不含紫外線和紅外線，燈體內(nèi)部不含汞蒸汽，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，廢棄物可回收利用，無污染。⑤高視覺舒適度。純直流工作，無頻閃，不易引起視覺疲勞，色溫可調(diào)，提高視覺舒適度。⑥防潮、抗震能力強(qiáng)。LED燈具外部多采用環(huán)氧樹脂來保護(hù)，密封性能和抗沖擊性能強(qiáng)。⑦多色彩，外形尺寸靈活。LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下，使3種顏色具有256 級灰度并任意混合，形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果和各種圖像。LED照明可以根據(jù)需要獲得潔凈室所需要的各種色光，滿足特殊場所對照明色光的要求。⑧冷光源，LED燈具相較于傳統(tǒng)熱輻射光源和氣體放電燈而言，屬于冷光源，不會(huì)向周圍環(huán)境釋放大量熱輻射，在直接觸摸光源時(shí)，也不會(huì)有被灼傷的危險(xiǎn)，屬于典型的綠色照明光源。

綜上所述，LED照明燈具的優(yōu)點(diǎn)使其具有較大的應(yīng)用范圍和發(fā)展空間。隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，性價(jià)比的提高，并總結(jié)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，LED照明燈具將會(huì)取代傳統(tǒng)照明燈具。

以100 WLED光源和150 W金鹵燈為例，燈具各技術(shù)參數(shù)比較情況如表1所示。

2 成品包裝倉庫照明設(shè)計(jì)

2.1 成品包裝倉庫照明要求

成品包裝倉庫的照明要求有以下3點(diǎn)：①大型包裝倉庫電源一般取自工段內(nèi)變配電所或附近工段的變配電所，照明供電距離遠(yuǎn)，因此，照明光源宜采用低功耗高效能燈具，便于節(jié)能。②倉庫空間高，一般選擇高天棚燈，吊裝或者吸頂安裝。結(jié)合生產(chǎn)要求和相關(guān)專業(yè)劃分的碼垛區(qū)域、疏散通道，根據(jù)防火分區(qū)設(shè)置照明配電箱，均勻布置燈具，使得光線比較均勻地照射需要照明的區(qū)域。③依據(jù)GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，一般件倉庫平均照度要求100 lx，最大允許照明功率密度值（W/m2）現(xiàn)行值為4，目標(biāo)值為3.5，顯色指數(shù)Ra為60.

2.2 照明設(shè)計(jì)中所需計(jì)算參數(shù)

2.2.1 照明功率密度LPD

照明功率密度LPD是指單位被照面積上的照明安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器），單位為W/m2。

2.2.2 利用系數(shù)

工作面上（規(guī)定的參考平面）接受的光通量與光源發(fā)射的額定光通量之比。

2.2.3 維護(hù)系數(shù)

照明設(shè)備使用一定周期后，在工作面上產(chǎn)生的平均照度與該裝置在相同條件下新安裝時(shí)產(chǎn)生的平均照度之比。

2.2.4 照度E

表面上一點(diǎn)的照度等于入射到包含該點(diǎn)的面元上的光通量與面元的面積之商，其公式為：

照度E的單位為lx。

2.2.5 室形指數(shù)

室形指數(shù)RI是表示房間幾何形狀的數(shù)值，計(jì)算公式為：

式（1）中：L為房間長；W為房間寬；h為燈具在工作面以上的高度。

3 實(shí)例介紹

下面結(jié)合工程實(shí)例，以某石化項(xiàng)目大型成品包裝倉庫為例選擇燈具。

3.1 包裝倉庫的基本情況

該成品包裝倉庫用于25 kg袋裝聚乙烯粒料的包裝和存儲。室內(nèi)部分劃為5個(gè)相同的防火分區(qū)，防火分區(qū)間用防火墻和防火卷簾門隔開。建筑結(jié)構(gòu)為輕鋼型結(jié)構(gòu)，耐火等級為2級，倉庫為丙類倉庫，2個(gè)人字形結(jié)構(gòu)，最高處凈高7.6 m，最低處凈高6.5 m，每個(gè)防火分區(qū)長寬均約間隔7.5 m設(shè)鋼立柱。包裝倉庫內(nèi)景如圖1所示。

3.2 照明設(shè)計(jì)內(nèi)容

根據(jù)包裝倉庫碼垛位置、光分布要求和照度要求，確定燈具安裝位置。每個(gè)防火分區(qū)長60 m，寬104 m，縱向2個(gè)人字形結(jié)構(gòu)，最高處凈高7.6 m，最低處凈高6.5 m，長寬各7.5 m跨設(shè)鋼立柱，屋面間隔1.5 m設(shè)檁條，間隔設(shè)置4個(gè)采光窗。根據(jù)倉庫碼垛位置，燈具均勻布置的原則，擬在每跨中心處設(shè)置一盞高天棚燈，吊裝固定在檁條上，高度距地6 m。

在設(shè)計(jì)照明時(shí)，需進(jìn)行光通計(jì)算，以確定燈具的數(shù)量和功率。光源的發(fā)光效率簡稱“光效”，是指從光源中射出的光通量與光源所消耗的電功率之比。由此可見，電流越大，光通量越大，但隨著電流的增大，光源熱損耗也增加，光效降低。

光通量是指按照國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)人眼視覺特性評價(jià)的輻射通量的導(dǎo)出量，也就是說，單位時(shí)間光源向空間發(fā)出的使人產(chǎn)生光感覺的能量，是衡量光源發(fā)光多少的一個(gè)指標(biāo)。由表1所列的技術(shù)參數(shù)可知：100 W的LED燈的光通量=光效×功率=100×100=10 000 lm。150 W的金鹵燈的光通量=光效×功率=65×150=9 750 lm。

通過計(jì)算比較可知，100 W的LED燈的光通量優(yōu)勢明顯。發(fā)光效率越高，表明照明燈具將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力越強(qiáng)，達(dá)到相同的照度要求，光效越大，越節(jié)能；相同功率的光源，光效越高，照明亮度越大。

在設(shè)計(jì)照明時(shí)，可以用平均照度法來確定所用燈具。

平均照度計(jì)算公式為：

式（3）中：Eav為被照面上水平照度，lx；N為燈具數(shù)量；Φ為光源光通量，lm；U為利用系數(shù)，取0.8；K為燈具維護(hù)系數(shù)，倉庫一般取0.7；A為被照面的面積，防火分區(qū)面積為6 240 m2。

100 W的LED燈在倉庫被照面上的平均照度為：

Eav=10 000×0.8×0.7×120/6 240=108 lx。

150 W金鹵燈在倉庫被照面上的平均照度為：

Eav=9 750×0.8×0.7×120/6 240=105 lx。

功率密度值計(jì)算公式為：

式（4）中：LPD??為照明功率密度，W/m2；P為燈具總功率，包含鎮(zhèn)流器功率，W；A為被照面的面積，防火分區(qū)的總面積為6 240 m2。

100 W的LED燈的功率密度值為：

LPD=120×100/6 240=1.92 W/m2。

150 W的金鹵燈功率密度值為：LPD=120×150×1.1/6 240=2.88 W/m2。

由此可以看出，LED功率密度值相比金鹵燈降低33.3%.

經(jīng)過計(jì)算可知，100 W的LED燈和150 W的金鹵燈在防火分區(qū)內(nèi)，平均照度在標(biāo)準(zhǔn)值±10%以內(nèi)，功率密度值低于現(xiàn)行值，滿足規(guī)范要求。

3.3 能耗比較

該倉庫共5個(gè)相同的防火分區(qū)，倉庫各參數(shù)計(jì)算公式為：

倉庫總功率P=燈具功率×燈具數(shù)量；

年耗電費(fèi)W=總功率×12 h/d×365 d×1元/kW·h。

將相關(guān)參數(shù)代入公式中可得：PLED=100×120×5=60 kW，P金鹵=150×1.1×120×5=99 kW（金鹵燈鎮(zhèn)流器功率為光源功率10%）；WLED=26.28萬元，W金鹵=43.36萬元。

下面，從倉庫總功率、年耗電費(fèi)和壽命3個(gè)方面比較LED燈和金鹵燈的情況，如圖2所示。

綜上所述，LED光源比普通光源照明功率密度低，實(shí)際節(jié)電率達(dá)39.4%，每年節(jié)省電費(fèi)17.08萬元，潛在節(jié)能減排效益大，且LED產(chǎn)品壽命周期長，免維護(hù)，成本降低，符合環(huán)保要求。

4 LED燈具的選擇要點(diǎn)

目前，市場產(chǎn)品魚龍混雜，在挑選LED產(chǎn)品時(shí)，要確保燈具本身的電氣安全性和光源的生物安全性。在選擇LED產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)該著重考慮以下問題：①LED芯片、驅(qū)動(dòng)與燈具安全、燈具壽命間的關(guān)系；②功率、照度與場所之間的關(guān)系；③色溫、透明件與視覺舒適度之間的關(guān)系；④光源光譜、藍(lán)光泄漏與視覺健康之間的關(guān)系；⑤防爆場合、三防場合、普通場合與材質(zhì)間的關(guān)系。

5 結(jié)束語

包裝倉庫一般面積大，空間高，照明用電量大，照明設(shè)計(jì)既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要保證低能耗、低成本。因此，選用經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能的照明光源很重要。隨著LED光源的逐步推廣和使用，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的建立健全，憑借LED光源的固有優(yōu)點(diǎn)和良好的節(jié)能效果，它將在節(jié)能減排方面發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：黃冉，工程師，碩士研究生，主要從事電氣設(shè)計(jì)工作。黨傳坤，工程師，碩士研究生，主要從事配網(wǎng)運(yùn)檢工作。

〔編輯：白潔〕