LED在工業(yè)廠房照明設(shè)計中的應(yīng)用

朱明璞

（機械工業(yè)第九設(shè)計研究院有限公司，吉林 長春 130000）

LED光源不但能即時點亮，而且其使用周期長，環(huán)保性能出色，故LED光源成為如今市場上最受歡迎的照明光源。若能將其應(yīng)用在工業(yè)廠房照明設(shè)計中必然會在一定程度上提高照明質(zhì)量。工廠占地面積大，低功率光源不易在滿足功率密度的前提下滿足其照明需求，因此工廠的電氣設(shè)計與其他施工場所有所不同，建議使用高功率的深照型LED光源。

1 LED光源在工業(yè)廠房電氣設(shè)計中的優(yōu)勢

1.1 節(jié)能環(huán)保性高

LED光源的發(fā)光效率與常規(guī)金屬鹵化物燈接近，并且在相同的照明條件下，功耗僅為熒光燈功耗的一半。日本福島事故后。日本政府正在積極推廣LED照明。據(jù)估計，光效是熒光燈兩倍的LED取代日本白熾燈和熒光燈，每年將節(jié)省60億L原油。具有相同照度的熒光燈，其功率超過40W時，每個LED光源的功率只有8W。目前，LED技術(shù)發(fā)展迅速，光效會逐漸提高。

1.2 壽命長響應(yīng)快

在工業(yè)工廠中，很難安裝和維護燈具。選擇長壽命的光源可以節(jié)省大量的人力和物力。LED光源理論壽命達到100000h。一般來說金屬鹵化物燈的壽命為8000～15000h，高壓鈉燈的平均壽命為16000～30000h。值得注意的是，LED光源的壽命與整個燈的壽命不同，并且目前尚無關(guān)于壽命為30000～50000h的LED燈的實驗和測試的可靠數(shù)據(jù)。許多因素都會影響LED光源的壽命。如果使用大功率光源，LED的工作環(huán)境會更加復(fù)雜，因此有必要科學分析和調(diào)整LED的壽命。

2 影響LED整燈壽命的主要因素

2.1 封裝結(jié)構(gòu)的IP等級

工業(yè)廠房中的某些房間潮濕且塵土飛揚，因此LED燈的包裝水平與燈的壽命有很大關(guān)系。包裝材料，例如熒光粉、樹脂的質(zhì)量起著重要作用。如今市場上的制造商可以生產(chǎn)具有最高IP68和驅(qū)動功率的燈，因此為不同的房間選擇相應(yīng)的IP等級的燈非常重要。

2.2 LED燈具的散熱性

市場上大多數(shù)LED的電光轉(zhuǎn)換效率約為20%或更低，并且會產(chǎn)生大量熱量。LED的溫度升高會降低發(fā)光效率并惡化照明效果、色溫偏差。驅(qū)動電路的穩(wěn)定性降低，包裝材料過時效，縮短了壽命并降低了經(jīng)濟性。

2.3 發(fā)光效率高光色好

LED燈效率更高，它可以達到110～1501m/W，是后起之秀的光源，并且發(fā)光效率近年來呈指數(shù)級增長。在市場上，LED光源的發(fā)光效率一般已達到1201m/W以上。

2.4 安全性能強

由于工廠環(huán)境復(fù)雜，有爆炸和火災(zāi)的危險。因此，照明設(shè)備必須考慮其安全性能。金屬鹵化物燈爆炸時會產(chǎn)生有毒氣體，例如汞。即使燈具采取了保護措施，仍然存在潛在的安全隱患，在點亮時必須觸發(fā)較高的非安全電壓，并且存在潛在的安全隱患。一是影響室內(nèi)溫度，二是溫升大容易引發(fā)火災(zāi)。LED光源的功率相對較低且不會產(chǎn)生有毒氣體，比其他種類的光源相對安全。

3 LED光源在工業(yè)廠房中應(yīng)用存在的問題

3.1 造價問題

當前，LED光源通常比常規(guī)光源更昂貴。它需要更復(fù)雜的光學、熱和驅(qū)動器設(shè)計。具有相同照明設(shè)計的LED光源的價格是高壓鈉燈和金屬鹵化物燈的3～4倍。盡管節(jié)省了能源和功率，但是初始投資很高，總體經(jīng)濟性不好。

3.2 散熱性問題

目前市場上制造商的技術(shù)水平參差不齊，不能解決散熱問題，容易造成光衰，引發(fā)發(fā)光效率降低。

3.3 缺失LED光源相關(guān)規(guī)范及實驗數(shù)據(jù)

大功率LED光源的某些光源參數(shù)尚未確定，如顯色性、色溫等，沒有官方的測量數(shù)據(jù)。當前的照明規(guī)范中不考慮LED光源，限制了LED的普及。當節(jié)能燈在1990年代初首次投放市場時，其價格是白熾燈的100倍，因此消費者無法接受這種節(jié)能但不經(jīng)濟的照明燈。但是經(jīng)過20年的科學研究和推廣標準，可發(fā)現(xiàn)LED的發(fā)展前景是不可預(yù)測的。最近，美國能源部宣布了開發(fā)LED照明的計劃，已經(jīng)提出了LED產(chǎn)業(yè)的許多發(fā)展目標，其中主要的目標之一就是降低成本，提高發(fā)光效率并降低零售價格。可以看出，LED的發(fā)展進入了正確的軌道，中國將不可避免地積極推動LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)研究，并將盡快制定相關(guān)標準，以促進LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4 LED在工業(yè)廠房照明設(shè)計中的應(yīng)用

4.1 工業(yè)廠房照明光源選擇方案對比

工業(yè)廠房的典型光源是熒光燈和金屬鹵化物燈。LED燈與熒光燈和金屬鹵化物燈相比其各項性能指標具體參數(shù)如表1～表2所示。

表1 LED燈與熒光燈相比各項性能指標參數(shù)表

表2 LED燈與金屬鹵化物燈相比各項性能指標參數(shù)表

4.2 工業(yè)廠房LED照明工程案例分析

在汽車廠房的照明設(shè)計項目中，原始照明設(shè)計主要使用36W長管熒光燈、18W短管熒光燈、18W筒燈和250W常規(guī)高頂燈。LED照明產(chǎn)品正用于替代現(xiàn)有的照明產(chǎn)品，以節(jié)省能源并改善照明質(zhì)量。LED照明和原照明燈具對比分析如表3所示。

表3 LED照明和原照明燈具對比分析

（1）廠房大空間LED照明設(shè)計。廠房大空間的參數(shù)如表4所示。其中空間高度為9.600m，安裝高度為9.600m，維護系數(shù)為0.800，工作表面高度為0.750m，比例為1∶3014。

（2）工廠輔助間LED照明設(shè)計。工廠輔助間的參數(shù)如表5所示。其中空間高度為5.00m，安裝高度為4.00m，維護系數(shù)為0.80，工作面高度為0.80m，比例為1∶253。

表4 廠房大空間參數(shù)

表5 工廠輔助間參數(shù)

（3）項目分析。①項目運營分析。將項目替換為LED燈后，運行良好。初始投資比以前要高，但運營后每年的節(jié)能量要比之前大，維護成本也要比之前低。燈光得到了改善，整個廠房內(nèi)視覺效果顯著提升。②照明指標數(shù)據(jù)分析。在該項目中使用的LED光源平均壽命約為10000h，約為熒光燈壽命的4倍。LED光源不含汞，因此在制造、組裝、使用、處置和回收期間不會對環(huán)境造成污染。③分析項目的投資回收期。經(jīng)測算，更換LED計劃可在第一年后收回投資成本，5年共可節(jié)省成本62.3萬元。項目的投資回收期分析如表6所示。

表6 項目的投資回收期分析 單位：萬元

5 結(jié)束語

綜上所述，LED在工業(yè)廠房照明中的應(yīng)用前景廣闊，未來必將得到大規(guī)模的推廣。基于其照明效果、投資回報率和節(jié)能等各個方面的優(yōu)勢，LED照明可緩解用電高峰期經(jīng)常斷電的用電壓力，提高工業(yè)廠房照明的照明質(zhì)量，減少能耗。