LED灯具在成品油库中的应用

李宝云 孟 珑 田 川

（1.中国石油工程设计有限公司华北分公司电气自控室，河北 任丘 062552； 2.中国石油工程设计有限公司北京分公司电气工程室，北京 100085； 3.中国石油集团华北石化公司，河北 任丘 062552）

随着半导体照明技术的日益成熟，LED 灯具逐渐进入了我们的视线。在油田地面工程中，越来越多的业主开始偏重于LED 灯具，其应用成为一种趋势，越来越具有应用价值。下面我们将就几个方面进行分析。

1 LED 光源的特点

LED 光源的优点如下所述。

1）光效高、能耗低

目前，LED 的使用光效已达到70～90lm/W，已与传统光源相差不大。LED 的电能利用率高达80%，由于LED 是冷光源，与目前普遍使用的白炽灯、荧光灯相比，节电效率非常明显：同样的亮度，白光LED 的能耗为白炽灯的1/10，节能灯的1/4。

2）寿命长

LED 为发光二极管，为半导体元件，故障率极低，寿命远远大于传统光源，目前其实验室寿命为50000～100000h，已光通量衰减到80%时所经历的工作时间作为其寿命，其亦可达到25000h，远超传统光源。在一些需要24h 点亮、维护更换不便的地方有很大的优势。

3）起动时间短

LED 只有几ms 的响应时间，瞬间可达到全光输出。由于LED 光输出与其工作电流成正比，其工作电流的范围较大，所以可通过改变工作电流方式来调光。相对于金卤灯及荧光灯，具有的优势比较明显。

4）安全性好

LED 属于绿色照明光源，发热量低，冷光源，可以安全触摸。光色柔和，不含汞等危害健康的元素。LED 采用直流低压供电，安全可靠。LED 是固体发光光源，抗震性能好，牢固可靠绿色环保。

5）无频闪响应

LED 采用直流驱动，无传统光源频闪反应，且光线柔和保护眼睛，和传统光源相比，更利身体健康。

6）安全性好

LED 安全系数高，不会产生安全隐患，适合于油库等爆炸危险场所。

除具有以上优点外，其自身亦具有一些缺点。

1）眩光

LED 灯具光效高，发光面积小，且方向性强，从而造成光线集中，峰值亮度达，LED 峰值亮度往往高于106cd/m2，远超于荧光灯，容易在室内产生眩光。

2）价格高

LED 灯具价格远远高于普通灯具，不太让普通客户接受。

随着能源紧缺、电价越来越高、环保要求及LED的光效的提高，用LED 替代白炽灯、荧光灯、节能灯、金卤灯将成为必然，而且LED 还具有尺寸小，发光方向性强、不含红外线和紫外线光束等特点。

2 油库光源的应用现状

在油田及油库工程中，应用较多、低能耗、高光效的光源种类主要有三基色荧光灯、金属卤化物灯、金属钠灯和LED，其中荧光灯和金卤灯的应用比较广泛，本文将对荧光灯、金卤灯及LED 进行系统的比较。作为新兴能源，选择LED 灯具时，具有盲目性，通常认为选择普通灯具功率的一半，其照度即可达到设计要求，或等同于普通灯具选择，造成实际平均照度偏大或偏小，这样都不符合照度设计标准要求（建筑照明设计标准中规定：设计照度值与照度标准值相比较，可有-10%～+10%的偏差）。本文将利用DIAlux 仿真软件计算，分别模拟东莞某成品油库中房间内及道路照明，通过实验数据对比详细分析LED 灯具的特性参数，从而得到较为详实的理论依据。

3 LED 与其他光源的仿真计算

DIALux 是一款灯光照明设计软件。此软件适用于所有灯具厂家提供的灯具。DIALux 是当今市场上最具功效的照明计算软件，它能满足目前所有照明设计及计算的要求，是各界都比较认可的照明计算软件。

3.1 LED 和普通荧光灯的对比

油库内某相同办公室（6m×3.6m），分别采用节能荧光灯及LED 灯，灯具的安装高度（3.0m）及位置相同，利用DIAlux 仿真软件模拟计算，图1为采用LED 光源灯具（PHILIPS 45W，4500lm）的配光曲线和等照度曲线。

图1 LED 配光曲线（极坐标）和房间内等照度曲线

照度计算值见表1（0.75m 高工作面）。

表1 办公室LED 照度计算表

实际能效值（照明功率密度）：4.17W/m2。

图2为采用双管荧光灯（PHILIPS 2×36W，6700lm）的配光曲线和等照度曲线。

图2 荧光灯配光曲线和等照度曲线

实际效能值（照明功率密度）：6.67W/m2。

照度计算值见表2（0.75m 高工作面）。

表2 办公室荧光灯照度计算表

通过图1和图2配光曲线可以看到，相对荧光灯，LED 光源的光束角度更大，且光强较强。从仿真结果等照度曲线及照度计算表可以看出，办公室照度要达到300lx（±10%）标准要求，若采用LED灯具，需两只（PHILIPS 45W，4500lm）；若采用普通节能灯具，需采用 2 只双管荧光灯（PHILIPS 2×36W，6700lm）。从计算结果可以分析，采用LED灯具和普通荧光灯实际能效值（功率密度值）皆小于标准值 9 W/m²，且 LED 灯具的实际能效值4.17W/m²明显小于普通荧光灯6.67W/m²。其中普通荧光灯造价为LED 灯具的1/3。LED 灯具相对荧光灯节能效果明显。

3.2 LED 和金卤灯的对比

在油库水泵房内（10m×20m），分别采用防水金卤灯及防水LED 光源，灯具安装高度相同及位置相同，利用DIAlux 仿真软件模拟计算，图3为采用LED 光源灯具（49W，4375lm）的配光曲线和等照度曲线。

图3 LED 配光曲线（极坐标）和等照度曲线

实际能效值（照明功率密度）：1.96W/m2。

照度计算值见表3（0.75m 高工作面）。

表3 水泵房LED 照度计算表

图4为采用金卤灯（70W，5500lm）的配光曲线和等照度曲线。

图4 金卤灯配光曲线（极坐标）和等照度曲线

实际能效值（照明功率密度）：2.8W/m2。

照度计算值见表4（0.75m 高工作面）。

表4 水泵房金卤灯照度计算表

通过图3和图4配光曲线可以看出，LED 光源光强较强。等照度曲线及照度计算表可以看出，泵房照度要达到100lx（±10%）标准要求，若采用LED 灯具，需8 只（49W，4735lm）；若采用金卤灯具，需采用8 只（70W，5500lm）。从计算结果可以分析，采用LED 灯具实际能效值（照明功率密度）皆小于标准值4W/m2，且采用LED 灯具的实际能效值1.96W/m2明显小于采用金卤灯的2.8W/m2。其中金卤灯造价为LED 灯具的2/3。LED 灯具相对金卤灯节能效果明显。

3.3 道路照明中LED 和金卤灯的对比

油库主干道，宽15m，分别设置LED 和金卤灯，布置、数量、间距及灯具高度相同。利用DIAlux仿真软件模拟计算，图5为采用LED 光源灯具（113.5W，12745lm）的配光曲线和等照度曲线。

图5 LED 配光曲线（极坐标）和等照度曲线

照度计算值见表5。

表5 道路LED 灯具照度计算表

图6为采用金卤灯（250W，22000lm）的配光曲线和等照度曲线。

照度计算值见表6。

通过图5配光曲线可以看出，LED 光源光强较强。等照度曲线及照度计算表可以看出，主干道达到30lx 照度要求时，在灯具布置相同的基础上，LED灯具的功率远小于普通金卤灯具。其中普通道路金卤灯的造价是LED 路灯的1/2。

图6 金卤灯配光曲线（极坐标）和等照度曲线

表6 道路金卤灯照度计算表

4 现场应用及探讨

通过以上仿真结果及计算数据可以看出，选用LED 光源时，不能简单按普通灯具功率的比例设计，应在具体环境条件下，根据实际计算结果选择。短期来讲，应用LED 光源投资较高。但从节能减排方面考虑，无论是室内场所还是室外环境，LED 光源都可以大量节省电能，而且采用LED 灯具的照明功率密度值明显小于荧光灯和金卤灯。项目施工结束后，我们通过照度测量仪对油库现场室内外照明环境进行了实际勘测，测量结果基本和理论计算相符合。LED 灯具的应用得到了油库业主的认可。

其次LED 灯具的光通量损失与传统光源不同，从光谱曲线可以看出LED 是半空间（120°）发光 的光源，荧光灯、高压钠灯或金卤灯是全空间发光的光源，需要将一个半空间的出射光线改变180°方向投向另一半空间内。当我们依赖反射器来完成时，反射器对光线的吸收和光源自身的挡光是不可避免的。而是用LED 作为光源不会存在这方面的损失，光线的利用率比传统光源高，且LED 光源不含有有害金属汞，不会在报废时对环境造成危害，而当荧光灯或金卤灯破碎时，其中的汞会马上蒸发到空气当中，瞬间使周围空气中的汞浓度达到10～20mg/m3，超过国家规定的1000～2000 倍。

LED 灯具作为冷光源，长时间点亮时，表面温度＜45°，且其光谱中没有紫外线和红外线，即没有热量和辐射，从而减少二氧化碳、二氧化硫及其它有害化学成分的排放，减少对环境的污染，采用直流供电，有效提高光线的显色指数RA≥0.7，保持物品的色彩真实度，保护人体的视觉，为绿色照明光源。

随着科技水平的进步和制造工艺的不断提升，LED 的流明成本会大规模降低，其前景会越来越广阔。

[1] GB 50034—2004 建筑照明设计标准.

[2] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].2 版.北京: 中国电力出版社,2006.

[3] 蒋明刚.新型LED 灯具在室内照明的应用[J].科技咨询,2012(15): 244.

[4] 吴家骏.LED 光源在建筑照明中的应用[J].建筑电气,2011(11): 58-61.