LED在工业厂房照明设计中的应用

2020-09-22朱明璞

工程技术研究 2020年16期

朱明璞

（机械工业第九设计研究院有限公司，吉林长春 130000）

LED光源不但能即时点亮，而且其使用周期长，环保性能出色，故LED光源成为如今市场上最受欢迎的照明光源。若能将其应用在工业厂房照明设计中必然会在一定程度上提高照明质量。工厂占地面积大，低功率光源不易在满足功率密度的前提下满足其照明需求，因此工厂的电气设计与其他施工场所有所不同，建议使用高功率的深照型LED光源。

1 LED光源在工业厂房电气设计中的优势

1.1 节能环保性高

LED光源的发光效率与常规金属卤化物灯接近，并且在相同的照明条件下，功耗仅为荧光灯功耗的一半。日本福岛事故后。日本政府正在积极推广LED照明。据估计，光效是荧光灯两倍的LED取代日本白炽灯和荧光灯，每年将节省60亿L原油。具有相同照度的荧光灯，其功率超过40W时，每个LED光源的功率只有8W。目前，LED技术发展迅速，光效会逐渐提高。

1.2 寿命长响应快

在工业工厂中，很难安装和维护灯具。选择长寿命的光源可以节省大量的人力和物力。LED光源理论寿命达到100000h。一般来说金属卤化物灯的寿命为8000～15000h，高压钠灯的平均寿命为16000～30000h。值得注意的是，LED光源的寿命与整个灯的寿命不同，并且目前尚无关于寿命为30000～50000h的LED灯的实验和测试的可靠数据。许多因素都会影响LED光源的寿命。如果使用大功率光源，LED的工作环境会更加复杂，因此有必要科学分析和调整LED的寿命。

2 影响LED整灯寿命的主要因素

2.1 封装结构的IP等级

工业厂房中的某些房间潮湿且尘土飞扬，因此LED灯的包装水平与灯的寿命有很大关系。包装材料，例如荧光粉、树脂的质量起着重要作用。如今市场上的制造商可以生产具有最高IP68和驱动功率的灯，因此为不同的房间选择相应的IP等级的灯非常重要。

2.2 LED灯具的散热性

市场上大多数LED的电光转换效率约为20%或更低，并且会产生大量热量。LED的温度升高会降低发光效率并恶化照明效果、色温偏差。驱动电路的稳定性降低，包装材料过时效，缩短了寿命并降低了经济性。

2.3 发光效率高光色好

LED灯效率更高，它可以达到110～1501m/W，是后起之秀的光源，并且发光效率近年来呈指数级增长。在市场上，LED光源的发光效率一般已达到1201m/W以上。

2.4 安全性能强

由于工厂环境复杂，有爆炸和火灾的危险。因此，照明设备必须考虑其安全性能。金属卤化物灯爆炸时会产生有毒气体，例如汞。即使灯具采取了保护措施，仍然存在潜在的安全隐患，在点亮时必须触发较高的非安全电压，并且存在潜在的安全隐患。一是影响室内温度，二是温升大容易引发火灾。LED光源的功率相对较低且不会产生有毒气体，比其他种类的光源相对安全。

3 LED光源在工业厂房中应用存在的问题

3.1 造价问题

当前，LED光源通常比常规光源更昂贵。它需要更复杂的光学、热和驱动器设计。具有相同照明设计的LED光源的价格是高压钠灯和金属卤化物灯的3～4倍。尽管节省了能源和功率，但是初始投资很高，总体经济性不好。

3.2 散热性问题

目前市场上制造商的技术水平参差不齐，不能解决散热问题，容易造成光衰，引发发光效率降低。

3.3 缺失LED光源相关规范及实验数据

大功率LED光源的某些光源参数尚未确定，如显色性、色温等，没有官方的测量数据。当前的照明规范中不考虑LED光源，限制了LED的普及。当节能灯在1990年代初首次投放市场时，其价格是白炽灯的100倍，因此消费者无法接受这种节能但不经济的照明灯。但是经过20年的科学研究和推广标准，可发现LED的发展前景是不可预测的。最近，美国能源部宣布了开发LED照明的计划，已经提出了LED产业的许多发展目标，其中主要的目标之一就是降低成本，提高发光效率并降低零售价格。可以看出，LED的发展进入了正确的轨道，中国将不可避免地积极推动LED产业的发展和技术研究，并将尽快制定相关标准，以促进LED产业的发展。

4 LED在工业厂房照明设计中的应用

4.1 工业厂房照明光源选择方案对比

工业厂房的典型光源是荧光灯和金属卤化物灯。LED灯与荧光灯和金属卤化物灯相比其各项性能指标具体参数如表1～表2所示。

表1 LED灯与荧光灯相比各项性能指标参数表

表2 LED灯与金属卤化物灯相比各项性能指标参数表

4.2 工业厂房LED照明工程案例分析

在汽车厂房的照明设计项目中，原始照明设计主要使用36W长管荧光灯、18W短管荧光灯、18W筒灯和250W常规高顶灯。LED照明产品正用于替代现有的照明产品，以节省能源并改善照明质量。LED照明和原照明灯具对比分析如表3所示。

表3 LED照明和原照明灯具对比分析

（1）厂房大空间LED照明设计。厂房大空间的参数如表4所示。其中空间高度为9.600m，安装高度为9.600m，维护系数为0.800，工作表面高度为0.750m，比例为1∶3014。

（2）工厂辅助间LED照明设计。工厂辅助间的参数如表5所示。其中空间高度为5.00m，安装高度为4.00m，维护系数为0.80，工作面高度为0.80m，比例为1∶253。

表4 厂房大空间参数

表5 工厂辅助间参数

（3）项目分析。①项目运营分析。将项目替换为LED灯后，运行良好。初始投资比以前要高，但运营后每年的节能量要比之前大，维护成本也要比之前低。灯光得到了改善，整个厂房内视觉效果显著提升。②照明指标数据分析。在该项目中使用的LED光源平均寿命约为10000h，约为荧光灯寿命的4倍。LED光源不含汞，因此在制造、组装、使用、处置和回收期间不会对环境造成污染。③分析项目的投资回收期。经测算，更换LED计划可在第一年后收回投资成本，5年共可节省成本62.3万元。项目的投资回收期分析如表6所示。