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          功率型LED在路燈上的應(yīng)用

          作者: 時間:2011-06-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          在日常生活中,人們所使用的光源大多接近全向輻射。全向輻射會使光能射向不需照射的區(qū)域,造成能量浪費或光污染。因此,為了讓光源發(fā)出的光能能夠得到盡可能多地利用而又不會產(chǎn)生眩光和光污染,保護光源安全可靠地工作,必須使用燈具對光源的輻射區(qū)域加以限制,在同樣光功率的情況下盡可能的增加被照區(qū)域的輻照度。使用燈具同樣會涉及到效率問題。

          為了衡量燈具利用能量效率的高低,人們用燈具輸出的光能量與燈具內(nèi)光源輸出的光能量之間的比例來衡量其效率,叫做燈具效率(也叫光輸出系數(shù))。它是衡量燈具利用能量效率的重要指標。由于燈具的用途不同,其設(shè)計形式也存在較大地差異。不同形式的燈具其效率也存在較大地差異,一般在50~80%之間。效率高的燈具其光輸出系數(shù)可達80%以上,光能能夠得到較為充分的利用。效率低的燈具其光輸出系數(shù)甚至不足25%,大部分的光能又轉(zhuǎn)化為熱能而白白浪費掉了。在照明和燈飾工程設(shè)計中,選擇光輸出系數(shù)高的燈具,在確保安全和不產(chǎn)生眩光的情況下可以起到節(jié)約能源的作用;如選擇的燈具效率低下或有相當(dāng)一部分光能射向空中,就會造成不必要的浪費。

          高亮度點電光源燈具的光輸出系數(shù)分析

          高亮度點電光源如高壓鈉燈、金鹵燈等,其光效可達60~90 lm/W以上,但由于它們輸出的光能過于集中且為全向輻射,在使用時如不對光源加以遮擋,會產(chǎn)生強烈的眩光。因此,這些光源在應(yīng)用過程中必須用燈具來增加其被照區(qū)域的照度,減少光能損耗,防止產(chǎn)生眩光。這些光源的多數(shù)光能量在燈具中產(chǎn)生一次反射或二次反射,其能量會有一定的衰減。用于和泛光燈時燈具效率較高,用于庭院燈時效率較低。上述點光源裝入燈具后的實際光效約為30~70 lm/W左右。

          節(jié)能燈在一些燈具中的光輸出系數(shù)分析

          目前節(jié)能燈使用得較為廣泛,其外形為管形,光效的典型值為60 lm/W。節(jié)能燈用于室內(nèi)的普通照明和室外的一些草坪燈時,其光能能夠得到最大限度地發(fā)揮;但用于庭院燈和筒燈時,光能的實際利用率較低。

          目前使用較為普遍的乳白色球泡庭院燈,是集照明與裝飾為一體的燈具。由于其光能近似全向輻射,故實際射向地面的光能只有燈具輸出光能量的50%。這種燈射向地面的總的光通量可按下式計算:
          Фg=Фl×δ×50%式中:Фg是燈具射向地面的總的光通量;Фl是光源總的光通量;δ是乳白色球泡燈具的透過率,一般為0.7;50%系數(shù)是因從燈具發(fā)出的全部光能中只有一半射向地面。

          若乳白色球泡燈具內(nèi)使用一盞30W的節(jié)能燈,其總的光通量為30W×60lm/W = 1800lm;則射向地面的總的光通量為:
          Фg=1800×0.7×50%=630 lm

          由此可以看出,球泡燈理論上的光利用率只有35%。在實際應(yīng)用中,由于球泡外表會受到灰塵的污染,內(nèi)部往往又會受到昆蟲的污染,因此δ值實際低于0.7。

          筒燈是室內(nèi)使用較為普遍的一種燈具。它的安裝高度較低。為了安全起見和防止產(chǎn)生眩光并考慮美學(xué)上的需求,光源大多嵌入在燈筒內(nèi)。當(dāng)節(jié)能燈用于筒燈時,大部分光能需經(jīng)過二次或多次反射方能射出;這一過程中光能會有較大地衰減。立式筒燈的光效又低于臥式筒燈。因此,當(dāng)節(jié)能燈安裝于立式筒燈內(nèi)使用時,燈具效率有時甚至不到25%,其節(jié)能效果并不明顯。

          照明燈具的光輸出系數(shù)分析

          對于而言,光能的輻射方向均為單向。在封裝時,若在出光口裝上不同折射角的透鏡,射出的光束就具有不同的輻射角度。設(shè)計師可根據(jù)各類照明的特點,合理選擇不同輻射角度的LED。

          當(dāng)LED用于時,可選擇一組發(fā)射角為1400的大角度LED。安裝時可將LED的光軸線向外傾斜300~450,這可使被照區(qū)域的照度變得更為均勻。LED發(fā)出的光無須使用任何燈罩進行反射,也無須使用任何光罩加以裝飾。它的大部分光能均直接由光源射向地面。由于燈具高度在3.5m以上,且單位面積內(nèi)的光功率比白熾燈還低,故不足以產(chǎn)生眩光,無須使用任何光罩加以遮擋。因此,LED路燈燈具的效率可高達95%。如上面提到的乳白色球泡燈,用30W節(jié)能燈時射向地面的總光通量為630 lm,而采用45 lm/W的LED時只需14W,無須外罩,其節(jié)能效果是相當(dāng)顯著的。

          當(dāng)LED用于筒燈時,可選擇一組輻射角為600的小角度LED,安裝時LED的光軸線與地面垂直。這種設(shè)計可使大部分光能能夠直接射向被照區(qū)域,只有少量的光能經(jīng)過一次反射后射出。因此LED用于筒燈時的燈具效率可達90%以上。

          除上面兩種燈具外,LED在各種照明領(lǐng)域應(yīng)用時,只要設(shè)計人員能夠?qū)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/功率型">功率型LED的性能有著充分的了解,就可以設(shè)計出具有很高光輸出系數(shù)的各類燈具。

          LED用于照明領(lǐng)域的優(yōu)勢所在

          LED用于照明領(lǐng)域具有一些特殊優(yōu)勢。首先,LED的光效已達47 lm/W,接近節(jié)能燈的典型值。在今年內(nèi)就會有95 lm/W的LED投放市場;它的問世,將使LED成為發(fā)光效率最高的光源之一。因此,用LED取代白熾燈和熒光燈等光源已不再有大的技術(shù)障礙,只是個時間問題。其次,功率型LED具有單向輻射特性。他所發(fā)出的大部分光能無須經(jīng)過反射就可直接到達被照物體,從而使光能能夠得到最大限度地發(fā)出,大幅度地提高了燈具的效率。三是因為LED的壽命超長,綠色環(huán)保。目前可采購到的功率型LED的平均無故障工作時間多在40000h以上;若每天工作11h,可用十年。它的廢棄物幾乎可以全部回收利用。這不僅節(jié)省能源,還節(jié)約了資源,保護了環(huán)境。而其他光源廢棄后會對環(huán)境造成污染,特別是熒光燈廢棄后,燈內(nèi)的汞益出會對環(huán)境及水源造成嚴重污染。四是LED光源可做到無閃爍、無紫外線,熱輻射極低,對人眼無任何危害。將LED用于室內(nèi)照明或用于人們需長時間工作和學(xué)習(xí)場所的照明,可起到真正地護眼作用。五是美學(xué)上的需求。LED憑借其外形特點,在燈具設(shè)計上會給設(shè)計師們帶來豐富地想象空間。它可集照明與色彩斑斕的夜景裝飾于一體,使城市更為美麗,使城市的夜晚更加燦爛。

          LED憑借上述優(yōu)良的特性,憑借國家對構(gòu)建節(jié)約型社會的決心,憑借《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006-2020年)中已將高效節(jié)能、長壽命的半導(dǎo)體照明產(chǎn)品列入優(yōu)先主題,相信在若干年內(nèi),LED就會在照明領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用。

          使用LED燈具的投資收益對比

          在生活小區(qū)和城市次干道的路燈工程中,電纜、變壓器及照明柜的費用占居了工程總投資的相當(dāng)一部分。如在工程設(shè)計階段就采用LED燈具,則不僅可以節(jié)省大量的電纜費用,還可節(jié)省電力變壓器的容量并酌情節(jié)省照明配電柜。因此,就工程總投資而言,采用LED路燈時總投資并無明顯增加。用LED路燈替代小區(qū)及道路原有的照明燈具,雖然燈具的投資費用有所增加,但由于它能耗很低,壽命長達40000h以上,基本做到了免維護,因此它的運營費用與其他光源相比顯得相當(dāng)?shù)牡土?。以前面介紹的乳白色球泡燈為例,球泡內(nèi)分別裝上30W節(jié)能燈或100W白熾燈。它們射向地面的光通量與14W的LED燈相當(dāng)。

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