绿色照明节能系统技术的应用和分析
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  太阳能光线照明系统技术的原理是什么?

  20世纪70年代能源危机后,能源和环境问题举世瞩目,建筑物如何充分利用太阳光,节能照明用电,引起国际建筑和照明界的高度重视。自1983年以来,国际照明委员会就先后召开了四次国际建筑采光学术会议,1998年在德国Bregenz召开的照明大会(Licht'98)会上,与会700多人,特别是建筑师对建筑采光十分关注。

  建筑中如何有效地利用太阳光,近年来国内外建筑采光工作者提出了不少利用太阳光的采光方法和设想。

  光导纤维法。此法是结合太阳跟踪,透镜聚焦等一系列专利技术,在焦点处大幅提升太阳光亮度,通过高通光率的光导纤维将光线引到需要采光的地方。能进行紫外线大幅拦截,有利于人类健康。目前产品商业运用已趋成熟,通过一组光纤把阳光引入室内,照明中庭及中庭的绿色植物,照明效果很好。这一专利方法制造的产品,目前在国外已开始普及推广,人们将其与健康紧密联系受到推崇,使得太阳光采光的商业化运用进程加速,成为时尚。

  使用平面反向镜的一次反射法。用反光镜一次将太阳光反射到室内需要采光的地方。这种方法对提高侧窗采光的均匀度具有较明显的效果,但光污染较严重。

  导光管法。用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方,如中国建筑科学院已通过鉴定的无窗厂房和地下建筑天然采光研究成果,就是用此法进行天然采光的,但其对太阳光基本没有处理。

  利用阳光的采光设计和采光窗的多样化

  以往的建筑采光设计都是假定天空是阴天,不考虑直射阳光。这样的采光设计计算简单,对阳光多变带来的采光不稳定,过热、眩光和阳兴的光化作用等问题都回避掉了。随着科学技术的发展,特别是节能的影响,人们对晴天和平均天空采光设计与计算进行了大量研究,并初步提出一套设计方法。国际照明委员会的天然采光技术员委会也专门组织各国专家对近年取得的采光设计经验和科技成果进行了总结,编写了《国际采光指南》,为设计、科研、教学和有关人员提供了设计依据和标准。利用晴天采光计算方法设计采光,约可减小15%的开窗面积,具有重要的节能和经济意义。另外直射阳光进入室内,不仅可给人们提供时间信息,多变的阳光和室内植物装饰,可增加室内视环境的情趣,赋于人有大自然的感受,可产生一种独特的艺术效果。

  采光窗作为建筑构成一个元素,功能上要考虑光、热与隔声的问题,在艺术上应和建筑风格协调一致,在视觉上要求舒适,无眩光。建筑师根据不同建筑要求设计采光窗。目前除常见的侧窗和天窗外,天穹式采光窗、带反射挡光板的采光窗、薄膜采光窗、阳光凹井采光窗、带跟踪阳光的镜面格栅窗和全反射采光窗使用也不少,呈现出采光窗多样化的发展趋势。

  太阳能光纤灯是利用太阳能作为能源,直接地把太阳光引入室内进行照明,再通过光纤系统进行照明,光纤照明系统是由光源、反光镜、滤色片及光纤组成,如下图所示:

  上图中的光源既可以是普通电源也可以是通过太阳能光伏发电产生,而最直接的方法是将其改造为直接利用太阳光作为光源.

  室外的自然光透过采光罩导入到照明系统中进行重新分配,经过光导管(光纤)传输和强化后由系统底部的末端附件(室內末端投射装置)把自然光均匀高效的照射到室内,带来自然光照明的特殊效果.

  集光器(即采光罩)安装在屋外可以整日不受任何限制随时采光,使集光效率发挥到最大。但是也可以加装太阳方位追踪器,可使集光器集光效果提升。

  光纤照明的特点 :

  1)光纤照明可以通过滤光装置获得我们所需要的各种颜色的光,以满足不同环境下对光色彩的需求.

  2)由于光纤的自身特性和光的直线传播原理一样,光纤在理论上可以把光线传播到任何地方,满足了实际应用的多元性化.

  3)光纤照明实现了光电分离,这是一个性质的飞跃,不仅安全性能提高,而且应用领域大大的拓宽了.

  4)通过光纤配件的设计和安装,照明从抽象化转变为形象化.光纤照明赋予了光线质感、空间感,甚至赋予了光线生命和性格.

  5)光纤照明系统光色柔和,没有光污染.光纤装饰照明采用过滤光谱的方式改变光源发光颜色,通过光纤传导后,色彩更显柔和纯净,给人的视觉效果非常突出.

  6)一般的光源所产生的光谱不仅包括了可见光,还包括了红外线和紫外线.在一些特殊场合,红外线和紫外线都是我们可以避免的,比如文物照明.由于塑料光纤的低损耗窗口位于可见光谱的范围,红外线和紫外线的透过率很低,在加上对光源机的特殊处理,所以从光纤发出来的光都是没有红外线和紫外线的.

  应用意义:

  我国的照明约占总耗电量10%,而目前普遍使用的照明灯具只有约15%转化成光能,也就是说有80%多的能量是以热形式耗去的.合理利用自然资源,让廉价的太阳能资源充分发挥出它的效能,营造出一个绿化的社会,缓解电能的需求,延长不可再生能源(如煤等)的使用寿命,符合国家产业政策,是国家大力提倡和支持的产业方向。 由于光纤照明的独特优点,它已广泛地应用于各种场合,并在不断地推广中.它主要适合在商场、运动场馆、写字楼、地下室、飞机、剧院等地的昼间照明。例如很多大商场在白天都需要保证足够的照明度,因此装备了较多的灯具,虽然这些灯具具有一定的美化环境的作用,但却浪费了大量的电能。如果采用阳光照明系统来保证日间的照明,不仅节省电费开支,减少环境的污染,而且还提供了来自大自然的舒适光线。

  太阳能光纤照明是一种新颖的照明技术,随着产品的成熟及新应用领域的开发,将会得到更广泛的应用同时在大力普及中不断提高,成本不断降低,产品更为成熟。让光纤照明早日走进寻常百姓家,为大众服务。


 

  管道日光照明系统的技术原理是什么?

  管道日光照明系统是一种将阳光通过前端捕捉,中间传输及后端慢射原理,将外部自然光引入室内的一项技术。

  系统的前端采集捕捉技术的主要有两种方式,主动式和被动式,主动式则是主动的定位太阳位置,然后采集阳光,这种定位一般通过GPS卫星定位、光敏传感器或依靠各地区年平均的太阳轨迹路径来定义太阳的行走路径。而被动式,则是被动的将阳光通过固定的路径引入,即当有光线照射到采光罩部分时,采光部分即开始将光线进行反射及折射到传输部分,然后通过管道将自然光传输到室内达到照明效果。

  日光照明系统的另外一个最重要的部分,就是智能控制方式,我们将阳光引入室内时,如何有效控制,如何在不同的场合提供不同的光照度,如何在无光线时启动电灯照明,以及如何控制平衡等。

  自然光与电灯满足室内恒定的照度等问题,这个都是智能日光照明系统与传统日光照明系统的区别。智能化的日光照明系统,可以理解为通过采光罩的工艺改造,例如,利用光线折弯技术,以及通过对正午强光、高热、紫外线反射过滤,只引入适量的光等,或者通过管道内的遮光板来进行简单的光线照度控制。不过智能日光照明系统,则更多的是自然光与电灯的综合控制。在很多对光线要求严格的场合,例如实验室,诊疗室及需要恒定光照度等的场所,如何有效的保证在自然光不足时,电灯能够逐渐提供特定的照度补充,让室内维持恒定的光照度环境,这是智能系统所要解决的问题。试验证明,人们在一个照度恒定的场合工作,效率及舒适度都比光线更替明显的场合高很多,因此,智能化的日光照明系统将是最终的发展需要。

  管道日光照明系统是一种建筑节能减排的新技术之一,能有效降低建筑物照明能耗。日光照明系统是将阳光通过前端捕捉,然后通过反射管道向下改道,透过安装于天花板上不同的反射面(漫射器),将自然光均匀分布到建筑内部的区域,同时通过智能控制,可以与日常照明系统结合使用,在晚上或阴天仍然由日常照明系统提供光源。

  首先,从建筑能耗来分析,数据显示电耗占到建筑年度能耗的40%,我们不得不通过各种方式来减少电能消耗,最先考虑的节能灯,于是,出现了室外阳光明媚,室内照样灯火辉煌的景象,我们可能会觉得我们已经比原来的普通照明省电了,而没有去想如何将免费充足的阳光引入室内。这时,有人便建议在建筑外立面及穹顶开更多的窗来解决照明问题,于是设立了广泛的玻璃窗,这样,我们当然可以获得更多的阳光,但是,同时引入室内的便是中午时分冗余的热、灰尘、有害的紫外线和眩目刺眼的光,这时,便又有人通过加装外遮阳系统进行屏蔽过量阳光,这样做当然起到一定的作用,也有效的解决的光与热的矛盾,但是这时那些建筑内部的区域和特殊的建筑便映入我们的视线,开窗所能引入阳光的区域仅限于开窗的房间,而建筑内部的走廊,洗手间,储藏室等没有与外界直接连接的部分光线则不同通过建筑外立面的窗户引入,这时,我们需要通过例如日光照明系统来满足对光的需求。

  其次,对于如工厂、仓库等水平占地大的区域,在屋顶开天窗及架设遮阳系统从成本及可行性都实难通过,但是工厂照明的耗电又是极其巨大的,因此,日光照明系统便是不错的选择。

  另外,比如体育场馆,比赛时对灯光要求极其严格,开天窗或者侧窗时,站在迎光面的运动员则在太阳直射时会明显感到刺眼,因此有损比赛的公平,同时,如果通过射灯来照亮赛场,也会对运动员的视觉有一定的影响,所以,通过日光照明系统,在屋顶或者侧面将室外的自然光引入室内,除让运动员感觉舒服外,也避免了热量和眩光的引入,同时,很大程度上也减少了电能的消耗,进而减少了二氧化碳的排放,达到了即提高室内人员舒适度的同时,也建筑节能的双重优点。

  通过以上关于日光照明优点的分析对比,我们可以知道日光照明系统是一种建筑节能减排的不错的新技术之一。从系统架构上,我们也有了一定的了解,那么究竟日光照明系统的原理是什么?如何实现将阳光引入室内呢?下面我们就大多数日光照明采用的架构,即光导管技术进行简要的介绍。日光照明系统光导管采光结构为通过屋顶的采集装置捕获阳光,然后通过反射管道向下改道,透过安装于天花板上不同的反射面(漫射器),将自然光均匀分布到建筑内部的区域,同时,通过智能控制,可以与日常照明系统结合使用,在晚上或阴天可由日常照明系统提供光源。

  日光照明系统的大规模应用,倡导了建筑节能的新理念,而且结构简单、安装拆卸灵活、造价低廉,能够造成舒适的建筑光环境,在欧美等国家得到广泛应用。国外的经验证明,安装光导管后的住宅室内的光环境质量显著改善,在晴朗的白天完全可以不再使用电光源照明,光导管导入的自然光完全可以满足人们的日常活动的照明和采光需求,而且对人们的身体健康有利,安装采集太阳光的光导管的住宅大大地减少了“季节综合症”的发病率。

  日光照明系统基本不涉及能耗,极尽建筑节能之概念。就管道架构来讲也是通过可调的管道设计,以最小的建筑结构改变,便可满足安装需要。该系统能在昼间提供工矿厂房、学校、医院、商场超市、体育场馆、展览馆、海洋馆、博物馆、政府办公楼、监狱、飞机场馆、火车站候车室、汽车站候车室、地铁、轻轨、各类流动房间、地下通道、酒店、旅馆、家庭住宅、别墅、高级会所等所需的照明的室内区域。同时,也是我们实现建筑节能减排,促进可持续发展的一项非常值得关注并值得发展的新兴应用技术。

 

  大功率LED路灯存在哪些问题如何解决?

  针对世界金融风暴的应对,中央拿出4万亿连同地方财政的支持预计将有10多万亿的资金投入到国家交通、扶持企业、完善基础建设上。最近国家科技部在全国启动“十城万盏”LED路灯半导体照明应用工程,在这股强劲东风下,一贯得到政府支持的半导体照明产业,将是一个大发展的契机。许多企业都看好这个朝阳产业的发展空间,特别是半导体户外照明的明显节能优势。近2年一哄而上的诸多企业,在还不甚了解半导体道路照明制作的特点下,模拟、仿造、沿着现今的常规照明路灯多种“蛇头”形状制作,一时间“百家争鸣,百花齐放”的产品纷纷推向市场。经过这两年上路实验情况的检验,大部分的产品均存在不同程度的问题。

  大功率LED路灯技术问题具体表现在:

  1.由于对LED光源工作条件的要求不甚了解造成光衰减严重甚至于死灯。

  2.对道路照明要求感悟不足,科学性点光源光学配光难点及对色温在道路照明中的重要性忽略,易造成眩光,斑马效应和在空气污染严重,下雨有雾天气的环境中,造成灯亮地面不够亮的现象。

  3.对保证LED工作条件和对电源技术性的认知程度不足,造成产品在电源上的故障层出不穷。

  4.对当今LED路灯实用性道路的应用概念不清,盲目的与大功率气体放电灯“媲美”不计成本的制作超大功率LED路灯,造成不切合实际的价格昂贵的路灯产品难以推广。

  5.对道路照明要求模糊,实际使用维护的欠考虑,造成直接使用业主的抵制。

  本人针对以上问题与大家一起讨论解决方案:

  对LED光源的工作环境这个问题的讨论,需具备了解LED的基本常识;发光二极管其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,其现今大功率LED发光效率约为30%,70%将是热能,需要将其散热处理。大功率白光LED的结温TJ在亮度衰减70%时与寿命的关系可看出:TJ=50℃时,寿命为90000小时,TJ=80℃时,寿命降到34000小时,TJ=115℃时,其寿命只有13300小时了。TJ在散热设计中要提出最大允许结温值TJmax,实际的结温值TJ应小于或等于要求的TJmax,即TJ≤TJmax。

  从以上的测试数据图示经测试发光二极管可正常工作的环境温度其结温温度应(<85℃)。高于此温度范围效率将大大降低,甚至于烧毁。可以看出温度对其直接影响的重要性。特别值得一提的是,对散热材料的热平衡速度要求重视度,造成光源的热得不到有效的处理引起光衰减严重。现在许多生产厂家大功率LED的热沉散热壳体应用基本采用不同的合金铝材料,其导热系数不一,一些材料的散热速率难以满足LED工作条件。不可忽略的铝基板及导热硅胶,硅脂材料的导热环节,使用材料的实际寿命质量,将直接影响LED的工作散热条件。如何减少中间环节,直接与热沉散热近距离接触将热量快速达到平衡的有效散热,是现今高质量的LED灯具产品开发需考虑的方向。

  先从材料分析:金属的热传导系数表:

  银 429铜 401金 317铝 237铁 80锡 67铅 34.8

  银热传导系数比较好,但缺点就是价格太高,纯铜散热效果则次之,但已经算是非常优秀的了。不过铜也有缺点:造价高、重量重、不耐腐蚀等。所以现在大多数散热片都是采用轻盈坚固的铝材料制作的,其中铝合金的热传导能力最好,好的风冷散热器一般采用铝合金制作。至于铜,目前市场上也出现了纯铜的散热器,铜的导热性能比起铝要快的多,但铜的散热没有铝快,铜可以快速的把热量带走,但无法在短时间内把本身的热量散去,另外铜的可氧化性是铜本身最大的弊病。当铜一旦出现氧化状态,从导热和散热方面都会大大的下降。

  从对比上看,最好的散热材料也并不是铝材。铜和铝的对比中形成了一种新型的工艺——铜铝结合。所谓的铜铝结合就是把铜和铝用一定的工艺完美的结合到一块,让铜快速的把热量传给铝,再由大面积的铝把热量散去,这不但增充了铝的导热不及铜,还弥补了铜的散热不如铝,有机的结合从而达到急速传热快速散热的效果。

  多篇文章中都阐述了散热是靠面积而不是看体积的大小,许多企业都了解了个中道理,壳体采用多层翅片散热,但对热沉散热壳体的翅片忽略了防尘和积尘,日积月累将会影响壳体的散热效果。应从在自然条件下规避积尘的最小化,不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性。保证热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响,散热通道的畅通,做到真正的长寿命。

  大家共同来探讨一个设计方式:散热是靠面积的道理显而易见,是否可以将散热面做成柱状或多面形锥体。

  在增加散热面保证散热效果的基础上,解决了不同方向的风和雨的自然冲刷可易性和清除灰尘的粘敷性的问题,保证了热沉壳体的散热效果不受恶劣环境的影响。

  以现在的金属加工技术来看,机械加工是不可能做出理想化的绝对的平整表面,即便是镜面,也有很多细小的坑凹,只是肉眼不太容易发现,除了表面上存在坑凹外,还会有很多细小杂质,如灰尘什么的。当散热器表面和芯片表面接触时,存在的很多沟壑或空隙中都是空气。空气的导热能力很差,因此必须用其它物质来降低热阻,否则散热器的性能会大打折扣,甚至无法发挥作用。

  作为解决办法,导热介质就应运而生了,它的作用就是填充两个接触表面之间大大小小的空隙,增大发热源与散热片的接触面积。导热硅脂是我们最常见的导热介质。

  导热硅脂是用来填充铝基板与散热片之间的空隙的材料的一种,这种材料又称之为热界面材料。其作用是用来向散热片传导铝基板散发出来的热量,使铝基板温度保持在一个可以稳定工作的水平,防止铝基板因为散热不良而损毁,并延长使用寿命。

  作为一种化学物质,导热硅脂有着一些反映自身特性的相关性能参数。了解这些参数的含义,大致上可以判断一款导热硅脂产品的性能高低。

  导热系数(Thermal Conductivity),导热系数的单位为W/m•K(或W/m•℃),表示截面积为1平方米的柱体沿轴向1米距离的温差为1开尔文(K=℃+273.15)时的热传导功率。数值越大,表明该材料的热传递速度越快,导热性能越好。

  目前主流导热硅脂的导热系数均大于1W/m•K,优秀的可达到6W/m•K以上,是空气的200倍以上。但是和铜铝这些金属材料相比,导热硅脂的导热系数只有它们的1/100左右,换而言之,在整个散热系统中,硅脂层其实是散热瓶颈之所在。对于一个散热系统而言,不仅是散热器的事,导热介质也是很重要的组成部分:

  散热系统的总热阻 = 散热器热阻 + 导热介质热阻

  导热硅脂作为我们最常用的导热介质,其重要性不言而喻了,要降低其热阻,一方面取决于产品本身的性能, 另一方面取决于对产品的使用。因此我们要尽量选用那些导热性能好热阻低的导热硅脂,并在使用上多加注意,在保证硅脂完全填充热源和散热器表面空隙前提下,涂抹方式硅脂层尽可能地薄。

  值得大家注意的是普通导热硅脂在高温环境中使用一段时间后会出现“干化”或“硬化”现象,将会大大影响散热效果。因此在铝基板与热沉之间的导热环节需重视。

  有关人士正研究在热沉材料上进行特殊的陶瓷化处理直接安装线路,经过这样的优化后将会根本解决散热的导热环节。

  从国内现有参与制作LED路灯的企业厂家来看,大部分是没有制作过路灯,对路灯制作的技术具体要求较模糊,互相参照模仿,以常规传统“蛇头”形状制作具多。当今LED路灯矩形状的重量与风阻影响着路灯的改造安装,在光学配光和维护要求上与其常规气体放电灯灯具相比难度较大,特别是直接的使用方业主反应强烈,给应用推广带来了困难。

  我从国家电光源检测中心得到的相关信息,在诸多厂家送检产品中就在IP防护这一项目上,绝大多数存在问题,而且意识不到问题的所在,认为我们的产品在水里都浸泡过也没有问题,怎么到检测中心就出问题?相信也有些产品在使用一段时间暴露出光源腔体存有水气。我看到许多厂家在检测中心排队送检的产品,感到心痛,很多弯路是可以避免的。在灯体密封结构上,在密封圈的材料选用上,飞利浦的灯具在这方面就做了专门的研究。

  在路灯造型结构设计上,不要跟着传统路灯的模样走。路灯的功能是要达到道路照明的要求,可以发挥LED光源的任意组合强项,可制作成“变形金刚”的特点,能真正做到“白天观景,夜晚观灯”的城市景观效果。道路照明要求的是;一定的照度和路面均匀度与平均照度,常规照明灯具反射器的缺憾在路面平均照度上难以达到标准要求。在灯具出光效率的有效利用上,传统路灯的效率标准应≥70%为合格,但实际上有一部分溢散光不能准确地控制在照射面上并且无法利用,造成光污染,有效利用率约50%,而LED路灯的光学配光可以准确控制光线方向,有效利用率达60%以上。

  从当今大功率LED路灯点光源及光效的特点来看,要满足道路照明的要求,必须要把有效的光强利用到有效的照明范围,道路照明的灯杆间距基本在30—40m,要保证道路的平均照度要求,其点光源LED灯具配光要使得路面没有斑马效应,需进行相应的二次光学系统配套设计。

  高质量的大功率LED路灯用模块化配套的二次光学系统可以有效控制路灯照明的平均照度,10米高时为34米×12米近似矩形光斑,光斑形状与均匀度均能满足道路照明要求。

  从以上两点可以看出,只要LED路灯二次光学设计合理,投向目标照射面的有效光通量和传统路灯基本接近。

  目前LED路灯的配光技术已经有了很大的发展,有些厂家已经开发出良好的二次配光系统,而不再是单纯依靠光源排列来配光,但综合看,配光还不能做到完全合理,有些在道路内侧的配光较亮,均匀度也能满足要求,但人行道侧环境光的亮度明显不足,SR值明显不符合要求,还是厂家设计人员对道路照明标准的要求理解不够。

  LED路灯的色温问题:

  目前大功率LED路灯基本上是采用5000K 左右所在色温的白光。作为道路照明光源,视觉感过分阴冷,同时远视时观察能力会下降,在这方面路灯使用单位最有发言权,3000K左右的黄光或暖白光是比较适合道路照明的,因此日光色的LED路灯不适合做路灯使用。

  当今LED路灯在产品规格方面缺少统一的技术标准,目前还没有统一的LED路灯生产技术标准,每个厂家按自己的标准生产自己的产品,彼此间是很难通用的,另外LED路灯生产厂家的灯具自成体系,光源电器组装和灯具捆绑在一起,各自不同的工作特性难以维护,维护时必须使用原厂产品。而高压钠灯由于技术标准的统一,灯具、光源、电器方面通用性较强,不同厂家之间的产品可以互用,从维护角度考虑,这是非常重要,而维护对于路灯管理单位来说 则又是重中之重,只有这样才可以及时对故障路灯进行维护,保证完好的亮灯率(上级部门对路灯管理考核中最重要的一项内容),同时大大降低维护成本。可以说在LED路灯目前的发展状况下,一旦出现故障时,只能整个灯具进行更换,除了高额成本外,而维护的时间也要大大廷长,这对使用单位来说的非常不利的。对灯具的维护 ,常规照明灯具要简易的多,可在现场直接更换光源电器,成本也较低。而当今许多生产厂家的LED路灯,可能厂家认为是免维护的,所以现场的维护就无法进行了,维修方面真正的负担还是交给了生产厂家。殊不知;造成产品难以推广的瓶颈还是来之于直接使用单位。

  针对当今LED路灯应用推广其中的两大难题:

  1. 维护困难

  2. 大功率LED电源的瓶颈

  根据这两大难点我个人建议;从安全、维护方便更换,规避大功率电源的质量风险。模块化组合式设计一定是发展的方向。做成标准模块化,诸如30w,40w,50w连同适合本功率电源一体化。不但解决了大功率电源的风险,而且遇到故障换用方便。单组模块又可以一款灯多用途,可改装为LED隧道灯、LED顶棚灯、LED洗墙灯、LED投光灯、LED隧道灯等,一套方案多款灯具。

  散热材料,导热环节和科学化的造型结构设计,在现今大功率LED路灯的制作中,值得大家去感悟。从LED路灯市场的置疑甚至排斥,走到了现在的尝试与接纳,我们看到了前景的曙光,但我们还需要一段路要走。随着大功率LED光效的不断提高和硅基LED日新月异的发展,将根本解决半导体照明光源高价格的瓶颈,让我们共同携起手来摸索与探讨,相信在大家的努力下,用第四代光源做出更好的LED路灯照明灯具,取代高压钠路灯这段路不会很远!


 

  分析比较几种路灯照明节能改造技术

  一、大功率节能灯

  工作原理:通过电子线路控制电流,使用三基色荧光粉实现高节能比例、高光效、高显色指数的目的。

  1、优点:节能灯比高压钠灯节能50%以上,光效70LM/W,价格经济。

  2、缺点:节能灯照射的距离短,照度不能满足。节能灯普遍光衰10-20%,节能灯寿命在8000小时左右,后期维护费用高;

  点评:节能灯主体适合于商业照明、家居照明及厂房照明,不适宜道路照明。

  二、路灯节电柜

  该节能设备主要通过降低线路整体电压,实现节能的目的。

  1、优点:安装简单,在箱变后根据功率负载大小及线路实际情况量身定做,此种投资比较经济,节能比例在20-30%之间。

  2、缺点:受线路实际电压的影响,节能效果不显著且不稳定,如果线路环境电压只有210,那么节能空间就非常小,并且末端的路灯可能处于半亮或不亮的状态。如果箱变前端的线路电压过高,会导致前端部分路灯烧毁。这样对光源的危害会很大,维护成本会很高,出现“节电不节钱,治标不治本”的现象。在此过程中,由于降低电压,照度亦会作出相应的“牺牲”。

  点评:上述情况是路灯节电柜近二年在路灯节能应用推广过程中所总结的教训。所以到现在为止,此种节能办法已逐步被淘汰。

  三、大功率LED路灯照明

  大功率LED路灯照明通过一种半导体发光材料,实现高效节能、环保、高显色性、长寿命的目的。

  1、优点:其一,LED作为点光源,如果设计合理,很大程度上可以直接解决传统球状光源必须依靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题;其二,对光照射面的均匀度可控,理论上可以做到在目标区域内完全均匀,这也能避免传统光源“灯下亮”现象中的光浪费;其三,色温可选,这样在不同场合的应用中,也是提高效率、降低成本的一个重要途径;其四,技术进步空间依然很大。

  2、缺点:其一,LED路灯模块化的可靠性仍需加强,由于驱动电路等原因也会造成LED路灯的失效。其二,无论是单点还是多点光源的LED路灯都存在着散热难的问题。由于散热问题不易解决,光衰会较大,5000小时发光效率会下降到30%。如果想用加大电压电流的方法提高光效,很容易造成LED芯片损毁的现象。其四,LED路灯射程短,因此LED路灯还需要进一步加强如何在较高高度下工作的研究。其五,LED路灯造价较高,不利于推广普及。虽然目前初步解决了LED路灯的散热问题,但是过高的价格和过重的灯头仍然会阻碍LED路灯的普及。

  3、穿透能力差。

  点评:大功率LED照明的普及应用无论从价格、技术、质量综合方面还处于一种过渡阶段,如大面积推广使用现阶段还不成熟。

  四、高低频无极灯

  该种光源同大功率LED照明同属第四代新光源,它是通过电磁感应(无灯丝、无电极)方式触发灯内壁的三基色荧光粉发光进而达到高光效、高节能比例、环保无污染、长寿命的目的。

  优点:高功率因素、长寿命、宽工作电压、高显色指数、高节能比例。

  缺点:;其一,光效高频为55-63LM/ W,低频80LM/W,光效有待提高。其二,功率上不去,高频最高规格为165W。低频210W,在路灯替换领域照度不是太理想,射程短,穿透能力差。其三,散热问题是限制大功率无极灯的瓶颈,主要体现在泡体散热及配套灯具的散热上面。其四,行业内技术的稳定性、元器件的一致性,批次量产优质的高频无极灯达标的合格率平均为90%,优质的低频无极灯为95%。且穿透能力差。

  点评:高低频无极灯与大功率LED照明同属过渡阶段,由于路灯改造属市政工程,从投资角度来说,产品的稳定性是改造的前提,其次才是节能空间,综上所述无极灯在市政应用领域从技术性能、质量稳定方面还需要一个跨度时期。

  五、智能单灯节电器

  该产品利用扼流线圈降低电流,达到降低功率的目的。扼流线圈的切入受MCU电路控制,利用嵌入式单片机对扼流线圈实现智能控制。在保留路灯原有线路的基础上,增加节能扼流线圈及MCU智能控制电路,进行降电流节能。设计思路:根据不同时段、不同路段对照度的不同需求,实行智能化控制,实现按需所供,避免浪费。兼顾克服电网电压波动、弥补集中调压式因线损电压降低带来的对灯具的寿命的影响。

  优点:1、对工作电压不产生影响,可按预期的节电率要求达到最大的节电效果。2、充分解决和避免目前行业内路灯节电产品普遍存在的“路灯配电线路较长,线路压降造成的节电率不高的现象”。 3、嵌入式智能控制技术。根据不同时段,不同路段,对照度的不同需求自动调节功率输出,智能高科技实现“按需照明”。

  缺点:改造需要点对点,逐个改造,且节能效果平均在40%左右,相对于路灯节电柜投资额较多,所以在路灯应用领域没有得到广泛普及。

  点评:该种节电设备稳定性能在所有节电产品里面是最好的,投资也是最少的,不需要更换路灯灯具,实现按需照明、智能控制,采购单价在450元以内。据了解深圳明年有望采用上述改造方式批量改造,这种产品亦称为双功率节能路灯或智能调光节能系统。

  六、双光源混合照明:低压钠灯+金卤灯混光型节能路灯

  低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源,在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜,是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光,用于对光色没有要求的场所,但它的“透雾性”表现得非常出色,特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公圆、庭院照明,能使人清晰地看到色差比较小的物体。低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种,应用场所也在不断扩大。

  优点:1、独特的灯具配光及外型设计,有效的克服了道路照明中的眩光问题,提高了被照路面亮度,有效减少了眩目光;2、利用金卤灯高光效(80-100lm/w)、高色温(5600K)、高显色性(95Ra)的特点有效的克服了低压钠灯色温低(仅为1800k)及显色性差的缺点;利用低压钠灯高光效的优点(200lm/w),提高整体系统亮度;低压钠灯还可以与无极灯、LED配套使用,但最佳选择还是金卤灯。

  节能效果评估:

  400W高压钠灯配备90W低压钠灯+70W金卤灯,合计功率160W。

  460W-160W=300W/460W=65%

  250W高压钠灯配备55W低压钠灯+35W金卤灯,合计功率90W。

  287W-90W=197W/287W=68%

  缺点:前期投资成本偏高些,需要部分的维护成本,主要针对一致性差的光源。

  点评:低压钠灯与金卤灯在道路应用上形成了良好的互补,且两种产品在国内技术已经是相当成熟,性能也比较稳定,在市政工程上应用灯光效果是比较理想的选择,深圳的滨海大道就是使用的这类节能产品。整体投资成本偏高一些,需要更换专门的双光源路灯灯头,整体成本为1500元/套左右。

  总 结

  作为市政工程改造项目批量推广使用,作为投资者首要考虑是产品质量的稳定性及符合照明场所最基本的照明要求,其次才是理想的节能空间。一味追求节电效果是不可取的,结果只是得不偿失。另外就是产品的性价比,即项目改造的投资总体成本与整体节能效益要成正比,具备一定的投资取向。反之,这种投资是不值得的。综上所述,目前应用在路灯改造领域的节能产品,本人凭借在照明领域十年的实践经验及对市面多元化节能产品的认知、与照明节能领域的多位资深专业高级研发工程师反复探讨与交流,向贵司郑重推荐最后两者节能办法。作为第四代新光源LED照明与高低频无极灯产品无论从产品技术、市场、质量、价格、稳定及灯具配套综合方面还有待成熟与完善。在市政工程批量使用上面需要谨慎,三思而后行。总之,任何产品有利有弊,不能十全。上述后两者节能产品技术难点相对低,这样可以大幅度降低投资成本。