LED照明技术及应用

LED照明技术及应用（共12篇）

LED照明技术及应用 篇1

摘要：城市夜间亮化工程包括汽车道路照明、街道照明、交通指示照明等一般基础功能性照明, 建筑物整体景观照明设计可以给城市建筑带来夜间生命力, 建筑物结构与外观气质美是通过利用不同的照明设计手法表现出来, 使现代建筑结构美散发出来。本文对LED照明应用在城市夜景照明规划中的实例进行了介绍。并简述了LED照明技术的应用。

关键词：LED,夜景,LED照明,应用

1 什么是LED

LED是一种固态的半导体器件, 它可以直接把电转化为光。这个小小的半导体的晶片决定着L E D的全部性能, 是L E D的核心。半导体晶片由P型半导体和N型半导体两个部分组成, 但是在这两种半导体又不是独立存在的, 它们连接起来的时候, 可以形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候, 电子就会被推向P区, 在P区里电子跟空穴复合, 然后就会以光子的形式发出能量这就是LED发光的原理。LED的特点有寿命长、启动时间短、无紫外线、色彩丰富饱满、低压安全等。

2 LED在城市夜景应用中存在的问题

2.1 缺乏规划设计, 夜景建设中LED被盲目应用

有些城市在进行夜景建设之前, 没有对总体做出正确的规划, 一些单体的景观照明设计也是由灯具厂商或工程商提供照明方案后进行招标, 特别是最近几年LED在城市夜景应用中所占的比例越来越重, 建设速度也越来越快。同时, 在LED使用时, 对光的色没有加以控制, 使夜景视觉效果变的比较混乱。因为不恰当地使用LED, 使一些标志性建筑、行政办公建筑、居民住宅建筑等建筑景观照明, 失去应有的风采, 甚至还影响到居民的夜间生活, 给交通带来干扰。

LED产品过于单一, 表现手法过于简单LED轮廓灯、扁线灯带、点光源、线型洗墙灯等是目前市场上常见的用于夜景工程的LED灯具。虽然也开发了具有大功率的LED投光灯、洗墙灯等, 但因为成本过高很难得到应用。特别是在建筑景观照明上, 过多的采用了LED轮廓勾边、横向纵向布阵、点线结合等设计方法, 造成城市夜景点线重复交叉、构图混乱, 从而导致夜景效果缺乏艺术性。

(1) 彩色光、动态光使用不当, 一些城市在夜景建设时, 过于强调视觉上的刺激, 对彩色光、动态光的使用没有限制和控制, 而LED光色丰富, 动态光灵活的特点, 从而使城市的光色失去基调, 大大地降低了夜景文化品位, 给公众的欣赏心理和审美取向带来影响。 (2) 低劣的LED照明产品充斥市场, 给城市夜景建设造成浪费, 中国照明网技术论文照明设计目前, 关于LED质量检测标准国家尚未出台, 市场上的LED产品良莠难分, 业主对LED产品质量的优劣很难做出判断, 加上投资和招投标条件的限制以及一些工程商在利益的驱动等原因, 使得高品质的L E D产品很难真正得到使用, 而一些低劣、低价格的LED产品沾满了城市夜景的市场, 这样城市夜景工程的质量就受到很大的影响, 有些夜景工程在投入使用不久就出现了故障, 有的项目甚至是边亮灯边修灯, 这样就增加了夜景的维护维修成本, 造成了重复投资、重复建设的现象。

3 LED照明技术的应用

3.1 LED在显示领域的应用

例如:LED技术应用在液晶领域中的应用, 液晶显示设备的背光源主要是利用L E D发光元件替代以前的C C F L荧光灯光源。根据LED发出的光源色彩区分, 可以分成白光LED背光源和RGB-LED背光源。

在液晶显示设备的成像原理中, 背光源发出的白光, 通过液态晶体层后, 再通过R/G/B彩色滤光膜, 变成独立的原色。在这过程中, 背光源的发光质量而不是液态晶体层是决定液晶显示设备色彩的关键。为了保证对色彩效果作用的明显, 可以采用高发光质量的白色LED背光源, 液晶电视的色域范围可以轻松达到NTSC等比100%左右。

采用白光LED的另一个好处是可以有效降低液晶面板。并且LED的体积可以做的非常小, 在液晶显示设备中, LED背光灯板的形状与尺寸可以根据液晶面板的形状和大小而改变。

传统的LED元件色域范围有限, 当今技术通过发出高纯度红色、绿色、蓝色光的LED元件, 实现传统CCFL光源不能达到的色域范围是RGB-LED背光源。展望未来, 在今后几年内R G B-L E D将成为液晶电视的一个重要发展突破方向。

3.2 LED在交通信号灯领域的应用

为了提高交通信号灯的工作寿命, 更多的增加了LED的应用, 白炽灯的使用越来越少。社会的产业化规模, 使超高亮度Al Ga In P红、橙、黄色LED价格并不是太昂贵, 为了把安全降到最低程度, 人们采用红色超高亮度LED组成的模块来代替传统的红色白炽交通信号灯头。

3.3 大功率LED在汽车照明领域的应用

大功率LED已经开始慢慢的在汽车照明中蔓延, 汽车照明大约占了LED市场的18%左右, 并在不断增加。在20世纪80年代中期, LED最早在汽车高位LED最早用于刹车灯上, 未来的研究方向将会向LED前照明灯上迈进。

3.4 高效荧光粉的应用

Ga N芯片和钇铝石榴石 (YAG) 封装在一起, 是目前常用的白光LED发光荧光粉应用技术。Ga N芯片发蓝光, YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中, 覆盖以混有YAG的树脂薄层。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收, 另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合, 可以得到得白光。

3.5 建筑领域装饰照明

由于LED尺寸小, 方便对动态的亮度和颜色的控制, 因此比较适合于建筑装饰中, 因为其亮度高、节能环保、体积小发表与建筑物表面相结合。因此, 充分运用LED节能灯的特点来吸引顾客及灯光设计师, 也是今后LED照明技术发展的趋势之一。

4 结语

由于L E D光源的显著优点和白光LED技术的逐步成熟, 半导体光源中所具有的节能、长寿、光照均匀、灵活方便、绿色环保的应用在城市道路照明系统中越来越多, 对节省建设资金, 缓减用电矛盾, 构建节约型社会具有重大意义。

参考文献

[1]韩晓安, 施尉.半导体照明夜景工程中的质量问题及对策[J].现代显示, 2007 (4增) .

[2]逯龙.关于LED信息显示技术在高速公路上的应用[J].现代显示, 2006 (6) .

[3]萧弘清.从LED特性看未来发展策略[J].现代显示, 2007 (3) .

LED照明技术及应用 篇2

来源：长春应用化学研究所更新时间：2013-07-04 09:57:05[我要投稿]

专家组实地考察

中科院长春应用化学研究所与成都四川新力光源股份有限公司合作研发的“发光余辉寿命可控稀土LED发光材料研发及其在半导体照明中的应用”成果，近日在成都通过由中科院组织的成果鉴定。专家组认为，该原创性稀土发光材料有效解决了国际上一直未能攻破的交流LED照明设备频闪问题，并实现了从基础研究到产业化的跨越，达到了国际领先水平，使中国成为世界上唯一掌握通过稀土荧光粉生产低频闪交流LED产品的国家。

LED照明是继白炽灯、荧光灯后照明光源的又一次革命，被世界公认为是最具发展前景的高效照明产业。现有的LED照明光源使用直流电作为驱动，在工作时必须经交、直流电源转换，能耗大、散热差、成本高，因此，开发可直接使用交流电驱动的新型LED照明产品是造福百姓、推进LED照明产业发展的重大需求。

长春应化所与四川新力光源有限公司围绕国家重大需求，于2006年合作开展新型交流LED照明技术的研发，经过6年多的不懈探索和开拓，研发出具有自主知识产权发光余辉寿命可控的新型稀土LED发光材料，从源头上解决交流LED频闪的瓶颈问题，其发光余辉寿命与交流电频率匹配，实现了LED芯片不发光时发光粉仍然发光，从而弥补交流LED电流波动导致的频闪，开辟了一条以具有特定寿命的稀土发光粉为核心、完全不同于国外及台湾地区交流LED技术路线，从源头上解决了直流和交流电驱动存在的若干技术难题。该成果荣获2012年英国工程技术学会（IET）“能源创新”和“建筑环境”两项提名奖，并已获得3项中国发明专利授权，3项PCT国际专利申请已经进入多个国家实审阶段，构筑了自主知识产权体系。

该成果产品与现有的LED相比，具有发热低、能量转换率高、体积小等优势，可提高使用寿命2倍以上，能耗和成本分别降低15%和20%以上。目前，该系列产品已通过我国的相关认证，以及美国保险商实验室(UL)、美国联邦通信委员会(FCC)、欧洲统一(CE)和欧盟环保(RoHS)等认证，销往美国、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多个国家，并已取得显著的经济效益。

LED照明技术及应用 篇3

关键词：LED技术；节能；照明工程；性价比

0.引言

从节约能源、保护环境的角度出发，“绿色照明”——作为照明领域中新的方针自从20世纪90年代被提出以后，就深受人们的关注。它的质量和水平已成为人类社会可持续发展的一项重要措施以及人类社会现代化程度的一个重要标志之一。而LED光源作为一种具有巨大发展潜力的固态半导体发光光源，属于典型的绿色照明光源。其所具有传统光源所不具有的特点——寿命长、安全可靠、环保节能、色彩丰富等，使得LED在照明领域得到推广应用。

1.LED光源的性价比分析

LED又称发光二极管技术，是全球最早的也是最先进的成像技术之一。其发展从婴儿期走向成长期的LED技术在全球空前高涨，LED技术的应用遍及各个领域。在照明工程领域中，建筑装饰照明、室外景观照明以及功能性照明都应用到了LED技术。初步计算，未来中国每年采用LED照明节省的电力相当于三峡电站全年的发电量，同时可减少8000万吨CO2、65万吨SO2和32万吨NO2的排放，称之为“人类照明史上的革命”并不为过。其性能和应用之所以能如此优越，结合笔者对LED技术的研究，笔者总结了LED所具有的显著优点：

（1）LED光源尺寸小、亮度高、节能环保，便于动态的亮度和颜色控制以及与建筑表明相结合，因此比较适用于建筑装饰当中，而且拓展了照明设计师的创作空间。

（2）可控性强，可以通过化学修饰方法来实现光源的多色发光。

（3）效率高，按照通常的光效定义，LED的发光效率其实并不高（一般10～30 lm/W，目前己知光效最高的白色LED光效可以达到55 lm/W），但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可以达到80～90%，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10～20%。

（4）低电压，由于LED使用低压直流电源，供电电压在6V～24V之间，比普通电压小得多，对使用环境要求较低，不会造成触电事故，因此比较适用于公共场所。但是，这种半导体元件在大功率、高光通的场所需要解决散热问题。

（5）寿命长，被称为固体冷光源，采用环氧树脂封装，灯体内无松动部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，普遍在5万-10万小时之间，也就是说，LED路灯光源的平均寿命都在10年左右；而传统路灯光源（高压钠灯）寿命一般不超过3000小时（1年都不到）。即使频繁的开关，也不影响到使用寿命，一般是T5 荧光灯的三倍以上、是高压钠灯的寿命10～12倍以上。

2.LED与普通节能照明能耗对比分析

照明能耗在数据中心的整体能耗中所占的比例虽然不高，人们往往容易忽视，但小数怕长计，日积月累也是一笔不小的数字。随着节能灯泡和LED灯技术的日趋成熟，于是人们有了更多的选择，数据中心的照明节能也越来越多的被重视。

其实日光灯本来效率就比白炽灯泡好，每瓦电力能产生的直射光线较大，而且发热较少。日光灯管在办公室、商场与住宅等环境的应用已有很长一段时间，却受灯管形状限制而不太适合替代小型的照明灯具。直到1980年代，市面上开始出现小型化的节能灯泡，而且价格越来越低，日益让消费者能够接受。

在此，将以一个20瓦的节能灯泡为例，它号称亮度与75瓦的白炽灯泡相当；这款产品跟传统的荧光灯一样，使用了可阻挡灯泡内部离子气体所产生之UV辐射线的内涂磷光剂玻璃灯体。现在的节能灯泡透过螺旋状、折迭形状(U型)来达到小型化，为了能使用于一般的台灯座，许多节能灯都使用小型化的灯泡头设计。节能灯泡由包含晶体管、二极管、电容、电感等零件的灯泡头与内涂磷光剂的玻璃体组成，而且现在能以足够与短命白炽灯泡相抗衡的价格销售，考虑其发光效率与产品寿命，节能灯泡的优点不只是环保，而且整体成本也颇具吸引力。不过节能灯泡玻璃体的磷光剂耗损仍是一个问题，灯泡底座的孔隙也可能造成与发热相关的灯泡头电子组件耗损。尽管如此，一颗优质节能灯泡的寿命还是可达到数月或是数年。

至于LED技术近年来也有不少转变，尤其是白光LED的发展。白光LED实际上是在蓝光LED外涂一层磷光剂，最多的应用领域为小尺寸LED屏幕的背光，除此之外，还有高亮度白光LED、大尺寸LED的背光照明以及一般照明应用。LED光源中以LR6为例，其亮度号称与一颗65瓦白炽灯泡相当，但是耗电量仅有12瓦，效率比钨丝灯泡高出80%，比节能灯泡高出50%。分析其内部的电子组件，包括了交流—直流电转换装置以及12颗白光LED，还有一颗是用来作为电源控制的神秘组件——编号LEA001的芯片。在LR6的白光LED数组之间，还有数颗红光LED，用以调整色温好让输出的光线与白炽灯泡类似，这些红光LED的亮度是由电路板上的光电二极管来控制的。综合以上两种高效率的照明技术， LED的优点不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯。

3.LED照明节能的前景分析

中国是仅次于美国的第二发电大国，每年照明用电达到3000亿千瓦时，约占全社会用电量的12%，如果把现有在用的白炽灯全部替换为节能灯，一年可节电480亿千瓦时，占2008年三峡电站发电量60%。而我国目前用于普通照明的白炽灯约30亿只，节能灯却只有4亿只，两者比例约为7.51，与全球大约41的应用比例相比，国内节能灯还没有得到普遍的应用。在国家推动节能减排的大背景下，在消费者节能、节约环保意识提高、节能灯产品性能不断提升等多层面推动下，LED的应用具有相当大的市场空间，尤其是在路灯、汽车灯、液晶显示背光源等新兴应用市场，LED将成为市场增长的新动力。

整个节能照明行业，按技术先进性可以分为普通荧光灯、节能灯、LED三大类产业。国家政策早已开展了“中国逐步淘汰白炽灯、加快推进节能灯”项目。這种对节能灯的推广力度的加大有助于高效照明产品生产企业应对全球金融危机的冲击，扩大节能灯的市场销售份额，争取更大的节能减排效果。在世界各国白炽灯禁令之下，作为其替代品的节能照明市场需求将迎来快速增长。我国的LED产业经过2007年和2008年的快速成长期后，2009年将迎来新的更快地发展。在09年广州国际照明展上，LED照明技术在室内的应用成了最大的看点。近年来，由于LED制造成本持续降低，不仅其效率和亮度不断提高，加上其原有寿命长、安全性高、发光效率高（低功率）、色彩丰富、驱动与调控弹性高、体积小、环保等特点，使得LED在一般照明市场应用得到一定程度的扩张，带动了部分市场需求成长。

LED 的出现，是LED 从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED最接近日光，更能较好反映照射物体的真实颜色， LED 的应用市场将是取代白炽钨丝灯泡及荧光灯的“杀手”。

据美国能源部预测，2010 年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED 替代，每年节电价值可达350亿美元，可能形成一个500亿美元的大产业。日本提出，LED将在2006年大规模替代传统白炽灯。为了抢占未来市场的制高点，通用电气、飞利浦、奥斯拉姆等世界三大照明工业巨头纷纷行动，与半导体公司合作成立LED 照明企业，目标是在2010年前把LED发光效率再提高8倍，价格降低99%。未来照明市场的争夺战已经开火。我国拥有巨大的照明工业和照明市场，去年，我国照明电器销售收入445 亿元，出口创汇43 亿美元，专家预计3 年内我国发光二极管产业的产值可达30 亿～40 亿美元。在半导体发光器件领域，我国与世界先进水平差距较小，我国技术水平也只比发达国家相差3年左右。为了适应高速增长的市场需求，我国已将LED分别列为31项国家鼓励发展的电子产品和20种鼓励外商投资的电子产品和技术。在此带动下，ＬＥＤ 路灯的城市道路照明运用发展市场呼之欲出，LED 路灯的城市化改造，势必成为中国城市化进程中应该予以更多关注和支持的建设项目。

4.结语

虽然LED技术有着很多优点，但是其同样也有着难以回避的普及应用难点，首先来说，应用了这种新技术的产品在价格方面还不具优势；再者，LED技术掌握在少数厂商手中为其普及带来困难；最后就是该项技术自身的原因，LED技术在发光效率、电流控制和散热上还不是做的很好。但是，从长远的趋势来看，LED技术作为一种替换型的技术产品存在肯定会慢慢的普及开来。

参考文献：

[1] 朱小光．浅谈LED照明技术的应用[J]．电子科技，2007，28(10)：14～13.

[2] 吴征杰．浅谈LED在照明工程中应用[J]．共用工程设计，2009，27(11)：117～119.

[3] 凌峰．LED技术推广的必要性[J]．科技和产，2009，21(08)：117～119.

阵列式LED混光照明技术及应用 篇4

LED具有低电压、小体积、高效率、绿色环保、单色性纯和超长寿命等诸多特点。目前,大功率照明用LED的种类包含了由蓝光激发YAG荧光粉的白光、暖白光和红、绿、蓝等单色光的各种LED。随着LED技术的不断发展,在器件成本、整体光效、散热机理及配光方面的突破。虽然LED白光照明已经在工业、商业、道路及家居等场合获得了广泛的应用,但是随着应用范围及市场需求的不断扩大,人们对LED照明光源的光质和照明环境的光色要求也日益提高,各种LED混光照明也在不断应用。其主要是应对社会中LED照明的多种实际需求和具体应用:居家环境、工商业照明的色温调节和显色性改善;商业、卖场等的特殊照明;装饰、美化等的彩色照明以及农业上种植养殖的补光照明等[1,2,3]。

1阵列式混光照明灯具的构成及驱动

LED混光照明的实现手段较多,而文中探讨的LED混光照明是指利用不同种类光色的LED,按照一定的技术要求来混合所形成的照明灯具,具有技术成熟、组合灵活、使用方便、价格低廉等优势,具体应用于以下几个方面:

●调节色温照明——居家、商业等对变色温照明的需求;

●改善显色性照明——工、商业等对高显色性照明的需求;

●彩色照明——装饰、美化等对彩色光照明的需求;

●特殊照明——商业、卖场等对特殊照明的需求;

●补光照明——农业种植、养殖等对补光照明的需求。

要达到混光照明的目的,有两个条件必须满足:首先是在同一个照明灯具中至少要有两种以上的不同光色的LED;第二是为了达到混光后的照明效果而需要的分别对于不同光色LED进行科学合理的驱动。

1.1LED混光照明灯具的构成

阵列式LED混光照明灯中各色LED的构成方式主要有:中心式(集中式)(a)、分布/阵列式(b)、叠加式(c),具体的构成示意图如图1所示,简单的说明如下:

图1中(a)为中心式(集中式)LED混光照明灯具的结构示意图,为常见的一种形式。其主要是将不同光色的大功率LED集中安装于反光器的中心区域,混光后的光由反光器反射到均光板(扩散板)上,均光后就可以输出较为均匀的光,具有结构简单、应用方便、近似点光源等特点。反光器的作用是将边缘的光进行导向,提高整体光的利用效率。再者,由于发光点集中、尺寸小,因此光线的混合性较好,有利于改善混光后照明的均匀度。

图1中(b)为分布/阵列式LED混光照明灯具的结构示意图,文中重点探讨就是这种LED混光照明灯具。其主要是按照光输出的比例要求,将多种不同光色的中小功率LED进行阵列分布,利用单个LED自身一次封装的透镜作用,将光输送到需要的区域,可以均匀布置,也可以非均匀布置;经过混光后就可以获得混合的光输出。相比较而言,整体光输出的均匀度稍差。

示意图,是一种新型的混光结构。其主要是利用导光板的导向作用,分别将多种不同光色的SMD-LED分别进行光输出,经过分层叠加、导光板进行90°导光后就可以输出均匀的混合光,具有匀光良好、结构紧凑、体积小巧等特点。虽然相对于直接照射而言,其整体的效率有所下降,但是可以获得大面积、高均匀性的照明。

1.2阵列式混光照明灯具的驱动

阵列式LED混光照明灯具的驱动主要分为:固定式(a)、切换组合式(b)、三(基)色混色式(c)等几种,具体的示意图如图2所示[4,5],一般说明如下:图1中(c)为叠加式LED混光照明灯具的结构

图2中(a)为固定式LED混光照明灯具的驱动原理。这种驱动与普通的LED照明灯相同,只是按照需要在每串上连接有电流参数相同的不同光色LED而已。LED恒流驱动电源输出的恒定电流I0用来点亮不同光色的LED1、2…n,输出电压V0为各个LED的电压之和V1+V2+Vn,具有电路简单、通用性好、维修方便等特点,缺点是使用时不能按照需求来进行调控,可操作性较差。

图2中(b)为切换组合式LED混光照明灯具的驱动原理,一般具有多路输出特性(图中示出的为2路:Io A、Io B、Vo A,Vo B)。通过控制信号的作用,可以进行单路和多路输出,以驱动不同光色的LED1,2…n串,其中A路的输出电压V0A为个LED的电压之和VA1+VA2+VAn,B路的输出电压Vo B为个LED的电压之和V B1+VB2+VBn。通过改变或调整每串LED的光输出来达到光输出混合目的,而总的电流Io A+Io B保持不变,具有驱动简单、输出灵活、操作方便等特点。

图2中(c)为三(基)色混色式LED混光照明灯具的驱动原理,可以称为“万能型”的驱动方式。通过预先设定好程序的微处理器的控制或人为的手动/模拟混光控制LED可调恒流驱动A、B、C,来调节三色中的LEDA、B、C串的电流IA、IB、IC的大小,以构成不同的混光形式,可以获得绚丽多彩的照明效果,具有技术性能高、调色方便、效果良好及控制灵活等特点,缺点是电路较为复杂。

为了直观起见,下面将在实际中不同组合应用的目的、阵列方式及驱动方式等,汇总见表1,以供参考。

2阵列式混光照明灯的应用

无论是何种照明灯,其最终的目的都在于呼应社会的需求,满足人们对于照明应用的需求。目前市场上LED混光照明灯的种类繁多,性能不一。故此,选取市场上主要应用实例作为参照来进行归纳,具有一定的代表性。

2.1调节色温的应用

在目前迅速发展的LED照明进程中,追求个性和差异化是一大趋势。其反映在日常使用中需要改善居家、商业等照明环境或增添照明情趣,导致原有的单一光色已不能满足人们的要求。特别是对于在居家、商业等照明中大量使用的LED球泡灯、筒灯、天花灯、吊灯、吸顶灯及日光灯等照明灯,能够依据使用者的要求和环境的改变来调节LED照明的色温已是大势所趋[6],因此可调节色温的LED照明灯也就应运而生。

如图3所示为几款阵列式变色温LED照明灯的实例。具体原理是采用冷白色和暖白色LED的组合方式,通过控制总的输出电流为恒定来获得稳定的照度。开关切换可以获得冷白(单路冷白色LED全功率发光)、中性白(两路冷、暖白色LED各自半功率发光)和暖白(单路暖白色LED全功率发光)三种色温的照明效果,具体应用情况说明如下:

图3中(a)为变色温LED球泡灯的实例,具有几瓦至十几瓦的不同功率大小,主要用于居家、办公和商业中较小空间的照明;

图3中(b)为变色温LED天花灯的实例,功率在十几瓦至几十瓦之间,主要以居家为主的低空间照明;

图3中(c)为变色温LED吸顶灯的实例,功率也在十几瓦至几十瓦之间,主要用于居家、办公等照明;

图3中(d)为变色温LED日光灯的实例,功率在几瓦至几十瓦之间,主要用于办公、科研等场所照明。

2.2改善显色性的应用

在LED照明的诸多光学指标中,显色性是一个非常重要的指标[7]。一般照明型LED的显色指数(Ra)只有80左右,而文物陈列、书画展示、彩色印刷、色彩检验和高档卖场等高显色性照明场所要求的Ra>90,因此需要在原有的基础上进行改善。

如图4所示,展示的为几款高显色性LED照明灯的实例,具体说明如下:

图4中(a)为高显色性LED球泡灯的实例,功率在几瓦至十几瓦之间,并且通过与市面上普通LED球泡灯的显色效果对比图4中(a)图的左图,可以确定该灯泡具有优良的显色照明效果,Ra≥90;

图4中(b)为应用于需要进行严格颜色分辨的工厂车间照明的实例。图中展示的为大功率高显色性LED工矿灯,功率在几十瓦至一二百瓦之间,一般均Ra≥90;

图4中(c)高显色为LED PAR灯的实例。该灯具有优良的照明效果,专门适合需要高显色性照明场所的局部重点照明,功率在十几瓦至几十瓦之间,Ra≥90,是替代常规PAR灯的最佳照明方案。

2.3彩色装饰照明的应用

在装饰、美化等照明应用中,为了营造绚丽多彩的光影世界,各种彩色及变色照明灯被大量地使用。其主要是采用各种不同光色的LED阵列进行彩色混色,通过科学的控制及驱动系统来获得所要的光色,并由此呈现出五彩缤纷、美轮美奂的照明效果[8]。目前市场上主要的混色照明有LED投射灯、线条灯、洗墙灯、点源灯、护栏灯及投光灯等。

图5中展示的为在实际中应用非常广泛的几款阵列式LED彩色装饰照明灯具的实例,下面分别加以说明:

图5中(a)为3~5W小功率LED投射灯的实例,具有体积小、发热小、光束集中及便于隐蔽等特点,其中以单色为主,主要用于小范围局部的装饰照明,如:古建筑的屋面、斗拱、节点、横梁、雕刻等。

图5中(b)为LED线性(洗墙)灯的实例,功率在十几瓦至几十瓦之间,有单色和变色之分。其体积狭长、发热小及光束集中,主要用于面积较大的平面或曲面状的装饰面照明,如:建筑立面、装饰格栅、围墙等。

图5中(c)为LED点源灯的实例,功率很小,一般为1~3W,也有单色和变色之分。其具有体积微小、呈不同形状的点状面发光,可以自由组合为条状、面状、满天星状等形态,主要用于线、块、面等的装饰照明,如:建筑的门头、立面、格栅、横梁等。

图5中(d)为LED护栏灯的实例,功率范围在几瓦至几十瓦之间,也有单色和变色之分。其具有体积狭长、发热小、光束醒目及使用方便,主要用于具有狭长区域的装饰或勾边照明,如:建筑护栏、道路栏杆、格栅、横梁、门头等。

图5中(e)为LED投射灯的实例,功率较大,在十几瓦至几十瓦之间,也有单色和变色之分。特点是体积较大、效率高、光束集中及使用灵活。其主要用于具有较大面积的装饰照明,如:建筑的立面、梁柱、雕刻、园林小品等。

2.4商业特殊照明的应用

在日常生活中,超市、大卖场等生鲜柜台是人们经常光顾的主要场所。为了提高售卖品的“卖相”、吸引顾客的购买欲、提高经济效益,大量采用不同光色的特殊LED照明灯往往可以获得意想不到的效果[9]。如图6所示是几款商业特殊LED照明灯的应用实例,具体说明如下:

图6中(a)、(b)分别为广泛应用于大卖场、超市等PAR灯、吊灯照明的实例,适用于较小面积的展示照明,采用两种颜色LED的阵列方式,功率一般在十几瓦至几十瓦之间,具有光色好、节能、长寿等特点。针对不同的商品,输出的光色各有偏重:

鲜肉(猪、牛、羊等)照明——采用白、红两色LED阵列照明灯,输出的红光成分较多,使得肉品的色彩鲜艳饱满,如图6中(a)所示。

绿色蔬菜照明——采用白、绿两色LED阵列照明灯,输出的绿光成分较多,使得蔬菜的色彩青翠欲滴,如图6中(b)所示。

橙色水果、烧烤、卤菜等照明——采用白、橙两色LED的阵列照明灯,输出的橙色光成分较多,使得商品色彩诱人,如图6中(b)所示。

图6中(c)为大卖场、超市等柜台采用的彩色LED直管照明灯实例,适用于较大面积的展示照明。单管功率一般在十几瓦至几十瓦之间,具有光色好、照射面积大、高效节能、长寿等特点。如图6中(c)所示的的为采用红、白两种颜色LED的阵列照明灯,输出的红光成分较多,使得具有红/橙色外表商品的色彩红润,对顾客具有强烈的吸引作用。

2.5农业补光照明的应用

在农业生产中,补光照明的应用对种植和养殖的影响因素主要有光谱、光照强度和光照周期。实践证明无论是种植领域还是养殖领域,补光照明都具有非常明显的优势[10,11]。

在种植上可以用LED补光照明灯代替太阳光,在植物生长的各个阶段进行不同强度的补光照射,提高植物的生长效率,促进植物生长的态势、结果实的进度和品质的优化,提高生产效益。补光照明灯的光源主要为红光LED(650~660nm)、蓝光LED(420~430nm)和远红光LED(720~730 nm)等,具体补光照明的光谱如图7所示。

同样,在养殖上补光照明对于畜禽类的防病、生长和产出等都具有重要的作用。如对家禽类的影响主要为:增强个体体质、降低个体死亡、促进营养吸收、有效提高养殖产量、降低饮水改善循环及减少污染气体挥发等。

图8中给出了几款农业种植、养殖阵列式LED补光照明灯的应用实例,具体说明如下:

图8中(a)为一款应用于家禽(肉鸡)补光照明的实例,一般采用小功率(几瓦至十几瓦)的LED球泡灯。据研究:日常养殖中的常规的照明,对于肉鸡来说可采用6 500 K的冷白光,而蛋鸡应采用2 700 K的暖白光。鸡进食时如增加10%的红光照明,可提高进食效果;加10%的绿光照明可以促进钙质的吸收;而出栏时可采用蓝光照明,以保持鸡群的安静等。

图8中(b)~(f)为几款应用于种植补光照明的实例,由于需求的不同和对照度要求较高,具体的照明形式较多,既有局部集中照明的PAR灯(b)和较大面积照明的吸顶灯(c,d),又有超大面积照明线条灯(e,f)等,一般功率都较大(十几瓦至几十瓦至数百瓦),颜色以蓝、红两种比例光色的组合为主(c,d,e),有的还加有绿色光,号称为全色(红、绿、蓝)的补光照明(f)。

4结束语

以上分别探讨了阵列式LED混光照明灯具在居家、工商业等照明环境中的色温调节、显色性改善。在商业中的特殊照明、城市美化的装饰彩色照明、以及在农业上的种植养殖补光照明等多种领域的应用,并参照市面上应用较为成熟的照明灯具来加以说明。首先应该看到,随着社会经济的快速发展、LED照明技术的快速进步和造价的进一步降低,人们对于LED照明认识也在不断地深入,阵列式LED混光照明灯的应用具有非常广阔的前途,将会形成在全社会多个领域获得推广和应用的良好局面,并且还将更加深入到人们生活的各个方面;其次是其中的问题需要认真加以对待,主要集中在依据被照环境要求来确定LED混光照明灯的阵列方式、光谱范围、光色高低和光效优劣,以及圆满解决耐温、防水、防漏电等问题;最后,通过广大技术人员的不断努力,LED混光照明必将为整个社会的进步和发展提供更好的照明保障,应用前景必将更加辉煌。

摘要：照明用LED的种类较多,主要包含有由蓝光激发YAG荧光粉的白光、暖白光以及红、绿、蓝等单色光。为了满足彩色混光、色温调节、高显色性、特殊照明及补光照明等多种应用的需求,采用不同光色组合LED的混光照明技术得到了广泛的应用。在此,在一般性讨论阵列式LED混光照明的目标、构成方式和驱动原理的基础上,重点就阵列式LED混光照明技术的应用进行了探讨,主要的范围是采用阵列方式混合的LED居家环境、工业厂房、商业卖场、种植养殖及装饰美化照明灯的构成方式、驱动原理,以及在实际中的具体应用等相关内容,同时讨论了存在的问题。

关键词：阵列式,LED混光照明技术,调色温,显色性,彩色照明灯,特殊照明灯,补光照明灯,存在的问题

参考文献

[1]诸玉华,等.LED照明光色对健康的影响[J].中国照明电器,2015(1):5-8.

[2]陈育明.农业照明光源的发展[J].中国照明电器,2015(8):5-10,15.

[3]梁蕊,等.LED彩光照明设计初探——以室外夜景照明为例[J].灯与照明.2014(3):23-25.

[4]杨光.LED混光照明的驱动技术[J].光源与照明,2016(2):21-24.

[5]闫晓金.大功率LED混光照明恒流驱动电路的设计[J].北京航天工业学院学报,2013(6):23-26.

[6]魏其峰,等.一种实现色温可调白光LED的方法研究[J].固体电子学研究与进展.2013(4):359-362.

[7]喻春雨,等.多基色混合白光LED显色性优化研究[J].光谱学与光谱分析,2015(5):1316-1319.

[8]朱继红.LED在景观照明中的基本混光方式[J].照明工程学报,2008(9):26-29,36.

[9]LED生鲜灯的混光方案及模拟技术.网址为:http://lighting.ofweek.com/2014-10/ART-34002-11000-28886892.html.

[10]郭子菱.LED特殊照明应用——植物生长照明新商榷[R].海峡两岸第十七届照明科技与营销研讨会,2010:274-278.

LED灯植物照明的广泛应用 篇5

植物工厂定义：

通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统，是利用电脑对植物生育的温度、湿度、光照、CO浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。

植物照明定义：

在植物工厂概念诞生之后，植物照明应运而生，那什么是植物照明呢?植物照明主要是扮演与太阳光互补，调节农产品的角色。

由于传统植物照明灯的能耗相当大，而随着酒店工程客房落地灯和无极灯照明技术在各个领域的运用，酒店工程客房落地灯和无极灯照植物照明也被广泛的应用于各植物工厂。

据瑞福门灯饰了解的LVD植物灯，专用三基色荧光粉配方，A+A/A+B两种灯管增加可选择性，加厚粉层，光谱更均匀，匹配宏源先进的智能型远程调光控制系统，实现一键设置，终身受益;具有促进植物生长，调节植物形态建成，节能环保，接近自然光，长寿命，免维护等多方面优势;而且可实现个性化定制，定制特殊配比的荧光粉，让植物生长更欢乐!

记得美国的一个朋友，他家有一个很大的农作物大棚，父亲是个兢兢业业的老农，时间都用来陪伴植物了，每天与植物的交谈仿佛成了他人生最快乐的事。但是快乐的同时不免有些烦恼，由于大棚太大，想要当一个清闲的农场主似乎不那么容易。今天这个灯坏了，明天那个灯坏了，这样以来，时间不是用来与他心爱的植物谈心，而是都花在了换灯上，从高压钠灯换上了金卤灯，又换上了LED灯，一路换下来，并没有解决维护费用和时间的问题，哪还有心情享受与植物之间的片刻宁静呢，脾气也变大了，见人也不爱说笑了，家人都为此而无奈。见此状，朋友想起了还有一款灯叫“无极灯”，而且听说这款灯也有专门用于植物照明的，使用寿命超长，长达10万个小时，又节能，技术好像也很先进，结合了智能远程控制系统，应该很方便，能够解决父亲的苦恼.植物灯知识：

1.不同波长的光线对于植物光合作用的影响是不同的，植物光合作用需要的光线，波长在400-700nm左右。400-500nm(蓝色)的光线以及610-720nm(红色)对于光合作用贡献最大。

2.就是使用这两种颜色组合。在视觉效果上，红蓝组合的植物灯呈现粉红色。

3.蓝色光能促进绿叶生长;红色光有助于开花结果和延长花期!

4.用植物灯给植物补光时，一般距离叶片的高度为0.5米左右，每天持续照射12-16小时可完全替代阳光。

特点:

· 降低培育成本，延长花期

· 促进植物早熟、增产，改善瓜果品质

· 确保大棚蔬菜口感,实现反季节培植

建筑照明中LED光源的应用探讨 篇6

关键词：低碳;环保;LED光源;办公照明;建筑照明

0 引言

进入新时期以来，随着我国经济的飞速增长，社会用电量越来越大，照明用电占社会总用电量的相当一部分，照明节电引起了人们的重视，LED照明产业因此迎来了良好的发展机会。民用建筑是城镇建筑中的重要设施，民用建筑照明如何利用LED照明光源做到节能是人们需要思考的问题，下面就此进行讨论分析。

1 LED光源与其他光源的比较

电光源按照发光的原理可以分成热辐射光源、气体放电光源和固体光源三种。白炽灯是历史最悠久的灯，应用极为广泛。它的优点是结构简单、价格低廉、使用方便、显色性好;缺点是发热大、发光效率较低、使用寿命较短。由于白炽灯不够节能，目前已逐渐被淘汰。荧光灯包括普通日光灯和紧凑型荧光灯。荧光灯的优点是发光效率要比白炽灯高得多，在使用寿命方面也优于白炽灯;缺点是荧光灯的显色性比较差（光谱是不连续的）特别是它的频闪效应，容易使人眼产生错觉，应采取措施消除频闪效应。目前，紧凑型荧光灯正逐步替代白炽灯。但是标准的紧凑型荧光灯启动时间较长，如果启动次数频繁，会大大缩短其使用寿命。如果启动次数增加3倍，其寿命将会缩短50%。LED光源凭借其体积小、功效高、色彩丰富、启动快、控制方便等诸多优点迅速成为继白炽灯、气体放电灯之后的新一代照明光源。表1是照明工程中常用的几种光源比较。

表1常用光源基本技术参数

2 LED光源在办公照明中的应用

目前，LED光源已应用在楼梯间、走廊、卫生间、地下车库等场所。但是LED应用在办公照明的研究甚少。随着LED光源技术的不断发展，其成本大幅度降低、光效在不断提高，LED室内功能性照明将会得到普及。下面以某公司三层办公楼照明改造为例，该办公楼每层建筑面积800m2，总建筑面积2400m2，比较并分析改造前后的耗电量、维护费用、配电实施费用等，见表2—表5。

该办公楼工程改造安装费用的计算如下：

新建工程安装及管理费用﹙不含设备及主要材料﹚经测算为40元/平米

改建工程为40元/平米×0.7=28元/平米该办公楼总改造费用为28元/平米×2400平米=67200元

经济效益分析计算如下：

此项目用LED日光灯600只，单价130元/只，总购灯费用为7.8万元，加上办公楼改造费用6.72万元，总计14.52万元。本项目3层楼LED日光灯管前三年可节省6.37+2.97+2.97=12.31万元，则三年多一些的时间即可收回投入成本，按照平均每天灯管使用6小时、一年365天计算，LED灯管可用寿命为13年，则剩下10年节省费用为2.97万×10（年）=29.7万元。

如果办公楼为10层、20层，对其进行照明节能改造，则效益更加明显。

备注：单支灯管一年节省电费34.5元，3层楼灯管数量总计600支，则3层楼灯管一年节省电费20700元。

注：表中参数的计算条件有：（1）目前传统日光灯管电子镇流器，效率在75%，LED日光灯管效率在95%以上;（2）按照每天工作6小时、一年365天、企事业用电电费0.9元/度计算。

3 LED在民用建筑照明中的应用

LED光源具有不频闪，调光、控制方便，功率可随意选定，容易满足LPD值的节能要求等诸多优势。随着LED光源技术的不断发展，其性价比在不断提高，其在室内功能性照明的应用将会得到普及。

当前，LED灯具比较适用于楼梯间、走廊、卫生间、地下车库等场所照明应用。而楼梯间、走廊、卫生间等场所应用红外LED灯后，不存在散热问题，人走灯灭，灯具造价必然下降，同时也保证了LED灯具的使用寿命，该处投资很快便可收回。白炽灯现已基本被淘汰，由节能灯所代替，但是感应灯的频繁启动会使节能灯的寿命大大缩短，并且节能灯的启动很慢，不能满足感应灯具白炽灯的替换功能，因此目前普遍用LED灯取代白炽灯。

表6卫生间、楼梯间等LED灯红外控制技术经济对比表

地下车库的大部分照明基本为长明灯，造成了能源的大量浪费。采用LED照明灯，可根据点亮LED个数实现可调，将该灯具与红外移动传感器及智能控制器相结合，有人有车时，LED照明呈满功率运行，满足照度需要，无人无车时，照明灯处于休眠状态，维持在安全所需的最低照度，从而实现地下车库的照明节能。表6是卫生间、楼梯间等LED灯红外控制技术经济对比表。

注：（1）除长明灯外，年耗电量按照5h/日计算;（2）电费按0.9元/kWh计算。

4 LED在民用建筑照明应用中尚存在的问题

随着LED照明技术的不断发展，LED光源在民用建筑照明中的应用必将不断广泛。但是，目前LED在民用建筑照明应用中尚存在以下问题：

（1）LED产品质量参差不齐。国内LED厂家过多，品种繁杂，部分LED产品质量存在问题，不能够满足工程应用的质量要求。

（2）LED室内照明灯具性价比不高，价格偏贵，影响了LED在室内照明中的大规模推广应用。

（3）LED存在电源转换及散热问题，LED光源的寿命目前还不能达到所标出的100000小时，其实际寿命约在50000小时左右。这些问题的存在一定程度上限制了LED光源在民用建筑照明中的应用与普及。

5结语

综上所述，上文分析了LED照明光源在民用建筑中的应用，同时也给出了对LED照明发展的期望。对于LED照明光源来说，这是一个新兴起的产业，我们还要努力做到商业化、系统化和标准化，LED照明产品的质量也需要不断地提高，这样LED照明的应用才会越来越广阔，在民用建筑照明中越来越普及。

参考文献：

[1]邴树奎，LED与照明[J]电气设计技术，2010（2）：27-34.

LED照明技术及应用 篇7

关键词：公路隧道,LED照明,节能监测,效益分析

1 前言

据不完全统计, 目前我国建成通车的公路隧道已超过2 600公里, 且随着交通基础设施的不断完善, 公路建设正向地质环境条件更为恶劣的山区发展, 公路隧道将进一步延伸。为了保障交通安全, 隧道照明是公路建设中不可或缺的重要组成部分。按照我国公路照明设计规范规定, 长度大于100 m的公路隧道应设置照明设施, 且每公里隧道照明负荷应不小于60 k W, 按每日平均开通10个小时计, 平均年耗电量达21.6万千瓦时 (折合76吨标准煤) , 能耗巨大。再加上维护更新费用, 以至于公路隧道照明成了困扰公路运营单位的沉重经济负担。节能降耗、保障安全是建设和运营单位迫切需要解决的技术难题。

四川高速公路建设开发总公司针对本省高速公路隧道运营特点, 以广邻高速公路 (天池-邻水段) 华蓥山隧道为依托, 采用高效LED照明方案代替传统的高压钠灯方案, 通过灯具比选、配光设计、智能控制等技术措施在达到良好的照明效果同时取得了较好的节能效果和经济效益。

2 技术原理

在某些半导体材料的PN结中, 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来, 从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压, 少数载流子难以注入, 故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二级管叫发光二极管, 简称LED。由此可见LED光源是一种半导体照明光源。在“十一五”期间, 科技部将其纳入“国家高技术研究发展计划 (863计划) ”进行研究, 是一种高新技术产品。

根据照明要求将单粒LED按某种方式排列组装在一起以增加发光亮度或完成其它特定功能的装置叫LED一体化照明灯具, 简称LED照明灯具。与传统的照明灯具相比, LED灯具有光指向性好、寿命长、体积小、重量轻、低电压、响应快、无红外幅射且无汞污染等优点, 在同样亮度下, 耗电仅为普遍白炽灯的1/10, 寿命却可以延长百倍。目前商用的单粒白光LED效率已达到90~110 lm/W以上, 虽然与高压钠灯的发光效率100~150 lm/W相比还有一定差距, 但利用LED的指向性可以设计出集光源和灯具于一体的高效LED照明灯具, 其总光通量明显优于同等功率的高压钠灯照明装置。也就是说用小功率的LED灯具替代大功率的高压钠灯, 可以获得相同的照明效果。表1是LED照明灯与传统光源性能比较表。

依据上述原理, 国内已有多家企业开发成功了LED隧道照明灯具, 并配以可靠、高效、低损耗的开关电源, LED隧道照明系统已逐渐达到了实用化程度。

3 技术改造内容

3.1 设计范围及内容

该项目改造设计范围为四川省广安市至邻水县的高速公路 (天池—邻水段) 的华蓥山隧道照明设施。华蓥山隧道全长4 706 m, 为二车道单向行车, 隧道内空净宽10.5 m, 净高7.0 m, 净空断面积66.487 m2。隧道内行车方向纵坡-2.6%和-0.522%, 路面为混凝路面, 设计车速80 km/h。

华蓥山隧道于2000年12月建成通车运营, 目前洞内照明设施 (高压钠灯) 使用年限将至, 照明光源衰减较大, 灯具等存在不同程度的老化, 随着交通量的增加, 已不能较好地适应道路行车安全及运营管理的需求。本次改造为降低施工难度, 减少施工周期, 采用只替换洞内照明灯的方案, 照明灯的供配电系统及控制系统等均不进行改造。在改造完毕后, 结合替换后的照明灯, 对配电系统进行局部调整。替换照明灯具采用高效节能的LED隧道灯, 以降低运营成本, 如电费、维护费用等。

3.2 隧道照明亮度要求

隧道照明依据JTJ026.1-1999《公路隧道通风照明设计规范》, 按照隧道等级进行配光及布设设计。本项目应用于基本照明及应急照明, 依据照明原理和灯具特点, 对隧道的照度分布和不同路段的亮度要求进行准确的计算和分析, 通过测试手段, 对计算数据加以验证, 进行优化设计, 满足华蓥山隧道LED照明方案不同路段的亮度指标要求及隧道照度分布要求, 见表2。

注:隧道洞口亮度按3 500 cd/m2取值。

3.3 照明光源及灯具选择

本方案采用显色性和光效较好的新型节能灯源-LED隧道灯, 作为隧道内加强照明、基本照明的电光源。

隧道主洞用照明灯具为宽光带、内置反光罩、壁装式、带可调整角度的隧道灯。灯具均配置电源适配器及熔断保护器件, 单灯功率因数应在0.9以上。灯具防护等级≥IP65。

3.3.1 灯具选型要求

(1) 公路范围灯具严禁采用非截光型产品。

(2) 照明灯具效率应大于0.7。灯具防护等级≥IP65。

(3) 灯具应具备适应工作环境的结构, 应设有水平和垂直调节装置, 投射角度在调整至最佳效果后, 永久固定。

(4) 灯具结构应便于更换附件, 各零部件应具有良好的防腐性能。

3.3.2 照明光源技术参数 (见表3)

4 节能效果监测及效益分析

4.1 节能效果监测

华蓥山隧道采用38 W高效节能的LED隧道灯替换原用于基本照明的100 W高压钠灯具及应急照明100 W高压钠灯具, 加强照明、洞外引道照明灯具不替换, 各段照明灯的配电方式、控制方式等均不改造。项目改造前高压钠灯为1 570盏, 改造后LED灯为1 567盏。改造前后照明效果见图1、图2。

华蓥山隧道基本照明及应急照明共有16个控制回路, 项目改造前已安装有16块电表对每个回路进行用电量计量 (分别位于东口隧道电房及西口隧道电房) 。

在计算项目节能量时, 采用改造前后各3天全部灯具均为正常启用时的日平均用电量计算年实际能耗, 并得出年节能量。项目改造前的日用电量采用2011年12月22日~24日共3天的实际抄表电量取平均值计算 (灯具全部正常启用) , 每日用电量数据见表4、表5所示。项目改造后的日用电量采用2012年3月3日~5日共3天的实际抄表电量取平均值计算 (灯具全部正常启用) , 每日用电量数据见表6、表7所示。

项目完工后, 委托相关检测机构对改造的照明系统进行了科学及严谨的测试。测试结果显示, 改造后隧道照明的光度、均匀度等各项指标全部符合国家设计要求, 部分指标更优于国家相关标准。

4.2 效益分析

4.2.1 节能效益

从表4、表5计算得出华蓥山西口隧道改造前基本照明及应急照明的日用电量为1 743.0 k Wh, 华蓥山东口隧道改造前基本照明及应急照明的日用电量为1 998.0 k Wh, 则改造前日总用电量为3 741.0k Wh。

项目改造前年综合能耗为:

从表6、表7计算得出华蓥山西口隧道改造后基本照明及应急照明的日用电量为695.0 k Wh, 华蓥山东口隧道改造后基本照明及应急照明的日用电量为665.0 k Wh, 则改造后日总用电量为1 360.0 k Wh。

项目改造后年综合能耗为:

注:项目改造期为2012年1月至2月, 各控制回路用电量均有装电表计量。

年节电率= (1 365 465.0-496 400.0) ÷1 365465.0×100=63.6%。

年节能量= (改造前年综合能耗-改造后年综合能耗) ×折标煤系数= (1 365 465.0-496 400.0) ÷10 000×3.33=289.4 (吨标准煤) 。

年减排量= (改造前年综合能耗-改造后年综合能耗) ×排放系数= (1 365 465.0-496 400.0) ÷10 000×10×0.976 2=848.4 (吨二氧化碳) 。

注: (1) 电能折算标准煤的系数取值为0.333kgce/k W·h (按中国电力企业联合会公布的2010年6000千瓦及以上电厂供电煤耗取值) ; (2) 温室气体排放系数采用2010年中国区域电网基准线排放系数0.976 2 t CO2/MW·h计算。

4.2.2 经济效益

项目实施前后建设及运营成本分析如表9所示。

项目实施后, 华蓥山隧道年节约电费60.9万元, 运营费用年节省35.0万元;按此计算, 预计3年即可收回超出高压钠灯投资部分的成本。

4.2.3 社会效益

通过对华蓥山隧道照明系统进行节能技术改造, 不仅有效地降低了隧道营运设备的能耗, 同时, 隧道照明效果有了显著改善, 亮度明显提高, 路面亮度均匀, 光线柔和舒适, 眩光大为减少, 提高了行车安全和作业安全。而经随机调查, 来往的车程人员、维护人员、乃至隧道管理人员对隧道照明的改善皆大为惊叹, 并给出了一致的认可和好评。

5 结论

综上所述, LED照明灯具在功耗、运营成本方面具有明显的优势。华蓥山隧道照明改造项目实施完成后, 年可节省用电86.9万度, 换算为标准煤为289.4吨, 年减排量848.4吨二氧化碳。与原有高压钠灯相比, 综合节电率达63.6%。经测算, 隧道年节约电费60.9万元, 运营费用年节省35.0万元, 预计3年即可收回超出高压钠灯投资部分的成本。

虽然目前LED灯具的初装成本还比较高, 但随着技术的进步和应用数量的增多, 光效更加提高、生产规模进一步扩大, LED灯具的价格有望降到高压钠灯以下, 其节能综合效益将进一步显现, LED照明在公路领域应用前景广阔。该项目的实施, 对华蓥山隧道群的安全和节能是一个全面的提升, 是四川省隧道照明节能改造的新标杆, 符合交通部、省交通厅节能事业发展的大方向, 同时也为国家相关部门制订出台有关政策和相应的技术标准, 在公路隧道照明领域推广应用LED照明灯具提供了依据。

参考文献

[1]JTJ 026.1-1999.公路隧道通风照明设计规范[S].

[2]JTG D70-2004.公路隧道设计规范[S].

[3]JTG F80/2-2004.公路工程质量检验评定标准[S].

[4]交通节能网.隧道LED节能照明在江西景鹰高速公路高傍下隧道的应用[EB].

LED照明技术及应用 篇8

1 LED照明的优点

(1) 不需要充气, 不需要玻璃外壳, 抗冲击性好, 抗震性好, 不易破碎, 便于运输。LED只要在温度-40～85℃、湿度≤65%的情况下都可以正常安全的使用。适合在条件恶劣的环境下使用。

(2) 灯源单元较小, 使得布灯更为灵活, 而且能够更好地实现夜景照明中“只见灯光不见光源”的效果。LED光源可以应用在建筑景观装饰、公路、桥梁、广告立体字、商业空间、机场、地铁、医院、饭店、汽车、电脑、手机等场合, 应用十分广泛。

(3) 能够较好地控制发光光谱组成, 从而能够很好地用于博物馆、展览馆中的局部或重点照明。

(4) 理论上具有与传统光源相比更高的发光效率, 理论上LED发光效率大于200lm/W, 从而具有巨大的节能潜力。

(5) 理论寿命更长, 实验室寿命可达100000h。光源可以频繁地亮灭, 而不会影响其寿命, 且启动速度非常快。如果每天使用4小时, 那么在正常情况下使用可以超过60年, 基本上可以达到一生使用无忧。

(6) 可以通过控制半导体发光层半导体材料的禁止带幅的大小, 从而发出各种颜色的光线, 且彩度更高。

(7) 光源中不添加汞, 有利于保护环境。由于LED与白炽灯、荧光灯的发光原理不同, 所以不用浪费太多热能, 不会产生有毒气体, 不易损坏, 是全球公认的新一代环保高科技产品。

(8) LED发光具有很强的方向性, 从而可以更好地控制光线, 提高系统的照明效率。尽管15W荧光灯的发光效能大约为60lm/W, 但经过灯具的折减就变为35lm/W, 如果再考虑照射到目标区域以外光线, 则只有30 lm/W。而半导体光源在这些环节上的折减则会少得多。

(9) 使用低压直流电, 具有负载小、干扰弱的优点。LED一般采用12～24V直流电, 用低电压带来高光效能, 比传统白炽灯节省电能约80%以上。目前高亮度单色光的LED与传统的灯泡相比虽然更贵, 但其节能的优点就能够弥补价格高的缺点。如果一个LED发光要特定亮度时所需的耗电功率是15W, 那么传统灯泡要达到同样亮度的耗电功率可能会高达150W。

2 目前影响LED路灯推广的因素

目前许多城市乃至小乡镇, 都有路灯示范工程, 少则几十盏, 多则成千上万盏, 通过对试点城市的分析, 影响其大面积推广的因素有以下方面。

(1) 目前LED路灯造价较高, 不利于推广普及。虽然目前价格初步有所下降, 但是过高的价格仍然会阻碍LED路灯的普及。

(2) LED路灯电源可靠性仍需加强, 由于驱动电路等原因也会造成LED路灯的失效。

(3) 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。一盏采用250W高压钠灯的路灯, 由于技术较成熟, 散热控制得很好, 即使工作5000小时, 光衰仍然较小, 发光效率还可以达到70%以上。以目前的技术, 相同条件下大功率LED路灯, 由于散热问题不易解决, 光衰较大, 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。

(4) 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。此外, 制定国家LED道路照明标准也是普及推广LED路灯非常有力的手段。

(5) 缺乏相应的行业标准, 目前LED路灯生产厂家各自为战, 各有各的生产标准, 不同厂家的产品不能通用。路灯管理部门对LED路灯生产厂家依赖性过高, 同时路灯管理部门自身风险也相对较高, 如果LED路灯生产厂家停止生产, 由于不同厂家产品不能兼容, 将面临无备件可维护的局面。

3 应用前景

与传统光源相比, LED特别是白光LED在一般照明领域中的优势和节能潜力, 使它日益受到路灯管理部门及相关专业技术人员的关注, 也成为了当前半导体研究领域以及照明产业中的热点。随着LED照明技术的进一步提高, LED路灯技术的日趋完善, 将有快速的发展。考虑到我国约有2亿盏路灯这一广阔市场, 理应特别重视, 加上已有部分生产企业产品出口, 市场前景更为看好。

LED照明技术及应用 篇9

21世纪是生态农业的世纪,而物理农业是实现生态农业的主要技术途径之一,在众多的物理技术手段中,光学技术起着至关重要的作用,现代农业“光的世纪”已悄然而至。尤其是电光源的应用无处不在,农业科研、生产活动与光密切相关[1]。节能、高效光源研发是实现人工光设施植物生产发展需要解决的首要问题。迄今,在农业照明领域使用的人工光源大多存在光效低、能耗大等缺点。另外,这些光源的光谱相对固定,对植物无效波长较多、产生的热量大,无法近距离照射植物。因此,开发高光效节能光源是农业领域人工光植物栽培的重要课题。

随着光电技术的发展,LED(Light Emitting Diode,发光二极管)研制成功,使得低能耗LED光源在农业种植领域的应用成为现实。LED是由Ⅲ~Ⅳ族化合物,如砷化镓(Ga As)、磷化镓(Ga P)、磷砷化镓(Ga As P)等半导体材料制成。与其他传统光源相比,LED光源不仅具有光电转换效率高、体积小、寿命长、耗能低等优势,而且光谱(红/蓝光比例或红/远红光比例等)易于组合与调控。随着光电技术的不断革新,LED应用的性价比快速提升,为这一新型光源的普及与应用提供了重要条件。

LED应用于农业领域,能够给社会和人类带来真实的物质财富和经济效益,不同于亮化照明只带来的视觉感受,两者具有不同的区别和意义。采用高效、绿色环保的LED光源、适宜的光照策略和智能光控方法,能够解决不适合光环境对农业生产活动的制约,促进植物生长发育,达到增产、高效、优质、抗病、无公害的目的,这对于增强农业产出能力、改善民生、保障农产品安全、加快我国农业现代化发展具有非常重要的现实意义,同时能够为半导体照明产业开拓广阔、持久和更为巨大的消费市场,促进我国LED产业的可持续发展。LED在农业种植领域的应用发展势头迅猛,被认为是21世纪现代农业领域最有应用前景的人工光源。

1 LED植物照明技术分析及技术优势

1.1 LED植物照明关键技术

近年来,随着设施农业的快速发展,对植物照明的研究越来越多。由于植物生长对光环境有特定要求,因此需要严格把控光学参数,使其符合相应植物的生长需求,以此选择出合适的光源、确定光源的数量及排布,根据植物对光的合理需求为光源研制应用提供适宜的方案。

LED植物照明技术发展需要重点考虑以下几个关键要素:

(1)光谱分布

大量的研究表明红光和蓝光是植物生长最重要的两种光谱。植物一般依靠叶片中的叶绿素吸收照射光,其吸收波段一般处于蓝光和红光区域,如图1所示。吸收光在植物体内经光合作用转换为有机能量,用以生长繁殖。因此,对于植物照明产品,首先应考量其吸收波段的辐照度,一般为400~500nm蓝光和600~700nm红光波段的辐照度,以及需要确定所选组合植物照明的光谱组成、范围、峰值波长和色温等[2]。

(2)光照度

植物接受光照度不同,将直接影响植物的生长发育和结构特征。研究发现,光照度影响光合速率。随着光照度增大,光合速率将不断上升,直至光饱和点。同时,光照度影响作物的形态结构、花芽分化和果实产量。光照度影响作物的生长发育,其影响程度因作物的种类和特性而不同,因植物对光照度需求的不同,可将植物分为阳生植物、阴生植物及中生植物,这些植物都需要合适的光照度才能良好生长。

(3)光均匀度

由于LED发光具有较强的方向性,且可能存在空间光色分布不均匀性,因此,在大面积种植场合,还应考察植物受照面上辐射照度均匀性,以获得高质量的均匀照明环境。

(4)昼长(光周期)

光照度和特定的光谱波长显著地影响着植物的生长发育,同时光周期也对植物的生长发育产生着深远的影响。不仅影响植物的花芽分化、成花诱导和花性分化、植物的休眠,还影响植物的营养生长和生理分化。不同植物对光谱的需求不同,不同生长阶段对光谱的需求也不同,设施农业中的人工补光必须遵循植物的光生理特性,才能达到最佳的补光效果。因此,不仅需要准确测量LED光源的光谱组成,还要能够知悉照度随时间变化的情况。

1.2 LED植物照明技术优势

光是植物生长发育最为重要的环境因素之一,对于植物的光合作用和生长发育新陈代谢都有着直接的调节作用。目前已知的环境因素,比如相对的潮湿、温度、光强度和光质量都对植物的生长和发展有着密切的影响。而在这些因素中,光谱分布则直接影响植物干的生长,侧分枝,叶扩展和色素的沉积等主要的生长指标。近几年来,LED植物照明技术广泛应用于农业领域主要源于以下几点优势:

(1)具有光波长与植物要求吻合的优势

LED植物生长灯具一直以来都被看作是未来植物照明领域的主流产品。LED的光谱域宽在(±20)nm左右,波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。植物光合作用在可见光光谱380~760 nm范围内,所吸收的光能约占生理辐射光能的60%~65%,其中主要为波长610~720 nm的红、橙光和波长为400~510nm的蓝、紫光。LED能够发出植物生长所需要的单色光光谱,光能有效利用率可达80%~90%,并能对不同光谱和发光强度实现单独控制。表1列出了不同类型光源的灯具在各类植物照明场合的适用情况。

注:○适用×不适用

(2)具有宽幅可调性

目前植物工厂使用的光源大部分都是复合光谱,其光谱比等一些光环境因素难以调节,无法满足不同植物的需求。LED作为单色光光源,可以有效调节红蓝光谱比、远红外光谱比等一系列的光环境因素。同时LED本身的光照强度也具有很多调节方式,如直流电源调光、脉宽调制(PWM)调光、分段式开关调光等。根据不同植物的需求,可以自由调节光环境因素,形成最适宜植物生长发育的光环境。

(3)提高空间利用率

对于植物工厂而言,空间利用率的大小也是决定其产能的一个关键因素。由于选择单色大功率LED,可以有效控制光谱中红外和远红外光谱分布,从而可以实现对植物进行近距离照射而不会发生灼伤植物的现象。同时由于LED光源体积小,可以自由设计照明系统的形状,大幅度提高光源利用率和空间利用率,适用于多层多段紧凑式的栽培模式,在如今耕地面积不断减小的形势下具有积极的意义。

2 国内外LED植物照明产业发展状况

2.1 全球LED植物照明发展概况

多年来,国内外学者围绕LED光源在植物照明领域的应用进行了不懈的探索,取得了重要进展。首先,就红蓝光及其组合光源对植物生长发育的影响进行了研究,充分证明了红蓝光作为光源栽培植物的可行性。到目前为止,LED已成功用于植物的栽培,并在植物补光、组培、植物工厂以及太空种植领域取得重要进展。国际有关LED照明在植物生产中应用的研究主要侧重于不同光谱能量分布对植物生产的影响。研究主要着眼于不同光质的LED照明对植物生长、光形态建成、光合作用、叶绿素荧光特性、次生代谢及产品品质的影响,进而从分子生物学的角度探究植物对不同光质反应的分子机理。

全球LED植物生长灯产值从2013年起已开始呈现高速成长态势,从不足1 000万美元规模增长至2014年的3 500万美元左右,2017年更有望达到3亿美元。LED作为植物照明光源可以广泛应用于设施栽培、组培培养、植物工厂等众多领域,具有促进植物生长、调节植物形态以及节能环保等多方面优势。其中,植物工厂集现代生物技术、信息技术、人工环境控制等多种高技术于一体,不仅产量高于陆地栽培多倍,而且还可以在戈壁、荒漠、海岛、水面甚至城市大楼里等非可耕地上进行生产,也被认为是未来解决人口、资源、环境等问题的有效技术手段。目前国际上各大知名照明产品制造商均已涉足LED植物照明领域的技术研发和生产布局并各具发展优势。

2.2 国内LED植物照明产业状况分析

我国LED植物照明起步晚,但发展迅速,在设施园艺、畜禽养殖、渔业植保等方面具有推广应用的潜力。CSA Research的数据表明,2015年我国仅植物照明产品产值为1.9亿元,预计到2018年达到5亿元。目前我国从事植物半导体照明的企业数约为150家,2014年LED植物照明产品出口额为1 100万美元,,相对于3 000多亿元的LED半导体照明产业仍是非常小的份额。据估算,未来我国从事农业半导体照明的企业数在250~400家,产值在10亿元以上。国内进军LED植物照明领域的厂商以具有一定研发实力的成长型企业为主。从目前进入LED植物照明领域企业的情况来看,主要有以下特点:首先,我国LED应用企业数量众多,但LED植物照明是一个新兴领域,2005年以后我国相关机构才开始进行该领域研究,因此进入LED植物照明领域的企业和机构并不多,还没有一家企业在此领域具备明显的优势。从区域分布上来看,我国涉及植物照明产品企业主要集中在广东、江浙地区和北方尤其是北京地区。其次,多数企业对该领域的发展还处在观察和洽谈阶段,并没有在植物生长核心技术和下游销售渠道建设等方面进行大量投入,产品的发展规划不太明确。再者,LED植物照明在多数相关企业中并没有作为企业的支柱产品,而只是结合示范工厂联合推广、小规模的试制LED植物照明灯具产品。

总体来说,由于市场发展阶段的原因,企业间的竞争并不是十分激烈,具有技术优势(包括植物栽培技术和LED核心技术)的企业,在竞争中将居于十分有利的地位。但随着未来LED成本的降低和LED照明栽培技术的成熟,行业内的竞争将日趋激烈。

3 结语

发展现代农业,保障粮食安全和农产品有效供给是我国的长期方针政策,也是应对人口增长、资源减少、环境污染、气候变化等问题的重要举措。光照是设施农业动植物生长发育和优质高产的关键环境要素,随着LED光源的发明和推广应用,使得设施农业得以彻底全面地调控光环境(光强、光质和光周期),

LED光源的特性优势和已有研究基础均表明,LED可以广泛应用于植物栽培、温室补光、植物组培、植物工厂,是植物照明光源未来重点发展方向。我国LED植物照明起步较晚,仍处于研发合作或示范推广阶段,整个市场竞争格局并不明显,成规模有绝对市场优势的企业寥寥无几,市场空白有待填补。

国内LED植物照明产业经过这些年的推动,尽管已经取得了较快的发展,但仍然存在诸多问题,例如:同质化严重,企业缺乏核心竞争力。产业链间缺乏配套与协作,研发力量待整合。财政支持力度不够,行业标准体系不完善,科普知识未普及,传统观念未转变等。

为解决当前LED植物照明产业存在的问题,应立足于未来LED植物照明市场发展需要,理清技术、产品、市场、应用与标准之间的关系,达到有时间性和阶段性地实施战略新兴产业技术和标准规划,加快构建产业标准体系和促进产业健康快速发展,可采取以下几点措施和对策:(1)重点培育龙头品牌企业。建议国家相关部门根据产业发展布局,重点培育有较好研究基础和较强技术实力的企业,充分发挥龙头企业的引领和带动作用。企业应抓住机遇,结合自身实际科学规划,制定长期发展战略;加大人才投入,建立固定的研发团队,加快自主核心技术研发与创新。(2)加大对行业内共性技术问题的研究力度。充分实现政府政策指引、科研机构规划引导、企业技术创新与实践、高校理论研究与支撑的有机融合,联合国内外致力于LED植物照明技术创新、应用、标准化、检测和研究的相关企业、科研院所和各大院校,积极整合、协调LED植物照明产业及社会资源,努力推动技术创新,组织重大技术联合攻关。(3)加大政府财政资金扶持。建议国家持续关注并加大力度扶持LED植物照明产业发展,制定LED植物照明专项扶持政策,设立专项产业扶持基金,并联合民间资本力量共同研究和推广LED植物照明技术。(4)加快将创新成果转化为技术标准。共同研究和研发形成的技术沉淀与积累,在条件成熟时,在试点企业中开展数据验证等工作,使得标准的制定更加科学、高效,适时上升为地方、行业、国家甚至国际标准。积极借鉴国外LED照明产品技术标准制定,与国际接轨,尽快打通走向国际市场通道。(5)加强相关科技舆论推广宣传。建议在政府的主导下,企业配合政府通过多种渠道途径加强相关科技舆论推广宣传,例如:通过电视网络等大众媒体加大科普知识宣传、通过召开会议讲座、安全示范引导国人观念改变等。

参考文献

[1]杨其长.LED在农业领域的应用现状与发展战略[J].中国科技财富,2014(1):52-57.

[2]孙庆丽,陈志,徐刚,陈敏,陈剑平.不同光质对水稻幼苗生长的影响[J].浙江农业学报,2010,22(3):321-325.

[3]柯学,徐军,李向阳,等.不同光质对烟草叶片生长及光合作用的影响[J].植物生理学报,2014,47(5):512-520.

[4]郑云峰,李建建.我国LED照明产业困境分析及对策建议--基于SCP范式的分析[J].发展研究,2013(09):67-73.

LED照明技术及应用 篇10

植物工厂是采用现代农业工程和机械技术, 改变自然环境, 为动植物生产提供相对可控制甚至最适宜的温度、湿度、光照、水肥等环境条件, 从而实现动植物的可控生长的新型农业方式。光照设备是作为植物工厂中的一个重要的环节, 也在进行着日新月异的变化, 特别是LED照明灯具的广泛使用, 使得植物工厂具有了更广泛的发展前景。

1 植物工厂的由来

根据联合国估计, 到2050年全球人口将再增加30亿人, 这表示人类需要额外开发10亿公顷的耕地, 才可避免粮食短缺;但目前所面临的问题是全球可以耕种的农地几乎都已开发, 而城市化发展的大趋势又使得很多土地变为了钢筋水泥的建筑。因此如何更高效的利用土地资源发展农业成了全世界的课题, 植物工厂的概念也应运而生。

美国在1950年代率先提出植物工厂的概念, 并在1970年代将其商业化。日本植物工厂业者遂利用其概念进行研发, 将作物种植于环控室内并试着为它们找出最佳的生长环境。植物工厂是的目的主要是希望最大化的利用有限空间, 在一年四季中皆可以人工控制的方式控制培育环境, 例如光照, 温度, 湿度, 二氧化碳浓度以及培养液成分等, 以实现高质量作物的产出。一般来说, 通过控制外部环境, 植物工厂的蔬菜生长速度可以达到户外常规蔬菜种植的2-4倍, 单位土地利用率可达户外常规蔬菜种植的40-108倍。

2 LED植物生长灯具的优势和现状

LED植物生长灯具在植物工厂照明系统中具备很大的优势和发展潜力, 这主要是由它自身特定所决定的。

2.1 LED植物生长灯具特有的波长优势

LED植物生长灯具一直以来都被看作是未来植物照明领域的主流光源。LED的光谱域宽在 (±20) nm左右, 波长正好与植物光合作用和形态建成的光谱范围吻合。近年来, 随着LED光源研究与开发的不断深入, 使其在植物栽培领域的应用成为可能。植物光合作用在可见光光谱 (380-760nm) 范围内, 所吸收的光能约占生理辐射光能的60%-65%, 其中主要是波长为610-720nm的红、橙光和波长为400-510nm的蓝、紫光。LED能够发出植物生长所需要的单色光光谱, 光能有效利用率可达80%~90%, 并能对不同光质和发光强度实现单独控制。表一显示了不同类型灯具在各类植物照明场合的适用情况。

2.2 LED植物生长灯具具有宽幅的可调性

目前植物工厂使用的光源大部分都是复合光谱, 其光质比等一些光环境因素难以调节, 无法满足不同植物的需求。LED作为单色光光源, 可以有效调节红蓝光质比、红红外光质比等一系列的光环境因素。同时LED本身的光照强度也具有很多调节方式, 如直流电源调光、脉宽调制 (PWM) 调光、分段式开关调光等。根据不同植物的需求, 可以自由调节光环境因素, 形成最适宜植物生长发育的光环境。LED光源主波长和输入正向电流的关系, 当正向电流为350m A时, 主波长为545.8nm;当正向电流减小为200m A时, 主波长为548.6nm;当正向电流减小为100m A时, 主波长为550.2nm。

2.3 LED的紧凑性和冷光源性是得植物工厂可以具有更高效的空间利用率

对于植物工厂而言, 空间利用率的大小也是决定其产能的一个关键因素。利用紧凑型的设备, 能够实现高密度的种植环境, 而LED灯具在这个方面具备了得天独厚的优势。

由于选择单色大功率LED, 可以有效控制光谱中红外和远红外光谱分布, 从而可以实现对植物进行近距离照射而不会发生灼伤植物的现象。同时由于LED光源体积小, 可以自由设计照明系统的形状, 大幅度提高光源利用率和空间利用率, 适用于多层多段紧凑式的栽培模式, 在如今耕地面积不断减小的形式下具有积极的意义。

2.4 LED植物生长灯目前存在的问题

LED作为新生技术, 在产品生命周期曲线上目前仍处于发展期, 因此从成熟度不足, 并且价格过高。

例如以上述LED灯具和T5荧光灯灯具在美国零售市场的单价上相差接近10倍。

另外, 产业化和标准化程度仍很低。植物照明使用的LED光源目前仍处于试验研究阶段, 还没有形成完善的标准化技术体系, 光源的开发和使用仅仅限于科研院所, 缺乏能够将研究成果转化的专业性生产企业, 也未能形成相应有产业集群。还有就是LED光源的散热和光衰还没有完全解决, 也使LED在植物照明上存在制约。

解决这些劣势的建议如下, 1) 研制专门针对植物照明的LED芯片及灯具, 减少植物工厂在照明环节的采购成本;2) 制定专门用于植物照明的标准;3) 通过行业内部的整合和合作提升行业整体的竞争力;4) 政府在植物照明领域提供足够的支持和专项的补贴。

3 未来发展趋势

中国植物工厂技术研究始于21世纪初, 过去十几年发展迅速, 已有10余家科研机构和企业参与到植物工厂系统、控制技术和生产技术的研发。目前, 全国已有运营的植物工厂数十座。2013年, 中国启动“十二五”、“863计划”项目、“智能化植物工厂生产技术研究”, 投入经费4600万元进行植物工厂技术装备的研发与示范应用, 有效地推动了植物工厂领域的科技进步。

目前国内外的植物照明厂家都针对这个趋势研发出了各种的智能解决方案, 例如PHILIPS的GREENPOWER SOLUTIONS, LUMIGROW公司的LUMIGROW SOLUTIONS等, 都是基于智能化管理的趋势而推出来的, 而它们都无一例外的选择了LED植物照明灯具作为照明设备。可以展望, 在未来的植物工厂中, 智能化因素将会得到大大加强, 而LED植物照明灯具将会成为必然的选择。

摘要：植物工厂因此资源有效利用的优势, 近年来在很多国家得到快速发展。而作为其中重要环节之一的照明, 其设备也在得以日新月异的进步。本文通过介绍了植物工厂的由来和LED植物照明灯具的发展现状, 进而分析了LED光源与其他光源的一个优势, 并且对未来LED植物灯具以及植物工厂进行了展望。

关键词：LED植物灯具,优势和现状,发展趋势

参考文献

[1]刘晓英, 徐志刚, 焦学磊, 杨铭.植物照明的研究和应用现状及发展策略[Z].

[2]郭子菱.LED特殊照明应用—植物照明新商机[C]//海峡两岸第十七届照明科技与营销研讨会专题.

[3]赵启蒙.用于植物生长补光的LED照明系统研究[D].复旦大学.

LED照明技术及应用 篇11

【关键字】公路隧道 LED照明 应用研究

浙江金丽温高速公路横穿浙江省的金华、丽水和温州三地市，全长234公里，共有隧道54座，桥梁69座，一路上桥隧相连，被交通部有关专家称为“桥隧俱乐部”。

为有效降低隧道照明能耗和企业管理成本，金丽温高速公路的管理者进行了有益的尝试。专门和中国电子科技集团公司第三十六研究所进行合作，在所辖的水坑隧道右线单洞内，拆除原来的高压钠灯，安装上新型照明灯具——LED灯，通过一段时间的测试，和左线单洞内的高压钠灯作比较，隧道照明能耗确实大为降低，LED 照明是一种非常节能的绿色照明。

1 LED灯具的优点

1.1 发光效率高。LED灯具有电压低、电流小、亮度高的特性。同样照明效果LED比传统光源节能80%～90%，是白炽灯的4到8倍。

1.2 耗电量极小。在同样亮度下，耗电量仅为普通白炽灯的1/8到1/10。

1.3 寿命长。LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，按每天工作12小时寿命也在5年以上。

1.4 可靠耐用，便于长途运输。由于体内无钨丝以及玻璃壳等易损部件，基本不受运输影响，正常报废率很小，维护费用极低。

1.5 起动响应快、无黑头、免除频换灯管之烦。LED起动响应极快，因而电流对其冲击甚微。而普通白炽灯或節能管受起动电流的作用，灯头很易发黑而需更换。

1.6 由于LED管是由十多只或几十只组成，即使个别损坏了也不会对正常照明产生太大影响，不像高压钠灯损坏时全灯熄灭，因此LED灯的可靠性比高压钠灯的可靠性提高了许多倍。

2 LED 灯应用于隧道照明的优势

目前，隧道照明可采用的灯具有高压钠灯、荧光灯、高频无极灯、LED 灯等。其中高压钠在隧道灯中使用最为广泛。但是，LED灯与高压钠灯相比的优势有:

2.1 LED 作为点光源，很大程度上可以直接解决传统球状光源必须靠光发射来解决的二次取光及光损耗问题。

2.2 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。

2.3 LED 作为一种发光器件，既可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。

2.4 更节能。目前白光LED的发光效率约为80 Lm /W，较传统高压钠灯可以节电50% ～ 60% ，随着LED 效率的快速提升，LED隧道灯在节能方面显示出了巨大的潜力。

2.5 低维护成本。以目前的技术水平和测试结果推算，大功率LED 光源可以正常使用5 年—10 年不用更换，使用LED 光源可以大大降低维护成本。

2.6 显色性更佳。LED 的显色指数高( 显色指数一般为75 ～ 80) ，路面看起来更明亮，感觉更舒适，驾驶人员也感觉更安全。

3 LED灯具应用实例

3.1 试验内容

本次试验选择在浙江省金丽温高速公路辖区内的水坑隧道。水坑隧道左线长368m，右线长403m，分别在左、右线单洞内安装了高压钠灯和LED灯。主要完成以下工作：1、分析研究国内外相关资料，结合国家标准和规范，制定隧道LED照明总体方案。2、分析计算隧道洞外亮度及各照明段功率密度，确定LED灯具功率、型式及布置等。3、根据LED光源特点，研究确定LED照明灯具导热件、铝基板、电路板、反射器等。4、分析研究光源适时控制系统、控制线路线损补偿装置，解决电路抗干扰问题。5、安装调试，验证对比试验隧道的LED照明系统。测试效果、跟踪运行，分析改进，总结成果。

3.2 灯具布置实例

浙江省金丽温高速公路水坑隧道照明设计采用新型LED隧道专用照明灯具替代原设计高压钠灯后，照明总功率为原设计的0.66倍，节电34%。照明布置为：

基本段灯具布置：采用60WLED隧道专用灯，间距6.0m，共安装66盏，拱顶单光带偏行车道中线1.5m布置。

入口段1灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向4排，对称布置在隧道两侧，共140盏。

入口段2灯具布置：采用120W的LED隧道专用灯加强照明，间距1.2m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共66盏。

过渡段灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共48盏。

出口段1灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距6.0m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共10盏。

出口段2灯具布置：采用90W的LED隧道专用灯加强照明，间距3.5m，安装成纵向2排，对称布置在隧道两侧，共20盏。

3.3 试验结论

3.3.1 左线高压钠灯满负荷总功率52.7kW，右线LED灯相应为35.7kW。根据该隧道的附近环境、交通流量和设计要求，对灯具进行控制，连续五天准时点对左、右两线的灯具耗电量进行计量，左线高压钠灯每天平均耗电747.2kw/s, 年耗电费24万元；而右线LED灯具每天平均耗电472kw/s, 年耗电费15万元；LED 灯能耗较高压钠灯降低，年节电费9万元。

3.3.2 LED 光线显色指数较高压钠灯极大提高，夜间照明效果明显提高。其对隧道照明设计亮度参数的影响值得进一步研究。

3.3.3 LED 灯具价格较高压钠灯高，但如在设计阶段即采用LED 系统，则其对供、配电设备的低功率要求可进一步对建设费用产生有利影响。

试验项目对LED 照明技术及光源实时控制技术的综合应用取得了积极的成果，为进一步在金丽温高速公路上进行公路隧道LED 节能照明系统建设奠定了基础。

4 结语

目前LED 隧道专用灯具的初始投资虽然高于高压钠灯，但是由于LED 的用电量及使用维护费用大大低于高压钠灯，并且随着LED 灯具的产业化，其生产 成本将大幅降低，所以LED 灯具在公路隧道的应用将会很快普及.

根据我国每年公布的《公路水运交通行业发展统计公报》的统计数据，从2006年到2010年全国公路隧道建设增量每年的增幅均在20% 以上。到2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万米，比上年末增加1245处、118.06万米，其中，特长隧道265处、113.80万米，长隧道1218处、202.08万米。如果再加上铁路隧道、地 铁、轻轨和立交桥下穿通道等其它类型隧道，若这其中有50% 安装LED 隧道照明灯具，将在节能上产生非常巨大的经济效益。

因此，LED 灯具作为第四代电光源，它必将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧 光灯而成为21 世纪的新一代光源，成为一种理想的环保照明。

参考文献：

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[2]宋白桦，李鸿，贺科学. 公路隧道照明的研究现状和发展趋势[J]. 湖南交通科技，2005(1) : 96-98.

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[4]黄彦. 浅谈LED 在隧道照明中的应用[J]. 灯与照明，2009 (4) : 17-19. ( 责任审编白敏华)

[5]贺一鸣，王崇贵，刘进宇. 公路隧道照明存在的问题及节能技术研究[J]. 交通标准化，2010: 33 ～ 350.

LED照明技术及应用 篇12

交通运输行业是国家确定的节能减排的重点行业之一, 国务院明确要求加快建设以低碳排放为特征的交通运输体系, 发展资源节约型、环境友好型交通行业。作为交通领域节能减排重点, 隧道节能备受社会关注。

隧道照明成了困扰公路运营单位的沉重经济负担。而为节约隧道照明费用, 减少电费支出, 国内部分隧道, 特别是刚建成通车且车流量不大的高速公路隧道, 出现了运营管理部门关闭部分隧道灯, 或关闭一侧灯光, 甚至全部关闭的极端现象, 严重影响安全行车。如何解决安全行车与节约能源之间的矛盾, 达到“安全行车与高效节能的完美结合”, 是摆在当前隧道管理者、建设者、运营者面前一项急需解决的重大任务。

2 隧道照明光源

隧道照明中一般选用的光源主要有荧光灯、高压钠灯、低压钠灯和高压汞灯以及新兴的LED灯等。隧道常用光源性能对比如表1所示。

从表格数据得出, LED灯具有显色性好、色温高、寿命长、电源效率高、光效出众等优势, 可见LED灯具作为隧道灯具具备先天的优势。

3 隧道照明节能控制方式

3.1 节能控制一般原理

满足驾驶员的视觉要求和人眼适应曲线, 是隧道照明的最根本要求。

隧道照明节能控制原理主要内容有两个方面:在照明需求中, 计算出最优的方案。另外, 在照明控制输出过程中, 要精确无误。

“照明需求的最优化计算”实际是要满足规范的要求, 是对现有规范的执行。设计中以交通量、车速参数为基础, 设计参数一般考虑了远期的照明需求, 目前也有采用分期实施的做法。

“实时精确的照明控制输出”实际是理论与实际的有效结合, 实现一种结构简单、可靠性高、性价比高、控制精度高照明系统。

实时精确的照明控制输出对于节能的一般原理, 如图1所示 (x轴时间T, y轴亮度需求L) 。传统的分级控制方式 (曲线C1) 照明亮度等级少, 控制响应及调整频率低, 造成能源浪费。动态调光方式整个照明控制输出接近平滑曲线, 可以快速响应跟踪照明需求曲线, 可以得到最优的控制效果并能够达到节能的目的。

图中, Q为照明计算需求曲线, C1为传统分级照明供给控制曲线, C2为节能照明控制供给控制曲线。

3.2 隧道照明节能控制方法

(1) 传统的回路分级节能控制

在隧道设计时, 采用规范中的算法表计算所需的调光回路;属于静态控制, 即只能按固定模式进行控制, 主要根据人工或者传感器反馈的固定阙值来进行判断。

具体做法分为两个部分, 一部分是对于隧道口部照明的控制, 根据室外亮度检测装置, 对隧道口部加强照明灯具经行部分关闭, 来降低隧道口部的亮度。另一部分就是隧道基本照明灯具根据隧道的运营时段需要 (白天、夜间、午夜) 对基本照明灯具进行批量的关闭, 以实现对亮度的控制。

(2) 智能化的亮度精确节能控制

在隧道设计时, 按最高标准进行计算。属于动态控制, 即能根据隧道的实时状态进行相应的精确亮度控制输出, 控制范围从10%~100%, 涵盖了任何参数的影响范围 (各类参数的细小变化都能直接反应到控制结果上) , 并且能与其它机电系统进行联动控制 (如消防系统联动应急照明) 。

亮度节能控制方法现在主要有两种控制模式, 即分级调光LED控制系统、无级调光LED控制系统。在亮度控制方法上建议采取无级调光方式, 相比分级调光, 无级调光在精确度上更高, 更能满足环境参数变化范围大的隧道, 节能优势更显著, 控制方式更合理。

3.3 回路控制方式与智能化控制方式的对比

传统的回路控制方式之所以没有智能化的亮度控制方式节能、安全、高效, 是因为:

(1) 洞外亮度指标固化, 对适应季节、时间段变化方面不够灵活。

隧道加强照明标准值是根据隧道洞外亮度乘以一个系数得来的。以80 km/h的双车道单向交通为例, 若设计交通量大于等于2 400辆/h时, 其入口段的亮度折减系数为0.035。图2为不同的洞外亮度情况下加强照明能耗相对百分比, 以4 000 cd/㎡为100%。

从图2中可以看出, 洞外亮度对隧道能耗影响相当大。这也给节能带来了相当大的空间。虽然在设计隧道照明时, 我们要求按照夏天中午时的最大洞外亮度进行计算, 并考虑到足够的冗余, 以确保运营期间的每一天且灯具的亮度衰减到额定值的下限时, 洞内照明强度依旧能够满足规范要求。但在实际运营期间, 洞外亮度会随着天气、季节和时辰的不同而每时每刻都在变化, 而且肯定不是一个固定数值, 相关参数、要求也对应的在变换。

从图2我们也可以看出晴天分级调光系统与LED无级调光系统的调光功率、能耗对比。图中曲线上部的面积即为浪费的电能, 它是实际需求能耗的三倍以上。即使是应用传统四级调光系统的LED灯, 其晴天的能耗也是实际需求的2倍。

对于东西走向的隧道而言, 若入口位于隧道的东侧, 则上午阳光照射到东面, 使洞口亮度较高。午后东面山体转为阴暗面, 洞外亮度急剧下降, 这使得入口段加强照明的强度较上午又大幅减小。采用亮度智能无级控制后, 洞内照明就会顺应下图的这种变化, 其LED功耗夏至晴天照明能耗仅为钠灯的18%, 冬至时仅为12%, 节能高达80%以上。

(2) 设计维护系数和冗余所产生的电能浪费。

考虑运营过程中光源亮度产生衰减以及灯具在污染状况下亮度降低30%以上, 因此在设计灯具功率过程中, 一定考虑维护系数使照明强度能够满足规范要求。为了有效控制设计维护系数和冗余所产生的电能浪费, 设计采用的LED亮度为无级控制。

(3) 隧道照明的分时、分路控制造成频闪效应的再次出现, 严重影响安全。

在设计隧道照明方案时, 要考虑到人的明适应和暗适应因素, 重视过渡空间和过渡照明的设计, 避免频闪效应。但在实际隧道的设计中, 隧道照明多采用分时、分路控制。在运营过程中, 为节约能源或降低晚间的照明, 往往会关闭部分照明, 使得频闪效应再次出现, 对行车的安全造成了威胁。

(4) 隧道照明灯具的质保期过短、更换频繁、日常维护费用高昂。

荧光灯应用于隧道照明中, 虽然新购灯具的费用相对较低, 但一般情况下需隔年更换一次, 最长也不过三年。有的隧道即使采用了LED灯具, 因其全天候的满负荷 (100%功率) 工作, 光衰较为明显、导致其不得不提前更换, 且目前国内厂家的质保期多为18~24个月。灯具的频繁更换与当今节能低碳的主题不符。

LED亮度智能无级控制系统是根据洞外亮度采用无级调光控制, 60%~80%的照明时间功率仅为满负荷的40%~50%, 可延长发光体寿命, 延迟光衰。

4 智能无极调光控制方式更利于节能

智能无级调光控制系统较普通分级控制系统控制方式灵活, 系统结构简单, 全程自动控制, 节能性能卓越, 其优势主要体现在:

(1) 由于隧道照明系统的加强照明功率能够根据洞外亮度实时调整, 因此一年中只有夏天的中午灯具才接近满功率工作, 大多数时间均在10%-60%的功率下工作, 而基本照明的设计冗余留到远期再用, 近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和电源的长期工作温度非常低, 不仅可大幅减少LED的光衰, 还延长LED和电源的寿命。

(2) 下半夜功率可同步减半, 灯具配光特性保持不变, 避免了关灯过多所产生的危及行车安全的频闪效应。

(3) 系统设计简单可靠, 只须2个控制回路, 一个基本照明回路和一个加强照明回路。且为保障安全, 控制与供电系统在物理结构上分离, 互不影响, 当控制系统失效时, 有5种冗余方案可供应急使用;当控制系统整体瘫痪失灵, 所有的照明设备将满功率工作, 不会使隧道处于黑暗之中。

(4) 当隧道未达到设计车流量时, 可依据规范对洞内照明强度进行相应折减, 折减量可根据需要任意设定, 以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能, 避免过度照明, 使系统真正实现了设计师所追求的按需照明的设计理念。

(5) 联动性强, 可与其它子系统兼容并联动, 完全达到建设机电一体化综合控制平台的要求。

(6) 完全智能化的控制机制, 可自适应调整控制方案, 无需人工干预, 可远程进行维护和监控, 减少人工, 提高管理效率。

5 结语

隧道照明能耗浪费巨大, 绝非照明设计的不合理。相反, 隧道照明设计绝大多数都是合理的。归纳起来, 电能浪费的根本原因在于:现有控制节能方式无法适应洞外亮度变化, 光源光衰较大导致维护系数取值较低, 传统及大部分LED灯具亮度无法控制使之不能实现按需照明以及精确的控制。因此, 在公路隧道照明领域, 采用亮度可控的灯具以及精确的控制方法是消除过度照明的最佳途径。

LED亮度智能无级控制系统应用于公路隧道照明, 既可起到安全通行的目的, 又可起到节能降耗的目的。

参考文献