金 偉

河北新燁工程技術(shù)有限公司，河北 張家口 075100

照明用電是工廠企業(yè)最為基本的電力需求，照明用電占了約10%的份額，并且還在不斷增長(zhǎng)。而照明系統(tǒng)光效取決于光源，光學(xué)透鏡或反光杯，以及鎮(zhèn)流器或驅(qū)動(dòng)電路。在各種新光源中，最受矚目的就是半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）。尤其是白光LED，它在光效（理論光效350lm/W）和壽命方面具備一般光源所無(wú)法比擬的潛在優(yōu)點(diǎn)，并且面臨突破的可能。

在北川新縣城建設(shè)中，70%采用LED路燈，30%采用節(jié)能的高壓納燈，積極推廣利用新材料、新能源、新技術(shù)。現(xiàn)在LED應(yīng)用于路燈、工礦燈領(lǐng)域?qū)儆诎l(fā)展階段。國(guó)家近年來(lái)調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式是重點(diǎn)，低碳經(jīng)濟(jì)將成為新熱點(diǎn)。金鹵燈、高壓鈉燈由于壽命短，平均每2年都需要更換燈泡、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器件，5年需更換一次燈頭。選用使用壽命更長(zhǎng)、光效更高、安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單方便的電光源和照明燈具將是今后發(fā)展方向。LED燈具都將具備這些要求具有很大潛力。

1 LED技術(shù)特點(diǎn)

LED （Light Emitting Diode）是一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合發(fā)出過(guò)剩的能量，從而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見(jiàn)光。

1）光效迅速提高：到現(xiàn)在，產(chǎn)品的實(shí)用光效可達(dá)70lm/W～90lm/W，據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國(guó)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)達(dá)160lm/W，而用還有增加的趨勢(shì)，預(yù)期在未來(lái)3年～5年，實(shí)用光效達(dá)到150lm/W～200lm/W是可能的，到那時(shí)有可能成為最高效的光源；

2）起動(dòng)性能好，快捷可靠，只有毫秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，能達(dá)到全光通輸出，可用于應(yīng)急照明系統(tǒng)；

3）LED在一定光束角內(nèi)定向輻射，用于射燈、筒燈等燈具時(shí)，有利于提高下射光通比，調(diào)光方便，可控性強(qiáng)；

4）防震性能好，防潮好，壽命長(zhǎng)；

5）不含汞，環(huán)保性能優(yōu)；

6）用于景觀、裝飾、廣告、信號(hào)等場(chǎng)合，有良好調(diào)光性能，容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。

所謂燈具效率（簡(jiǎn)稱光效），指的是燈具發(fā)出的總光通量與光源所消耗的電功率之比。光效高，對(duì)于國(guó)家來(lái)說(shuō)意味著節(jié)能，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)意味著省錢，即同樣照度可以用較低瓦數(shù)的光源實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)金鹵燈、鈉燈光源光利用效率低原因：

1）四面發(fā)光部分光被光源本身?yè)踝。?/p>

2）發(fā)光點(diǎn)大，不易做光學(xué)設(shè)計(jì)出射光斑不會(huì)與要求的有效照射面重合而浪費(fèi)部分光。

為保證金鹵燈的色溫和壽命，電網(wǎng)的電源電壓要求在短時(shí)間內(nèi)波動(dòng)不得超過(guò)5%，長(zhǎng)期波動(dòng)不得超過(guò)3%，較大的電壓變化會(huì)縮短金鹵燈光源的壽命及產(chǎn)生顏色漂移。LED的驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電源輸入電壓范圍AC176-264V，穩(wěn)壓直流低壓輸出，正常工作受電壓波動(dòng)影響小。

表1 LED燈具與金鹵燈主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表

功率 270W（包含整流器） 105W（包含驅(qū)動(dòng)電路）啟動(dòng)電壓 198V 176V功率特性 變功率 恒功率燈具光通量 20000lm ≥8400lm功率因數(shù) 0.9 ＞0.95燈具效率 ≥0.65 ≥0.85啟動(dòng)時(shí)間 5-30S ＜0.5S顯色指數(shù) ≥60 ≥75平均壽命 10000Hrs ≥30000Hrs環(huán)保特性 含汞污染 無(wú)污染防護(hù)等級(jí) ⅠP54 ⅠP65

2 照度分析

計(jì)算平均照度（Eav）

應(yīng)用利用系數(shù)法公式：Eav=N·Φ·U·K/S

式中，Φ為光通量，N為光源數(shù)量，U為利用系數(shù)，A為工作面面積，K為燈具維護(hù)系數(shù)。

室空間比公式：RCR=5hr·（l+b）/l·b （室形指數(shù)：RⅠ=5/RCR）

式中，l為室長(zhǎng)，m；b為室寬，m； hr為室空間高，m

查燈具維護(hù)系數(shù)

根據(jù)室空間RCR及頂棚、墻面、地面的反射比查燈具利用系數(shù)表可求得U（廠家樣本）。

圖1 齒輪加工車間照明平面圖

河北鋼鐵集團(tuán)宣工公司機(jī)齒輪加工車間工作面上平均照度計(jì)算：

齒輪車間長(zhǎng)L=90m，寬b=36m，燈具懸掛高度8.0m；工作面高度1.5m；室空間hr =6.5m，RCR=5·6.5（90+36）/90·36=1.26，燈具數(shù)量N=84盞。

250W金鹵燈：Eav=84·20000·0.60·0.8/90·36=248.9lx

105W LED燈：Eav=84·8400·0.8·0.8/90·36=174.2lx

實(shí)際效果見(jiàn)圖2和圖3。

3 節(jié)電效益分析

河北宣工齒輪箱加工車間照明改造如果使用金鹵燈，初期金鹵燈（單價(jià)850元左右）投入成本約需6萬(wàn)元（￥71400），如使用LED燈具（單價(jià)3000元左右），投入成本26萬(wàn)元（￥252000）。雖然使用LED燈具投入成本增加180600元，但是可實(shí)現(xiàn)節(jié)電60%以上。從業(yè)主在使用期間內(nèi)保養(yǎng)燈具的費(fèi)用來(lái)看，每盞金鹵燈每年的維護(hù)費(fèi)用約為150元，LED燈每年的維護(hù)費(fèi)用約為20元。使用LED燈后每年節(jié)約費(fèi)用如下：

每年節(jié)約電能：40471kW·h

每年節(jié)約電費(fèi)：32377元

每年平均節(jié)約燈具維護(hù)費(fèi)用：10920元

每年節(jié)約費(fèi)用共計(jì)：43297元

增加投入的成本180600元通過(guò)每年節(jié)約費(fèi)用收回需4年～5年。（根據(jù)每天平均照明時(shí)間8小時(shí)，每度電按約0.8元計(jì)算。

金鹵燈燈具：由于光源以及鎮(zhèn)流器配電器壽命較短，使用3萬(wàn)小時(shí)（30000小時(shí)/8小時(shí)/365天）需支付燈具維護(hù)成本約3萬(wàn)元。3萬(wàn)小時(shí)使用總成本約74萬(wàn)元（總成本=產(chǎn)品投入成本+電費(fèi)+維護(hù)成本）。

LED燈具：LED燈具一次投入使用長(zhǎng)達(dá)3萬(wàn)小時(shí)，LED燈具3萬(wàn)小時(shí)使用總成本約48萬(wàn)元 。

工廠照明應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、合理性要求，經(jīng)濟(jì)性上不能緊著眼于初期投入多少，而應(yīng)考慮使用周期總的照明費(fèi)用（設(shè)備折舊費(fèi)、年維護(hù)費(fèi)用、照明電費(fèi)總和），在照度同一級(jí)別下應(yīng)當(dāng)選用最省電的光源燈具。目前LED價(jià)格偏高，前期投資相對(duì)傳統(tǒng)燈具較高，但在電費(fèi)和維護(hù)等方面節(jié)約的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出燈具增加的投入成本，從3萬(wàn)小時(shí)運(yùn)行成本可以看出，LED燈具在長(zhǎng)期的投資使用中可獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和減排效益。

4 減排效益分析

根據(jù)國(guó)家節(jié)能部門提供的數(shù)據(jù)，每節(jié)省1度電，可相當(dāng)于減少使用標(biāo)準(zhǔn)煤0.35kg，減少使用純凈水4kg，減少排放CO2（二氧化碳）0.78kg，減少排放SO2（二氧化硫）0.0263kg，減少排放NOX（氮氧化物）0.0131kg，減少TSP（總懸浮物顆粒）0.238k。由此可得河北宣工齒輪箱加工車間每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤14.2t，減少溫室氣體排放31.6t。應(yīng)用LED燈在工廠照明領(lǐng)域?qū)?duì)企業(yè)響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排，低碳經(jīng)濟(jì)有重大推動(dòng)作用，市場(chǎng)發(fā)展前景巨大。

圖2 齒輪箱加工車間一跨全部安裝LED燈具（105W）

圖3 齒輪箱加工車間一跨混裝LED 燈具（105W）和金鹵（270W）

[1]北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì)編.照明設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[2]中國(guó)四聯(lián)集團(tuán).重慶四聯(lián)光電科技有限公司.應(yīng)用產(chǎn)品手冊(cè).

[3]科技部《十城萬(wàn)盞參政》.中華人民共和國(guó)科學(xué)技術(shù)部.