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LED路灯 的科学发展观

      对于近年来越炒越热的LED路灯来说,一方面是抓住了国家节能降耗的大趋势,一方面是国家强调的绿色照明的概念,同时地方领导层为了出政绩,为了要名声,不惜重金打造相关绿色环保节能的照明典型,致使所有LED生产厂家都趋之若鹜,强力攻关, 同时LED生产厂商为了拓宽市场炒作很猛,政府部门也就被牵着走。但是,从目前LED的现状来说,还是仍然存在许多问题没有彻底解决:LED的芯片质量问题,散热问题,配光问题,封装问题,电源驱动问题,电子元器件的寿命问题等等,虽然按目前国内国际大环境来说,LED的前景光明,但是眼下的许多问题一直是使用单位,特别是城市照明管理单位的一大考量,特别是不得不考虑建设成本和维护成本。个人认为针对LED路灯还是要慎重看待,以科学的眼光分析,寻找LED*能发挥优势的领域。
  一、LED路灯的节电效果
  关于LED路灯的节电效果,在很多实用LED路灯取代高压钠灯的案例中,节电是一个重要的因素,但实际LED路灯并不比高压钠灯节电。从发光效率的比较,目前实际应用的大功率LED路灯的发光效率低于高压钠灯(100~138lm/W),虽然LED是定向发光,灯具效率高于高压钠灯,但因发光效率低,LED路灯灯具综合能效还是低于高压钠灯。在一些证明LED路灯取代高压钠灯获得节电效果的案例中,据分析,这些案例往往是原有路灯功率偏高(亮度严重超标)或灯具效率低、光源严重衰减的状态,以此作为LED路灯节电的依据并不科学。应按照达到相同照度(亮度)水平,接近的照明质量标准的前提下比较两者的照明安装功率。由于高压钠灯大功率灯管(250~400W)光效高,可达130~140 1m/W,而小功率灯管(100~150W)光效约为80~100 1m/W,而现用大功率LED路灯多用1W LED管,其光效都差不多,考虑镇流器损耗,灯具效率以及光道利用率等三个因素,综合效率对大功率路灯,目前LED比钠灯的能效要低一些。综合效率对小功率(≤150W)路灯比钠灯可实现节能。
  二、LED路灯的光色问题
  目前大功率LED路灯基本上是采用5000K~6000K色温的白光,作为道路照明光源,在视觉感觉上过分阴冷甚至阴森,同时远视时眼睛的观察能力会下降,在这方面的一些研究中证明,低于3000K的黄光或暖白光是比较适合道路照明的。高压钠灯的相关色温(Tcp)为2100K左右,属暖色温,其显色指数(Ra)只有23~25,显色性低;而LED路灯现在使用的色温多大于5300K,属冷色温,较好的产品,其Ra可达70~80,显色性好。作为机动车行驶的快速道、主干道,偏黄色光的钠灯,对看清前方90~160m左右距离路面状况,效果比白色光略优,特别是对有雾、多尘的空气条件下,钠灯较有优势,相对的LED路灯射程短,在较高高度下工作,灯光就显的很暗。对于人行道、商业步行街、居住小区等道路,LED的显色性优于钠灯,分辨人的状况更清晰,较有优势。
  三、LED路灯的成本
  LED路灯目前的成本还远于高压钠灯,一款LED路灯目前价格在4000元~8000元,甚至更高,一套进口品牌的高压钠灯(含灯具、成套电器光源)价格不超过1500元,就现状而言,LED路灯明显太贵,价高达3~5倍之巨。如前小于150W的LED可以节能10%~30%,每年每灯节电约50~150KWh,根本无法回收多花费的购灯费用。只能期望在未来若干年,LED发展趋势看其价格会逐步下降,能效进一步提高,再比较其经济性能。
  四、LED路灯的寿命
  使用寿命应立足于整灯寿命。高压钠灯标称寿命目前已经超过2.8万小时,实际应用3~4年问题不大,节能型电感镇流器不会低于20年,灯具也是如此。LED路灯标称使用寿命是5万小时以上,这是芯片的理想寿命,芯片的封装、灯具散热等因素都可能光衰减,还有驱动电路(以电子元器件为主)的寿命显然也不能达到5万小时。美国能源之星制订的要求,分为不低于35000h和25000h两档,主要是LED芯片寿命很长,却与封装后的温度,散热等诸多因素关系极大,另外还有驱动电路装置的电子元器件寿命问题,如电容器往往只有8000h至10000h。所以整体说,LED路灯使用寿命不能和钠灯路灯比拟。
五、LED路灯的维护
  对光源的维护,高压钠灯要轻易的多,可在现场直接更换光源电器,成本也较低。而对于LED路灯,使用方和厂家有免维护的误区,另外LED路灯多芯片组装工作的特性使芯片和灯具捆绑在一起,维护时必须使用原厂产品,所以现场的维护就无法进行。可以说在目前的发展状况,LED路灯是无法维护的,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延长,这对使用单位来说是非常不利的。以城市路灯管理部门为代表的用户,更关心路灯的维护性能。按分析,钠灯的维护性能好,灯具只要擦洗,不必更换,镇流器很少更换,光源3~5年更换一次,也很方便。而LED路灯、涉及LED管、模组(含透镜等)、电源装置等,发生元器件、组件损坏的可能性较大,维修更换也有困难,很可能要整体更换,费用较高,还有待今后解决。
  六、LED路灯的散热问题
  在各芯片厂家的实验数据来看,白光LED的光效随结温的升高而下降的比例大致相同,结温每升高20℃光效要下降5%左右。根据光通量(流明)与辐射通量(瓦)的当量关系:其中,Km = 683 lm/w,是光通量的比例尺,是辐通量的比例尺。也就是说1W的辐通量在*理想的情况下(黑体辐射)可能产生683lm光通量。所以,即使LED的光效达到200lm/w,也不能将全部能量转化为光能输出,而其余的都转化为热能。从长远看LED灯具的散热问题将是一个长期存在的问题。大功率LED热量大小跟恒流驱动的设计有直接关系,如果恒流驱动设计不好,有效功率不高,热量非常高,什么散热办法都没有用,LED的寿命都不长。好的恒流驱动的设计是治本方法,能把热量减到*低,各种散热方法只是治标不知本的方法,只是辅助解决问题,只有解决好电路问题的前提下,再来考虑内部散热问题。LED的流明数正在迅速的增加,与之对应的传热学理论体系却已经成熟,我们可以使用的传热手段也基本明确:传导、对流、辐射和相变传热(例如热管)。因此,在散热问题上,我们可以采取的措施是可见和有限的。目前LED路灯的散热方式主要有:自然对流散热、加装风扇强制散热、热管和回路热管散热等。加装风扇强制散热方式系统复杂、可靠性低,热管和回路热管散热方式成本高。而路灯具有户外夜间使用、散热面位於侧上面以及体型受限制较小等有利於空气自然对流散热的优点,所以LED路灯建议尽可能选择自然对流散热方式。 然而很多厂家在强调热传导环节的同时却忽视对流散热环节,尽管考虑了各种各样的措施:热管、回路热管、加导热硅脂等等,却没有认识到热量*终还是要依靠灯具的外表面积散走。现在LED路灯散热技术,一般使用多为导热板方式,实际上算是均温板,把热源均温掉;也有加装散热片来散热,但是重量太大。重量在路灯系统上十分重要,因为路灯很高,若太重危险性就增加,尤其遇到台风、地震都可能产生意外。也许未来LED广泛进入路灯领域后,可能形成模组化散热会更好地解决LED路灯散热难的状况。

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