绿建讲堂第二十三期 绿色照明LED的应用.docx

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绿建讲堂第二十三期绿色照明LED的应用

【绿建之窗大讲堂】第二十三期

【主讲人】：

李林蔓

【讲座导读】：

本期【绿建大讲堂】由李林蔓担任主讲人，主要就LED的产业现状以及LED未来发展的优势展开以“绿色照明—LED的应用”为主题的专题讲座。

【微信讲堂——实录】

  一、LED的产业现状和发展趋势

  随着全球经济一体化的发展，中国照明产业逐渐融入国际市场。

电光源趋向高效照明、节能环保方向发展；照明灯具更加注重工艺设计、产品质量和品牌效益。

全球市场中照明灯具约占市场总量的2/3，照明产品出口约占中国总产量的45—50%左右。

  随着LED照明技术日趋成熟，产品性价比不断提高，抢占传统照明产品市场份额，在很长一段时间内将会持续呈此消彼长的趋势，使得传统照明产品的份额在市场中全面下降。

  室内照明是LED应用行业快速发展的主要引擎。

数据显示，2014年室内照明行业继续保持2013年的增长态势，全年产值规模超过1000亿元，同比增速超过70%，室内照明应用引领整个LED应用行业的发展。

  2014年诺贝尔物理学奖在瑞典斯德哥尔摩揭晓，三位日美科学家因LED研究贡献获诺贝尔物理学奖。

相比于其他光源，LED灯所需功率更低，目前全世界的照明耗费了20%以上的电力供应，使用LED灯后，这一比例会下降到4%，因此高效节能的LED灯将助力节约地球资源。

世界上缺乏电网的人口超过15亿，LED灯的出现给他们带来了希望，因此LED的低能耗，一些当地的廉价太阳能就足以达到要求。

诺贝尔奖评选委员会在声明中称，“高亮度蓝色发光二极管”带来明亮、节能的白色光源。

  官方公布的获奖理由：

三位获奖者在发现新型高效、环境友好性光源，即蓝色发光二极管（LED）方面做出巨大贡献。

在蓝光LED的帮助下，白光可以以新的方式被创造出来，使用LED灯，我们可以拥有更加持久和更加高效的灯光代替原来的光源。

图1各类灯具效能

  图1是各类灯具效能对比：

油灯的能效是0.1流明/瓦，19世纪的灯泡是16流明/瓦，20世纪的荧光灯管是70流明/瓦，21世纪的LED灯效能则高达300流明/瓦。

  2012年6月18日，李克强总理考察半导体产业联盟和联合创新国家重点实验室，说：

“半导体照明是一个孕育着全球性的产业革命的领域，要靠体制机制创新来引领，要靠改革来推动。

”

  绿色照明城市分为一星级、二星级、三星级三个等级，最低总得分分别为60分、70分、90分。

   相关政策

  开展大型公共建筑和公共机构办公建筑空调、采暖、通风、照明、热水灯用能系统的节能改造，鼓励采取合同能源管理模式进行改造，“十二五”期间，完成公共建筑改造6000万平方米，公共机构办公建筑改造6000万平方米。

  大力促进城镇绿色建筑发展，政府投资的国家机关、学校、医院、博物馆、科技馆、体育馆等建筑，直辖市计划单列及省会城的博物馆、科技体育等建筑，保障性住房，以及单体建筑面积超过2万平方米的机场、车站、宾馆饭店、商场写字楼等大型公共建筑，自2014年起全面执行绿色建筑标准。

图2照明发展史

  图2是照明发展史。

在短短几十年内LED的发展如此迅速，可以说，在未来LED的前途不可限量，LED已经成为光源方面的大热门。

   二、什么是LED

图3发光二极管

  图3是LED示意图。

LED（LightEmittingDiode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件，一种当有一定正向电流通过时能发射出一定波长的光，即可以把电能转化成光能的器件。

图4LED基本结构

  图4是LED的基本结构示意图。

LED的主要组成部分，可分为：

1、支架；2、银胶；3、晶片；4、金线；5、环氧。

LED照明灯具通常采用脉冲宽度调制（PWM）技术实现LED的恒流供电和调光功能，因此会产生一定程度的无线电骚扰和谐波。

所产生的电磁波，容易对周围的其他电气、电子设备形成电磁干扰，引发故障或者影响信号传输。

另外，过度的电磁干扰会形成电磁污染，危害人们的身体健康，破坏生态平衡。

目前，许多国家都发布了电磁兼容性标准。

在发达国家，不能满足电磁兼容性标准的设备不允许销售。

比如欧盟2004/108/EQ电磁兼容性（EMC）指令和相关标准EN55015对于照明灯具电磁干扰性能做出明确规定。

  三、LED照明的优势

图5常用照明光源性能对比表

  图5是常用照明光源性能对比表。

通过表格LED灯的各项参数总结出LED灯相比较传统照明几大优点:

  1、环保。

图6荧光灯包装纸内容

  图6是荧光灯包装纸上的内容，荧光节能产品中有毒有害元素的名称及含量的标识。

如今，我们最常用的荧光节能产品是含有毒素的，而制造灯具企业对污染防范几乎为零。

节能灯里的铅、汞元素，目前业内技术上暂未找到合适替代品。

  2、光效：

光浪费——能源浪费、光污染

  发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供等亮度的情况下，该照明器材的技能性越强，在同等功率下，该照明器材的照明性越强，即亮度越大。

LED光源的耗电量仅仅为同等亮度的白炽灯的10-20%，高压钠灯的30%，节能灯的50%，光电转换效率可达80-150lm/w。

图7节能替换方案

  图7是节能替换方案。

以光效高在建筑工地的应用为例：

在塔吊区照明，灯具主要以大功率1000W——2000W金卤灯为主照明灯具。

若采用400WLED模组投光灯替换塔吊2000W金卤灯主照明灯具，节约功率约1600W。

因此，一些耗电大户如商业、工矿、学校、医院、停车场照明必须进行节能改造。

  3、寿命。

  图8是LED发光原理。

发光二极管是由Ⅲ-V族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化嫁）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结，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去注入P区，空穴由P区注入N区，进入对方区域的少数截流子（少子）一部分与多数截流子（多子）复合，并以光和热的形式放出热量。

图8LED发光原理

  LED灯具寿命较白炽灯长，究其原因是发光原理不一样。

白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的，进过相当长时间的加热，钨丝就会老化甚至烧断，至此，白炽灯的寿命就此告终。

而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的。

二极管主要由PN结晶片、电极和光学系统组成，当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子和多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。

其发光过程包括三个部分：

正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。

由此可见，二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的，不存在老化和烧断现象。

其特殊的发光机理决定它的发光寿命长达5万个小时。

  4、光衰。

  LED光衰是指LED经过一段时间的电亮后，其光强会比原来的光强要低，而低的部分就是LED的光衰，一般LED封装厂家做测试是在实验室的条件下（25度的常温下），以20MA的直流电连续点亮LED1000小时来对比其点亮前后的光强。

  5、光的品质：

生活品质，光的舒适性（色温、显色指数、眩光、控制）

  光的舒适性主要从四个方面来考量：

色温、显色指数、眩光、控制。

LED在这四个方面都达到了一个很理想的效果。

色温是表示光源光谱质量最通用的指标。

色温在摄影、录象、出版等领域具有重要应用。

光源的色温是通过对比它的色彩和理论的热黑体辐射体来确定的。

显色指数主要表现在逼真度、还原程度上。

  四、LED的应用

  1、LED照明的应用

图9LED照明应用

  图9是LED照明的市场应用，LED照明与新能源汽车、新材料、高端装备、节能环保灯七大战略性新兴产业都有关联。

LED照明可以替换所有传统光源，荧光灯管常规是36瓦，加上镇流器，总功耗是40瓦，可以用LED16瓦甚至14瓦替换。

图10能耗费用对比

  图10是能耗费用对比图。

结构方案，采用高杆灯配置流模组，12模组做到400W；配光方案，采用高杆灯透镜出角度150度，另外增加15、25、40、60、80度透镜，可以挑选几种开模，25、80度优先选。

  节能分析举例：

  采用400W模组投光灯替换塔吊2000W主照明灯具，节约功率月1600W；

  1600W每小时使用电费约为16度；

  每度电电费为0.9元/度，则每小时节约电费为1.6度/小时*0.9元/度=1.44元/小时；

  如每天用灯时间为15小时，则每天节约电费为1.44元/小时*15小时=21.6元/天；

  模组投光灯灯具为5-6盏2000W金卤投光灯，功率总计约12000W。

采用400WLED模组投光灯5-6盏，  功率总计约2400W。

功率减小带来的不仅仅是节能，还可节约电路线缆线径，节约费用约为原有的80%。

  2、LED显示屏的应用。

图11、12是室内LED大屏项目；图13是室外LED大屏项目。

图11

图12

 图13  

  信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，随着LED材料技术和工艺的提升，LED显示屏以突出的优势成为平板显示的主流产品之一，并在社会经济的许多领域得到广泛应用，主要包括：

（1）证券交易、金融信息显示；

（2）机场航班动态信息显示；（3）港口、车站旅客引导信息显示；（4）体育场馆信息显示；（5）道路交通信息显示；（6）邮政、电信、商场购物中心；（7）广告媒体新产品；（8）演出和集会；（9）展览会。

  3、LED生物照明。

图14

  图14是交流LED模组在农业照明中的应用。

LED植物灯在农业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。

植物对光质的需求有一定的特征。

图15

  图15是植物生长所需光线图。

研究表明，在380-760nm可见光光谱范围内，植物光合作用所吸收的光能约占其生理辐射光能的60%-65%，吸收峰值区域主要是波长610-720nm的红橙光以及波长的400-510nm的蓝紫光。

LED能够发出植物生长所需要的单色光，光谱域宽±20nm，各种单色光LED组合后，可形成与各种植物光合作用与形态建成基本吻合的光谱，提高光能利用效率，节能效果极为显著。

因此，利用LED的性能特点开发出植物所需的人工光源将会大大提高其光能利用效率。

Q：

LED灯具离人体较近有电磁辐射吗？

安全距离是多少？

A：

过度的电磁干扰会形成电磁污染，危害人们的身体健康，破坏生态平衡。

目前，许多国家都发布了电磁兼容性标准。

欧盟2004/108/EC电磁兼容性（EMC）指令和相关标准EN55015对于照明灯具电磁干扰性能做了明确规定。

合格的LED照明灯具都可以正常使用，包括台灯等，这个指标也是检验产品好坏的试金石。

首都机场项目就非常注重这个指标，如果做不好，会干扰雷达，甚至可能造成飞机撞大楼的后果。

Q：

LED光源耗电量是同等亮度的白炽灯的10~20%，高压钠灯的30%，节能灯的50%，那造价方面是不是也很贵？

A：

按照光通量来算，LED比节能灯便宜。

（光通量是指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积。

由于人眼对不同波长光的相对视见率不同，所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。

）

Q：

现在的荧光灯管是LED吗？

如果不是的话，那荧光灯管是什么？

现在有哪些LED品牌比较好？

A：

荧光灯管不是LED，荧光灯管常规是36瓦，加上镇流器，总功耗是40瓦，可以用LED16瓦甚至14瓦替换，LED理论上可以替换所有传统光源。

荧光灯管是汞蒸气。

美国科瑞芯片的比较不错，三星芯片也很不错，价格较高，台湾晶元的经济实用。

相对来说，进口芯片确实很贵，在高端项目中使用。

Q：

中国人眼睛适合哪种色温比较好？

A：

实际上没有说眼睛适合的色温，现在更多的是根据场所的需求来设置有不同的色温。

例如商场百货要用暖白色，偏黄，办公照明适合冷白，家庭适合暖白，偏黄色。

Q：

怎么辨别LED的真假和质量的好坏？

A：

有很多试金石都能试出产品的好坏，主要是通过电源、功率因素、光效、光衰、散热、封装、谐波、显色指数来判断的。

其中显色指数是指：

光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。

显色指数系数（Kaufman）也是目前定义光源显色性评价的普遍方法。

很多商场百货、餐厅都注重这个指标，它实际上是属于视觉营销的一种方式。