李寶云 孟 瓏 田 川

（1.中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司華北分公司電氣自控室，河北 任丘 062552； 2.中國(guó)石油工程設(shè)計(jì)有限公司北京分公司電氣工程室，北京 100085； 3.中國(guó)石油集團(tuán)華北石化公司，河北 任丘 062552）

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的日益成熟，LED 燈具逐漸進(jìn)入了我們的視線。在油田地面工程中，越來越多的業(yè)主開始偏重于LED 燈具，其應(yīng)用成為一種趨勢(shì)，越來越具有應(yīng)用價(jià)值。下面我們將就幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

1 LED 光源的特點(diǎn)

LED 光源的優(yōu)點(diǎn)如下所述。

1）光效高、能耗低

目前，LED 的使用光效已達(dá)到70～90lm/W，已與傳統(tǒng)光源相差不大。LED 的電能利用率高達(dá)80%，由于LED 是冷光源，與目前普遍使用的白熾燈、熒光燈相比，節(jié)電效率非常明顯：同樣的亮度，白光LED 的能耗為白熾燈的1/10，節(jié)能燈的1/4。

2）壽命長(zhǎng)

LED 為發(fā)光二極管，為半導(dǎo)體元件，故障率極低，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)光源，目前其實(shí)驗(yàn)室壽命為50000～100000h，已光通量衰減到80%時(shí)所經(jīng)歷的工作時(shí)間作為其壽命，其亦可達(dá)到25000h，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)光源。在一些需要24h 點(diǎn)亮、維護(hù)更換不便的地方有很大的優(yōu)勢(shì)。

3）起動(dòng)時(shí)間短

LED 只有幾ms 的響應(yīng)時(shí)間，瞬間可達(dá)到全光輸出。由于LED 光輸出與其工作電流成正比，其工作電流的范圍較大，所以可通過改變工作電流方式來調(diào)光。相對(duì)于金鹵燈及熒光燈，具有的優(yōu)勢(shì)比較明顯。

4）安全性好

LED 屬于綠色照明光源，發(fā)熱量低，冷光源，可以安全觸摸。光色柔和，不含汞等危害健康的元素。LED 采用直流低壓供電，安全可靠。LED 是固體發(fā)光光源，抗震性能好，牢固可靠綠色環(huán)保。

5）無(wú)頻閃響應(yīng)

LED 采用直流驅(qū)動(dòng)，無(wú)傳統(tǒng)光源頻閃反應(yīng)，且光線柔和保護(hù)眼睛，和傳統(tǒng)光源相比，更利身體健康。

6）安全性好

LED 安全系數(shù)高，不會(huì)產(chǎn)生安全隱患，適合于油庫(kù)等爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所。

除具有以上優(yōu)點(diǎn)外，其自身亦具有一些缺點(diǎn)。

1）眩光

LED 燈具光效高，發(fā)光面積小，且方向性強(qiáng)，從而造成光線集中，峰值亮度達(dá)，LED 峰值亮度往往高于106cd/m2，遠(yuǎn)超于熒光燈，容易在室內(nèi)產(chǎn)生眩光。

2）價(jià)格高

LED 燈具價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通燈具，不太讓普通客戶接受。

隨著能源緊缺、電價(jià)越來越高、環(huán)保要求及LED的光效的提高，用LED 替代白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈、金鹵燈將成為必然，而且LED 還具有尺寸小，發(fā)光方向性強(qiáng)、不含紅外線和紫外線光束等特點(diǎn)。

2 油庫(kù)光源的應(yīng)用現(xiàn)狀

在油田及油庫(kù)工程中，應(yīng)用較多、低能耗、高光效的光源種類主要有三基色熒光燈、金屬鹵化物燈、金屬鈉燈和LED，其中熒光燈和金鹵燈的應(yīng)用比較廣泛，本文將對(duì)熒光燈、金鹵燈及LED 進(jìn)行系統(tǒng)的比較。作為新興能源，選擇LED 燈具時(shí)，具有盲目性，通常認(rèn)為選擇普通燈具功率的一半，其照度即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，或等同于普通燈具選擇，造成實(shí)際平均照度偏大或偏小，這樣都不符合照度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求（建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：設(shè)計(jì)照度值與照度標(biāo)準(zhǔn)值相比較，可有-10%～+10%的偏差）。本文將利用DIAlux 仿真軟件計(jì)算，分別模擬東莞某成品油庫(kù)中房間內(nèi)及道路照明，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比詳細(xì)分析LED 燈具的特性參數(shù)，從而得到較為詳實(shí)的理論依據(jù)。

3 LED 與其他光源的仿真計(jì)算

DIALux 是一款燈光照明設(shè)計(jì)軟件。此軟件適用于所有燈具廠家提供的燈具。DIALux 是當(dāng)今市場(chǎng)上最具功效的照明計(jì)算軟件，它能滿足目前所有照明設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求，是各界都比較認(rèn)可的照明計(jì)算軟件。

3.1 LED 和普通熒光燈的對(duì)比

油庫(kù)內(nèi)某相同辦公室（6m×3.6m），分別采用節(jié)能熒光燈及LED 燈，燈具的安裝高度（3.0m）及位置相同，利用DIAlux 仿真軟件模擬計(jì)算，圖1為采用LED 光源燈具（PHILIPS 45W，4500lm）的配光曲線和等照度曲線。

圖1 LED 配光曲線（極坐標(biāo)）和房間內(nèi)等照度曲線

照度計(jì)算值見表1（0.75m 高工作面）。

表1 辦公室LED 照度計(jì)算表

實(shí)際能效值（照明功率密度）：4.17W/m2。

圖2為采用雙管熒光燈（PHILIPS 2×36W，6700lm）的配光曲線和等照度曲線。

圖2 熒光燈配光曲線和等照度曲線

實(shí)際效能值（照明功率密度）：6.67W/m2。

照度計(jì)算值見表2（0.75m 高工作面）。

表2 辦公室熒光燈照度計(jì)算表

通過圖1和圖2配光曲線可以看到，相對(duì)熒光燈，LED 光源的光束角度更大，且光強(qiáng)較強(qiáng)。從仿真結(jié)果等照度曲線及照度計(jì)算表可以看出，辦公室照度要達(dá)到300lx（±10%）標(biāo)準(zhǔn)要求，若采用LED燈具，需兩只（PHILIPS 45W，4500lm）；若采用普通節(jié)能燈具，需采用 2 只雙管熒光燈（PHILIPS 2×36W，6700lm）。從計(jì)算結(jié)果可以分析，采用LED燈具和普通熒光燈實(shí)際能效值（功率密度值）皆小于標(biāo)準(zhǔn)值 9 W/m2，且 LED 燈具的實(shí)際能效值4.17W/m2明顯小于普通熒光燈6.67W/m2。其中普通熒光燈造價(jià)為L(zhǎng)ED 燈具的1/3。LED 燈具相對(duì)熒光燈節(jié)能效果明顯。

3.2 LED 和金鹵燈的對(duì)比

在油庫(kù)水泵房?jī)?nèi)（10m×20m），分別采用防水金鹵燈及防水LED 光源，燈具安裝高度相同及位置相同，利用DIAlux 仿真軟件模擬計(jì)算，圖3為采用LED 光源燈具（49W，4375lm）的配光曲線和等照度曲線。

圖3 LED 配光曲線（極坐標(biāo)）和等照度曲線

實(shí)際能效值（照明功率密度）：1.96W/m2。

照度計(jì)算值見表3（0.75m 高工作面）。

表3 水泵房LED 照度計(jì)算表

圖4為采用金鹵燈（70W，5500lm）的配光曲線和等照度曲線。

圖4 金鹵燈配光曲線（極坐標(biāo)）和等照度曲線

實(shí)際能效值（照明功率密度）：2.8W/m2。

照度計(jì)算值見表4（0.75m 高工作面）。

表4 水泵房金鹵燈照度計(jì)算表

通過圖3和圖4配光曲線可以看出，LED 光源光強(qiáng)較強(qiáng)。等照度曲線及照度計(jì)算表可以看出，泵房照度要達(dá)到100lx（±10%）標(biāo)準(zhǔn)要求，若采用LED 燈具，需8 只（49W，4735lm）；若采用金鹵燈具，需采用8 只（70W，5500lm）。從計(jì)算結(jié)果可以分析，采用LED 燈具實(shí)際能效值（照明功率密度）皆小于標(biāo)準(zhǔn)值4W/m2，且采用LED 燈具的實(shí)際能效值1.96W/m2明顯小于采用金鹵燈的2.8W/m2。其中金鹵燈造價(jià)為L(zhǎng)ED 燈具的2/3。LED 燈具相對(duì)金鹵燈節(jié)能效果明顯。

3.3 道路照明中LED 和金鹵燈的對(duì)比

油庫(kù)主干道，寬15m，分別設(shè)置LED 和金鹵燈，布置、數(shù)量、間距及燈具高度相同。利用DIAlux仿真軟件模擬計(jì)算，圖5為采用LED 光源燈具（113.5W，12745lm）的配光曲線和等照度曲線。

圖5 LED 配光曲線（極坐標(biāo)）和等照度曲線

照度計(jì)算值見表5。

表5 道路LED 燈具照度計(jì)算表

圖6為采用金鹵燈（250W，22000lm）的配光曲線和等照度曲線。

照度計(jì)算值見表6。

通過圖5配光曲線可以看出，LED 光源光強(qiáng)較強(qiáng)。等照度曲線及照度計(jì)算表可以看出，主干道達(dá)到30lx 照度要求時(shí)，在燈具布置相同的基礎(chǔ)上，LED燈具的功率遠(yuǎn)小于普通金鹵燈具。其中普通道路金鹵燈的造價(jià)是LED 路燈的1/2。

圖6 金鹵燈配光曲線（極坐標(biāo)）和等照度曲線

表6 道路金鹵燈照度計(jì)算表

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及探討

通過以上仿真結(jié)果及計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，選用LED 光源時(shí)，不能簡(jiǎn)單按普通燈具功率的比例設(shè)計(jì)，應(yīng)在具體環(huán)境條件下，根據(jù)實(shí)際計(jì)算結(jié)果選擇。短期來講，應(yīng)用LED 光源投資較高。但從節(jié)能減排方面考慮，無(wú)論是室內(nèi)場(chǎng)所還是室外環(huán)境，LED 光源都可以大量節(jié)省電能，而且采用LED 燈具的照明功率密度值明顯小于熒光燈和金鹵燈。項(xiàng)目施工結(jié)束后，我們通過照度測(cè)量?jī)x對(duì)油庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)外照明環(huán)境進(jìn)行了實(shí)際勘測(cè)，測(cè)量結(jié)果基本和理論計(jì)算相符合。LED 燈具的應(yīng)用得到了油庫(kù)業(yè)主的認(rèn)可。

其次LED 燈具的光通量損失與傳統(tǒng)光源不同，從光譜曲線可以看出LED 是半空間（120°）發(fā)光 的光源，熒光燈、高壓鈉燈或金鹵燈是全空間發(fā)光的光源，需要將一個(gè)半空間的出射光線改變180°方向投向另一半空間內(nèi)。當(dāng)我們依賴反射器來完成時(shí)，反射器對(duì)光線的吸收和光源自身的擋光是不可避免的。而是用LED 作為光源不會(huì)存在這方面的損失，光線的利用率比傳統(tǒng)光源高，且LED 光源不含有有害金屬汞，不會(huì)在報(bào)廢時(shí)對(duì)環(huán)境造成危害，而當(dāng)熒光燈或金鹵燈破碎時(shí)，其中的汞會(huì)馬上蒸發(fā)到空氣當(dāng)中，瞬間使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到10～20mg/m3，超過國(guó)家規(guī)定的1000～2000 倍。

LED 燈具作為冷光源，長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮?xí)r，表面溫度＜45°，且其光譜中沒有紫外線和紅外線，即沒有熱量和輻射，從而減少二氧化碳、二氧化硫及其它有害化學(xué)成分的排放，減少對(duì)環(huán)境的污染，采用直流供電，有效提高光線的顯色指數(shù)RA≥0.7，保持物品的色彩真實(shí)度，保護(hù)人體的視覺，為綠色照明光源。

隨著科技水平的進(jìn)步和制造工藝的不斷提升，LED 的流明成本會(huì)大規(guī)模降低，其前景會(huì)越來越廣闊。

[1] GB 50034—2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).

[2] 北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2 版.北京: 中國(guó)電力出版社,2006.

[3] 蔣明剛.新型LED 燈具在室內(nèi)照明的應(yīng)用[J].科技咨詢,2012(15): 244.

[4] 吳家駿.LED 光源在建筑照明中的應(yīng)用[J].建筑電氣,2011(11): 58-61.