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【綠建講堂】綠色照明——LED的應(yīng)用（綠建之窗微信群2015年第四期講座，總第23期）

時(shí)間：2015-02-11 23:41:29 作者：GBWindows 來(lái)源：原創(chuàng)文章閱讀：1904

內(nèi)容摘要：【主講人】：李林蔓【講座導(dǎo)讀】：本期【綠建大講堂】由李林蔓總經(jīng)理?yè)?dān)任主講人，主要就LED 的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及LED未來(lái)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)展開(kāi)以“綠色照明—LED的應(yīng)用”為主題的專題講座。【微信講o——實(shí)錄】一、LED的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，中國(guó)照明產(chǎn)業(yè)逐漸融入國(guó)......

【主講人】：李林蔓

【講座導(dǎo)讀】：本期【綠建大講堂】由李林蔓總經(jīng)理?yè)?dān)任主講人，主要就LED 的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及LED未來(lái)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)展開(kāi)以“綠色照明—LED的應(yīng)用”為主題的專題講座。

【微信講o——實(shí)錄】

一、LED的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，中國(guó)照明產(chǎn)業(yè)逐漸融入國(guó)際市場(chǎng)。電光源趨向高效照明、節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展；照明燈具更加注重工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量和品牌效益。全球市場(chǎng)中照明燈具約占市場(chǎng)總量的2/3 ，照明產(chǎn)品出口約占中國(guó)總產(chǎn)量的45—50% 左右。

隨著LED照明技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品性價(jià)比不斷提高，搶占傳統(tǒng)照明產(chǎn)品市場(chǎng)份額，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)持續(xù)呈此消彼長(zhǎng)的趨勢(shì)，使得傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的份額在市場(chǎng)中全面下降。

室內(nèi)照明是LED應(yīng)用行業(yè)快速發(fā)展的主要引擎。數(shù)據(jù)顯示，2014年室內(nèi)照明行業(yè)繼續(xù)保持2013年的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，全年產(chǎn)值規(guī)模超過(guò)1000億元，同比增速超過(guò)70%，室內(nèi)照明應(yīng)用引領(lǐng)整個(gè)LED應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展。

2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)在瑞典斯德哥爾摩揭曉，三位日美科學(xué)家因LED研究貢獻(xiàn)獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。相比于其他光源，LED燈所需功率更低，目前全世界的照明耗費(fèi)了20%以上的電力供應(yīng)，使用LED燈后，這一比例會(huì)下降到4%，因此高效節(jié)能的LED燈將助力節(jié)約地球資源。世界上缺乏電網(wǎng)的人口超過(guò)15億，LED燈的出現(xiàn)給他們帶來(lái)了希望，因此LED的低能耗，一些當(dāng)?shù)氐牧畠r(jià)太陽(yáng)能就足以達(dá)到要求。諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)在聲明中稱，“高亮度藍(lán)色發(fā)光二極管”帶來(lái)明亮、δ艿陌咨光源。

官方公布的獲獎(jiǎng)理由：三位獲獎(jiǎng)?wù)咴诎l(fā)現(xiàn)新型高效、環(huán)境友好性光源，即藍(lán)色發(fā)光二極管（LED）方面做出巨大貢獻(xiàn)。在藍(lán)光LED的幫助下，白光可以以新的κ獎(jiǎng)淮叢斐隼矗使用LED燈，我們可以擁有更加持久和更加高效的燈光代替原來(lái)的光源。

【綠建講堂】綠色照明——LED的應(yīng)用（綠建之窗微信群2015年第四期講座，總第23期）

圖1 各類燈具效能

圖1是各類燈具效能對(duì)比：油燈的能效是0.1流明/瓦，19世紀(jì)的燈泡是16流明/瓦，20世紀(jì)的熒光燈管是70流明/瓦，21世紀(jì)的LED燈效能則高達(dá)300流明/瓦。

2012年6月18日，李克強(qiáng)總理考察半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和聯(lián)合創(chuàng)新國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蛩擔(dān)骸鞍氳繼逭彰魘且桓鱸杏著全球性的產(chǎn)業(yè)革命的領(lǐng)域，要靠體制機(jī)制創(chuàng)新來(lái)引領(lǐng)，要靠改革來(lái)推動(dòng)。”

綠色照明城市分為一星級(jí)、二星級(jí)、三星級(jí)三個(gè)等級(jí)，最低總得蚍直鷂60分、70分、90分。

相關(guān)政策

開(kāi)展大型公共建筑和公共機(jī)構(gòu)辦公建筑空調(diào)、采暖、通風(fēng)、照明、熱水燈用能系統(tǒng)的節(jié)能改造，鼓勵(lì)采取合同能源管理模式進(jìn)行改造，“十二五”期間，完成公共建筑改造6000萬(wàn)平方米，公共機(jī)構(gòu)辦公建筑改造6000萬(wàn)平方米。

大力促進(jìn)城鎮(zhèn)綠色建筑發(fā)展，政府投資的國(guó)家機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、博物館、科技館、體育館等建筑，直轄市計(jì)劃單列及省會(huì)城的博物館、科技體育等建筑，保障性住房，以及單體建筑面積超過(guò)2萬(wàn)平方米的機(jī)場(chǎng)、車站、賓館飯店、商場(chǎng)寫字樓等大1公共建筑，自2014年起全面執(zhí)行綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 照明發(fā)展史

圖2是照明發(fā)展史。在短短幾十年內(nèi)LED的發(fā)展如此迅速，可以說(shuō)，在未來(lái)LED的前途不可限量，LED已經(jīng)成為光源方面的大熱門。

二、什么是LED

圖3 發(fā)光二極管

圖3是LED示意圖。LED（Light Emitting Diode）即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，一種當(dāng)有一定正向電流通過(guò)時(shí)能發(fā)射出一t波長(zhǎng)的光，即可以把電能轉(zhuǎn)化成光能的器件。

t4 LED基本結(jié)構(gòu)

圖4是LED的基本結(jié)構(gòu)示意圖。LED的主要組成部分，可分為：1、支架；2、銀膠；3、晶片；4、金線；5、環(huán)氧。LED照明燈具通常采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)LED的恒流供電和調(diào)光功能，因此會(huì)產(chǎn)生一定程度的無(wú)線電騷擾和諧波。所產(chǎn)生的電磁波，容易對(duì)周圍的其他電氣、電子設(shè)備形成電磁干擾，引發(fā)故障或者影響信號(hào)傳輸。另外，過(guò)度的電磁干擾會(huì)形成電磁污染，危害人們的身體健康，破壞生態(tài)平衡。目前，許多國(guó)家都發(fā)布了電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)達(dá)國(guó)家，湍藶足電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備不允許銷售。比如歐盟2004/108/EQ電磁兼容性（EMC）指令和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)EN55015對(duì)于照明燈具電磁干擾性能做出明確規(guī)定。

三、LED照明的優(yōu)勢(shì)

圖5 常用照明光源性能對(duì)比表

圖5是常用照明光源性能對(duì)比表。通過(guò)表格LED燈的各項(xiàng)參數(shù)總結(jié)出LED燈相比較傳統(tǒng)照明幾大優(yōu)點(diǎn):

1、環(huán)保。

圖6 熒光燈包裝紙內(nèi)容

圖6是熒光燈包裝紙上的內(nèi)容，熒光節(jié)能產(chǎn)品中有毒有害元素的名稱及含量的標(biāo)識(shí)。如今，我們最常用的熒光節(jié)能產(chǎn)品是含有毒素的，而制造燈具企業(yè)對(duì)污染防范幾乎為零。節(jié)能燈里的鉛、汞元素，目前業(yè)內(nèi)技術(shù)上暫未找到合適替代品。

2、光效：光浪費(fèi)——能源浪費(fèi)、光污染

發(fā)光效率值越高，表明照明器材將電能轉(zhuǎn)化為光能的能力越強(qiáng)，即在提供等亮度的情況下，該照明器材的技能性越強(qiáng)，在同等功率下，該照明器材的照明性越強(qiáng)，即亮度越大。LED光源的耗電量?jī)H僅為同等亮度的白熾燈的10-20%，高壓鈉燈的30%，節(jié)能燈的50%，光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80-150lm/w。

圖7 節(jié)能替換方案

圖7是節(jié)能替換方案。以光效高在建筑工地的應(yīng)用為例：在塔吊區(qū)照明，燈具主要以大功率1000W——2000W金鹵燈為主照明燈具。若采用400W LED模組投光燈替換塔吊2000W金鹵燈主照明燈具，節(jié)約功率約1600W。因此，一些耗電大戶如商業(yè)、工礦、學(xué)校、醫(yī)院、停車場(chǎng)照明必須進(jìn)行節(jié)能改造。

3、壽命。

圖8是LED發(fā)光原理。發(fā)光二極管是由Ⅲ-V族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化嫁）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)，它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)ǎ聪蚪刂梗瑩舸┨匦浴４送猓谝欢l件下，它還具有發(fā)光特x。在正向電壓下，電子由N去注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)截流子（少子）一部分與多數(shù)截流子（多子）復(fù)合，并以光和熱的形式放出熱量。

圖8 LED發(fā)光原理

LED燈具壽命較白熾燈長(zhǎng)，究其原因是發(fā)光原理不一樣。白熾燈的發(fā)光機(jī)理是電能將發(fā)光鎢絲進(jìn)行加熱而發(fā)光的，進(jìn)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的加熱，鎢絲就會(huì)老化甚至燒斷，至此，白熾燈的壽命就此告終。而發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理是由二極管特殊的組成結(jié)構(gòu)決定的。二極管主要由PN結(jié)晶片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成，當(dāng)在電極上加上正向偏壓⒑螅使電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當(dāng)非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)，就會(huì)以輻射光子的形式將多余的能量轉(zhuǎn)化為光能。其發(fā)光過(guò)程包括三個(gè)部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。由此可見(jiàn)，二極管主要是靠載流子的不斷移動(dòng)而發(fā)光的，不存在老化和燒斷現(xiàn)象⑵涮厥獾姆⒐饣理決定它的發(fā)光壽命長(zhǎng)達(dá)5萬(wàn)個(gè)小時(shí)。

4、光衰。

LED光衰是指LED經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的電亮后，其光強(qiáng)會(huì)比原來(lái)的光強(qiáng)要低，而低的部分就是LED的光衰，一般LED封裝廠家做測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室的條件下（25度的常溫下），以20MA的直流電連續(xù)點(diǎn)亮LED1000小時(shí)來(lái)對(duì)比其點(diǎn)亮前后的光強(qiáng)。

5、光的品質(zhì)：生活品質(zhì)，光的舒適性（色溫、顯色指數(shù)、眩光、控制）

光的舒適性主要從四個(gè)方面來(lái)考量：色溫、顯色指數(shù)、眩光、控制。LED在這四個(gè)方面都達(dá)到了一個(gè)很理想的效果。色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。色溫在攝影、錄象、出版等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。光源的色溫是通過(guò)對(duì)比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來(lái)確定的。顯色指數(shù)主要表現(xiàn)在逼真度、還原程度上。

四、LED的應(yīng)用

1、LED照明的應(yīng)用

圖9 LED照明應(yīng)用

圖9是LED照明的市場(chǎng)應(yīng)用，LED照明與新能源汽車、新材料、高端裝備、節(jié)能環(huán)保燈七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)都有關(guān)聯(lián)。LED照明可以替換所有傳統(tǒng)光源，熒光燈管常規(guī)是36瓦，加上鎮(zhèn)流器，總功耗是40瓦，可以用LED 16瓦甚至14瓦替換。

圖10 能耗費(fèi)用對(duì)比

圖10是能耗費(fèi)用對(duì)比圖。結(jié)構(gòu)方案，采用高桿燈配置流模組，12模組做到400W；配光方案，采用高桿燈透鏡出角度150度，另外增加15、25、40、60、80度透鏡，可以挑選幾種開(kāi)模，25、80度優(yōu)先選。

節(jié)能分析舉例：

采用400W模組投光燈替換塔吊2000W主照明燈具，1約功率月1600W；

1600W每小時(shí)使用電費(fèi)約為16度；

每度電電費(fèi)為0.9元/度，則每小時(shí)節(jié)約電費(fèi)為1.6度/小時(shí)*0.9元/度=1.44元/小時(shí)；

如每天用燈時(shí)間為15小時(shí)，則每天節(jié)約電費(fèi)為1.44元/小時(shí)*15小時(shí)=21.6元/天；

模組投光燈燈具為5-6盞2000W金鹵投光燈，功率總計(jì)約12000W。采用400W LED模組投光燈5-6盞，功率總計(jì)約2400W。功率減小帶來(lái)的不僅僅是節(jié)能，還可節(jié)約電路線纜線徑，節(jié)約費(fèi)用約為原有的80%。

2、LED顯示屏的應(yīng)用。圖11、12是室內(nèi)LED大屏項(xiàng)目；圖13是室外LED大屏項(xiàng)目。

圖11

圖12

圖13

信息化社會(huì)的到來(lái)，促進(jìn)了現(xiàn)代信息顯示技術(shù)的發(fā)展，隨著LED材料技術(shù)和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優(yōu)勢(shì)成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示；（2）機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示；（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示；（4）體育場(chǎng)館信息顯示；（5）道路交通信息顯示；（6）郵政、電信、商場(chǎng)購(gòu)物中心；（7）廣告媒體新產(chǎn)品；（8）境齪圖會(huì)；（9）展覽會(huì)。

3、LED生物照明。

圖14

圖14是交流LED模組在農(nóng)業(yè)照明中的應(yīng)用。LED植物燈在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展勢(shì)頭迅猛，被認(rèn)為是21世紀(jì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最有應(yīng)用前景的人工光源。植物對(duì)光質(zhì)的需求有一定的特征。

圖15

圖15是植物生長(zhǎng)所需光線圖。研究表明，在380-760nm可見(jiàn)光光譜范圍內(nèi)，植物光合作用所吸收的光能約占其生理輻射光能的60%-65%，收峰值區(qū)域主要是波長(zhǎng)610-720nm的紅橙光以及波長(zhǎng)的400-510nm的藍(lán)紫光。LED能夠發(fā)出植物生長(zhǎng)所需要的單色光，光譜域?qū)挕?0nm，各種單色光LED組合后，可形成與各種植物光合作用與形態(tài)建成基本吻合的光譜，提高光能利用效率，節(jié)能效果極為顯著。因此，利用LED的性能特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出植物所需的人工光源將會(huì)大大提高其光能利用效率。

Q：LED燈具離人體較近有電磁輻射嗎？安全距離是多少？

A：過(guò)度的電磁干擾會(huì)渤傻绱盼廴荊危害人們的身體健康，破壞生態(tài)平衡。目前，許多國(guó)家都發(fā)布了電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。歐盟2004/108/EC電磁兼容性（EMC）指令和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)EN55015對(duì)于照明燈具電磁干擾性能做了明確規(guī)定。合格的LED照明燈具都可以正常使用，包括臺(tái)燈等，這個(gè)指標(biāo)也是檢驗(yàn)產(chǎn)品好壞的試金石。捕薊場(chǎng)項(xiàng)目就非常注重這個(gè)指標(biāo)，如果做不好，會(huì)干擾雷達(dá)，甚至可能造成飛機(jī)撞大樓的后果。

Q：LED光源耗電量是同等亮度的白熾燈的10~20%，高壓鈉燈的30%，節(jié)能燈的50%，那造價(jià)方彩遣皇且埠芄螅

A：按照光通量來(lái)算，LED比節(jié)能燈便宜。（光通量是指人眼所能感覺(jué)到的輻射功率，它等于單位時(shí)間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對(duì)視見(jiàn)率的乘積。由于人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的相對(duì)視見(jiàn)率不同，所以不同波長(zhǎng)光的輻射功率相等時(shí)，其光通量并不相等。）

Q：現(xiàn)在的熒光燈管是LED嗎？如果不是的話，那熒光燈管是什么？現(xiàn)在有哪些LED品牌比較好？

A：熒光燈管不是LED，熒光燈管常規(guī)是36瓦，加上鎮(zhèn)流器，總功耗是40瓦，可以用LED16瓦甚至14瓦替換，LED理論上可以替換所有傳統(tǒng)光源。熒光燈管是汞蒸氣。美國(guó)科瑞芯片的比較不錯(cuò)，三星芯片也很不錯(cuò)，價(jià)格較高，臺(tái)灣晶元的經(jīng)濟(jì)實(shí)用。相對(duì)來(lái)說(shuō)，進(jìn)口芯片確實(shí)很貴，在高端項(xiàng)目中使用。

Q：中國(guó)人眼睛適合哪種色溫比較好？

A：實(shí)際上沒(méi)有說(shuō)眼睛適合的色溫，現(xiàn)在更多的是根據(jù)場(chǎng)所的需求來(lái)設(shè)置有不同的色溫。例如商場(chǎng)百貨要用暖白色，偏黃，辦公照明適合冷白，家庭適合暖白，偏黃色。

Q：怎么辨別LED的真假和質(zhì)量的好壞？

A：有很多試金石都能試出產(chǎn)品的好壞，主要是通過(guò)電源、功率因素、光效、光衰、散熱、封裝、諧波、顯色指數(shù)來(lái)判斷的。其中顯色指數(shù)是指：光源對(duì)物體的顯色能力稱為顯色性，是通過(guò)與同色溫的參考或基準(zhǔn)光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。顯色指數(shù)系數(shù)(Kaufman)也是目前定義光源顯色性評(píng)價(jià)的普遍方法。很多商場(chǎng)百貨、餐廳都注重這個(gè)指標(biāo)，它實(shí)際上是屬于視覺(jué)營(yíng)銷的一種方式。

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