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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）

時間：2015-02-11 23:41:29 作者：GBWindows 來源：原創(chuàng)文章閱讀：1773

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)理擔(dān)任主講人，主要就LED 的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及LED未來發(fā)展的優(yōu)勢展開以“綠色照明—LED的應(yīng)用”為主題的專題講座?！疚⑿胖vo——實錄】一、LED的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，中國照明產(chǎn)業(yè)逐漸融入國......

【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)理擔(dān)任主講人，主要就LED 的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及LED未來發(fā)展的優(yōu)勢展開以“綠色照明—LED的應(yīng)用”為主題的專題講座。

【微信講o——實錄】

一、LED的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，中國照明產(chǎn)業(yè)逐漸融入國際市場。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、產(chǎn)品質(zhì)量和品牌效益。全球市場中照明燈具約占市場總量的2/3 ，照明產(chǎn)品出口約占中國總產(chǎn)量的45—50% 左右。

隨著LED照明技術(shù)日趨成熟，產(chǎn)品性價比不斷提高，搶占傳統(tǒng)照明產(chǎn)品市場份額，在很長一段時間內(nèi)將會持續(xù)呈此消彼長的趨勢，使得傳統(tǒng)照明產(chǎn)品的份額在市場中全面下降。

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年的增長態(tài)勢，全年產(chǎn)值規(guī)模超過1000億元，同比增速超過70%，室內(nèi)照明應(yīng)用引領(lǐng)整個LED應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展。

2014年諾貝爾物理學(xué)獎在瑞典斯德哥爾摩揭曉，三位日美科學(xué)家因LED研究貢獻獲諾貝爾物理學(xué)獎。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了20%以上的電力供應(yīng)，使用LED燈后，這一比例會下降到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15億，LED燈的出現(xiàn)給他們帶來了希望，因此LED的低能耗，一些當(dāng)?shù)氐牧畠r太陽能就足以達到要求。諾貝爾獎評選委員會在聲明中稱，“高亮度藍色發(fā)光二極管”帶來明亮、δ艿陌咨光源。

官方公布的獲獎理由：三位獲獎?wù)咴诎l(fā)現(xiàn)新型高效、環(huán)境友好性光源，即藍色發(fā)光二極管（LED）方面做出巨大貢獻。在藍光LED的幫助下，白光可以以新的κ獎淮叢斐隼矗使用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是各類燈具效能對比：油燈的能效是0.1流明/瓦，19世紀的燈泡是16流明/瓦，20世紀的熒光燈管是70流明/瓦，21世紀的LED燈效能則高達300流明/瓦。

2012年6月18日，李克強總理考察半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和聯(lián)合創(chuàng)新國家重點實驗室蛩擔(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，要靠體制機制創(chuàng)新來引領(lǐng)，要靠改革來推動?！?/span>

綠色照明城市分為一星級、二星級、三星級三個等級，最低總得蚍直鷂60分、70分、90分。

相關(guān)政策

開展大型公共建筑和公共機構(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，鼓勵采取合同能源管理模式進行改造，“十二五”期間，完成公共建筑改造6000萬平方米，公共機構(gòu)辦公建筑改造6000萬平方米。

大力促進城鎮(zhèn)綠色建筑發(fā)展，政府投資的國家機關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、博物館、科技館、體育館等建筑，直轄市計劃單列及省會城的博物館、科技體育等建筑，保障性住房，以及單體建筑面積超過2萬平方米的機場、車站、賓館飯店、商場寫字樓等大1公共建筑，自2014年起全面執(zhí)行綠色建筑標(biāo)準。

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，在未來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時能發(fā)射出一t波長的光，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)實現(xiàn)LED的恒流供電和調(diào)光功能，因此會產(chǎn)生一定程度的無線電騷擾和諧波。所產(chǎn)生的電磁波，容易對周圍的其他電氣、電子設(shè)備形成電磁干擾，引發(fā)故障或者影響信號傳輸。另外，過度的電磁干擾會形成電磁污染，危害人們的身體健康，破壞生態(tài)平衡。目前，許多國家都發(fā)布了電磁兼容性標(biāo)準。在發(fā)達國家，湍藶足電磁兼容性標(biāo)準的設(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EN55015對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

圖5 常用照明光源性能對比表

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

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。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——能源浪費、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，即在提供等亮度的情況下，該照明器材的技能性越強，在同等功率下，該照明器材的照明性越強，即亮度越大。LED光源的耗電量僅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、停車場照明必須進行節(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?，擊穿特性。此外，在一定條件下，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)，進入對方區(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，究其原因是發(fā)光原理不一樣。白熾燈的發(fā)光機理是電能將發(fā)光鎢絲進行加熱而發(fā)光的，進過相當(dāng)長時間的加熱，鎢絲就會老化甚至燒斷，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，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉(zhuǎn)化為光能。其發(fā)光過程包括三個部分：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，二極管主要是靠載流子的不斷移動而發(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)光壽命長達5萬個小時。

4、光衰。

LED光衰是指LED經(jīng)過一段時間的電亮后，其光強會比原來的光強要低，而低的部分就是LED的光衰，一般LED封裝廠家做測試是在實驗室的條件下（25度的常溫下），以20MA的直流電連續(xù)點亮LED1000小時來對比其點亮前后的光強。

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方面來考量：色溫、顯色指數(shù)、眩光、控制。LED在這四個方面都達到了一個很理想的效果。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。光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的。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 能耗費用對比

圖10是能耗費用對比圖。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每小時使用電費約為16度；

每度電電費為0.9元/度，則每小時節(jié)約電費為1.6度/小時*0.9元/度=1.44元/小時；

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

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

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

圖11

圖12

圖13

信息化社會的到來，促進了現(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)勢成為平板顯示的主流產(chǎn)品之一，并在社會經(jīng)濟的許多領(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）機場航班動態(tài)信息顯示；（3）港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示；（4）體育場館信息顯示；（5）道路交通信息顯示；（6）郵政、電信、商場購物中心；（7）廣告媒體新產(chǎn)品；（8）境齪圖會；（9）展覽會。

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)展勢頭迅猛，被認為是21世紀現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域最有應(yīng)用前景的人工光源。植物對光質(zhì)的需求有一定的特征。

圖15

圖15是植物生長所需光線圖。研究表明，在380-760nm可見光光譜范圍內(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610-720nm的紅橙光以及波長的400-510nm的藍紫光。LED能夠發(fā)出植物生長所需要的單色光，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的性能特點開發(fā)出植物所需的人工光源將會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：過度的電磁干擾會渤傻绱盼廴荊危害人們的身體健康，破壞生態(tài)平衡。目前，許多國家都發(fā)布了電磁兼容性標(biāo)準。歐盟2004/108/EC電磁兼容性（EMC）指令和相關(guān)標(biāo)準EN55015對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，包括臺燈等，這個指標(biāo)也是檢驗產(chǎn)品好壞的試金石。捕薊場項目就非常注重這個指標(biāo)，如果做不好，會干擾雷達，甚至可能造成飛機撞大樓的后果。

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%，那造價方彩遣皇且埠芄螅

A：按照光通量來算，LED比節(jié)能燈便宜。（光通量是指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。由于人眼對不同波長光的相對視見率不同，所以不同波長光的輻射功率相等時，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。美國科瑞芯片的比較不錯，三星芯片也很不錯，價格較高，臺灣晶元的經(jīng)濟實用。相對來說，進口芯片確實很貴，在高端項目中使用。

Q：中國人眼睛適合哪種色溫比較好？

A：實際上沒有說眼睛適合的色溫，現(xiàn)在更多的是根據(jù)場所的需求來設(shè)置有不同的色溫。例如商場百貨要用暖白色，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，主要是通過電源、功率因素、光效、光衰、散熱、封裝、諧波、顯色指數(shù)來判斷的。其中顯色指數(shù)是指：光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（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價的普遍方法。很多商場百貨、餐廳都注重這個指標(biāo)，它實際上是屬于視覺營銷的一種方式。

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