首頁 > 解決方案 > 工廠、礦山照明節能系統工廠、礦山照明節能系統

  在工廠的能耗中,照明能耗占有一定的分量。例如在一個4萬平方米的廠房建筑物中,照明用電負荷約為400KW,因此,在工廠照明燈具的選用中,如何實現節能、環保是擺在工廠設計者一個重要的課題。采用新型LED光源為基礎的照明燈具,除了節能環保外,它還具有壽命長、響應時間快、光色純光線集中等優點,近年來,廣受消費者的青睞。


  1、LED照明設計關鍵技術
  新技術 、新材料和新工藝不斷應用到大功率 LED光源的設計中,為大功率 LED燈具設計奠定了堅實的基礎 .由于同為 LED光源的應用產品差異性較大,其設計 、測試等標準的出臺具有一定滯后性 ,所以導致不同廠家生產的產品在結構、性能等方面互換性較差 .同時,LED燈具產品本身就是一個機、光、電等因素的整合,其設計更是涉及到眾多領域的技術。


  2、LED工礦燈設計實例
  LED工礦燈的設計,涉及較多細節,我們按照以下幾個重要的注意事項,逐一分析討論,以此來體現設計流程和方法。
  2.1 功率選擇
  傳統工礦燈以250W或400W高壓鈉燈和金鹵燈居多,和新型的LED燈具的特性對比,有著較為明顯的差別?紤]到在實際使用中的高壓鈉燈和金鹵燈光衰及二次出光問題,其實際發光效率遠低于80lm/W,往往無法達到標稱的7成。依此我們首次開發的LED工礦燈功率設定為120W左右,一旦光照效果符合預期,即比傳統燈具節能超過50%.
  2.2 光源選擇
  目前市面上大功率LED光源比較知名的品牌有:CREE、OSRAM、NICHIA、Lumileds(最早的LED),另外臺灣廠商的晶元、艾迪森以及國內的封裝大廠深圳萬潤、珠海瑞豐、江西聯創等也是應用較為普及的品牌。
  為保證產品的穩定性,此工礦燈我們選用最為知名的CREE光源。
  2.3 散熱設計:
  在大功率LED 中,散熱是個大問題。例如,1 個10W 白光LED 若其光電轉換效率為20%,則有 8W的電能轉換成熱能,若不加散熱措施,則大功率LED的器芯溫度會急速上升,當其結溫(TJ)上升超過最大允許溫度時(一般是150℃),大功率LED會因過熱而損壞。因此散熱設計也是我們最為重要的內容,以下我們分別從鋁基板和散熱器兩方面結合,來探討散熱設計。
  2.3.1 基板選用
  在LED產品應用中﹐通常需要將多個LED光源組裝在一電路基板上。電路基板除了扮演承載LED模塊結構的角色外﹐另一方面﹐隨著LED輸出功率越來越高﹐基板還必須扮演散熱的角色﹐以將LED晶體產生的熱傳派出去﹐因此在材料選擇上必須兼顧結構強度及散熱方面的要求。針對基板,我們分別比較了FR4、陶瓷基板以及MCPCB.
 。1)FR4導熱系數約0.36W/m•K,無法滿足高功率LED照明散熱要求;
 。2)Ceramic導熱系數大于80W/m•K,價格昂貴、加工性差,無法大面積使用;
 。3)MCPCB導熱系數大于2.0W/m•K,價格適中、加工性強,技術成熟可批量生產。
  2.3.2 散熱器設計
  散熱器的作用就是吸收基板或芯片傳遞過來的熱量,然后發散到外界環境,保證LED芯片的溫度正常。絕大多數散熱器均經過精心設計,可適用于自然對流和強制對流的情況。即主動式散熱器和被動式散熱器。其各自的性能特點見下表:
  考慮到成本及穩定性,我們選用被動散熱方式。而被動散熱器,根據材料,又分為鋁擠型(Al Extrusion)散熱器和鋁壓鑄型(Al Die-Casting)散熱器。各自的特點如下:
  關于Heat sink上使用Heatpipe&Fin&Vapor-Champer,經過測試,emitter溫度下降不多,再根據工程用燈的穩定性要求,故不考慮使用。
    2.4 機構設計
  機構設計涉及不僅涉及整燈的機械結構,也涉及到燈具的外形美觀。接下來,我們從以下四方面來進行壓鑄散熱器的具體設計。
  A. Best Look
  對于外觀,我們設想了以下兩種形式。
  C. Best Thermal
  散熱器的散熱性能很大程度是由散熱器的機構設計有決定的。材料同為ADC-12的壓鑄鋁,當散熱器的外經、Fin片高度、Fin片密度等參數不同時,散熱性能可能相差甚遠。設計過程中,我們分別選用了四種不同結構的散熱器,對其進行了熱流仿真模擬,如下圖
  通過熱流仿真模擬,我們發現Case4的熱性能最好。如下表:
  同時,我們可以得出以下結論:
 。1)降低Fin高度的同時增大Heat sink的外徑可得到更為有效的散熱效果。
 。2)同樣重量的Heat sink,增高高度與增大散熱器直徑相比,后者可達到更為有效的散熱效果。
 。3)Case4 Thermal為最佳,我們通過降低Fin的高度去增大了散熱器的外徑,成本不變的條件下得到最好的散熱器。


  3、LED工礦燈驗證結果
  為了保證燈具的品質,我們在產品量產出貨前進行了配光、Thermal、電氣安全、可靠性等方面的一系列測試,以下為各項測試的驗證結果。


  4、成本與效益評估
  眾所周知,相比高壓鈉燈或金鹵燈作廠房照明用,LED工礦燈初期投入成本顯然要高出傳統燈具很多。然而由于LED光源具有光效高的特點,再加上制成燈具時, LED光源指向性強的優點很容易體現出來, LED燈具較傳統燈具的效率也就高得多,所以其節能特點就能明顯地體現出來。下表為我們的120WLED工礦燈與傳統400W高壓鈉燈的一個投資效益分析。
  該款LED工礦燈從設計初期到量產出貨,經歷了多次修改完善。其中通過研發工程師與業務部門的及時溝通和緊密配合,使產品品質和外觀都獲得市場較佳的認可。另有不少設計細節,如Grease的選用,防水圈的處理,PC罩的改進,電源的選擇等等,都始終處于不斷地完善中。


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