LED在大学教室照明应用及节能效益分析Word格式.docx
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4.1灯具特点12
4.2技术参数12
4.3雷士LED时光灯与传统日光灯经济对比13
4.4两栋教学楼费用计算14
第五张章总结15
第一章前言
1.1、LED产业的发展现状
绿色照明理念最早是由美国环保局于1991年提出的，实施至今二十年,已取得良好的社会、经济和环保效益。
其宗旨是节约能源、保护环境和提高照明环境质量。
我国最初的定义是“绿色照明指通过科学的照明设计，采用高效率、寿长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材以及调光控制设备和控光器件）,改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明来说,LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。
中国LED产业起步于20世纪70年代。
经过30多年的发展，中国LED产业已初步形成了包括LED外延片的生产、LED芯片的制备、LED芯片的封装以及LED产品应用在内的较为完整的产业链。
在“国家半导体照明工程”的推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地。
长三角、珠三角、闽三角以及北方地区则成为中国LED产业发展的聚集地。
目前，中国半导体照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模继续保持较快增长、照明应用取得较大进展。
2007年中国LED应用产品产值已超过300亿元，已成为LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，新兴的半导体照明产业正在形成。
国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家LED路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸LCD背光和汽车前照灯方面仍显落后。
2008年北京奥运会对LED照明的集中展示让人们对LED有了全新的认识，有力推动了中国半导体照明产业的发展。
当前中国半导体产业产业大而不强，核心竞争力仍有待于进一步提升。
对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。
1.2、问题分析
LED灯是由很多部分组成的,而其中发光最有效的元件是芯片,价格最贵的部分也在芯片。
现在的芯片的光效在65~75lm/w,但是各大芯片厂商都在研制更大光效的芯片。
试想一下,随着科技的进步,光效一旦发展到很高的水平,那么使用芯片的数量会比现在的少,而且芯片的价格也会同时下降。
到那时,LED路灯整体价格也会下降。
LED照明器具进行优化设计,提高LED的使用质量。
因此研究大功率LED光源二次光学配光设计,满足大面积投光和泛光照明配光需求尤为迫切。
通过二次光学设计技术,设计外加的反射杯与多重光学透镜及非球面出光表面,可以提高器件的取光效率。
传统光源照射方向为360°
灯具依靠反射器将大部分光线反射到特定方位,只有40%左右的光是直接透过玻璃罩到达路面的,其他的光是通过灯具反射器再投射出灯具的,灯具的反射器的效率一般仅为50%~60%,所以有60%左右的光输出在灯具内,是在损失了30%~40%后再投射到路面上的。
光源光输出的很大一部分被限制在灯具内部发热消耗掉。
LED灯的绝大部分光线都是前射光可以实现>
95%的光效,这是LED区别于其他光源的重要特性之一,如果不能将这一特性很好利用,会使LED的优势大打折扣。
大多数大功率LED灯由于是多个LED芯片拼装,要将这么多光源照到不同方向,我们充分发挥芯片整体封装的特点,采用透镜加以解决,通过光学设计,根据不同需要,配备不同凸面曲线,依靠透镜来将光线分配到不同方向,保证出光角度大的可以达到120°
～160°
小的可以将光线聚集在30°
以内,透镜一旦定型,在生产工艺保证的前提下,同种灯具的配光特性也就达到了一致。
完全可以通过经过多次试制,不断地总结经验,能够使LED路灯达到道路照明标准要求的蝙蝠翼光型。
目前隧道灯、路灯和一般照明灯已达到各自应用场所的照明要求。
1.3、LED灯与传统光源的比较
大功率LED灯与常规高压钠灯不同的是,大功率LED路灯的光源采用低压直流供电、由GaN基功率型蓝光LED与黄色荧光粉合成的高效白光二极管,发光二极管（LightEmittingDiode,简写为LED）是基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源,在一定的正向偏置电压和注入电流下,注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子,将电能直接转化为光能。
LED的光源效率目前已达100lm/W,而且还有很大的发展空间,理论值能达到250lm/W。
而高压钠灯的发光效率是随功率增加才有所增加,因此,总体光效LED路灯比高压钠灯强;
LED灯有独特的二次光学设计,将LED灯的光照射到所需照明的区域,即路面,进一步提高了光照效率,达到节能目的;
LED灯本身具有光的指向性,没有光的漫射,保证光效;
LED灯的光显色性比高压钠灯高,高压钠灯显色指数只有23左右,而LED路灯显色指数可达到75以上,从视觉心理角度考虑,达到同等亮度,LED路灯的光照度平均可以比高压钠灯降低20%以上（参照英国道路照明标准）;
而且,在中间视觉水平下,人眼在高色温环境里比低色温环境更容易辨别事物,避免了某些危险状态的发生。
1.4、LED灯具的优势
环保灯具，保护地球：
传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。
但LED日光灯则不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。
LED日光灯被认为二十一世纪绿色照明。
高效转换，减少发热：
传统灯具会产生大量的热，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。
而且对文件，衣物也不会产生退色现象，清静舒适，没有噪音LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。
适合于图书馆，办公室之类的场合。
光线柔和，保护眼睛：
传统的日光灯使用的是交流电所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
LED灯具是把交流电直接转换为直流电不会产生闪烁现象，保护眼睛。
无紫外线，没有蚊虫：
LED灯具不会产生紫外线。
因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。
室内会变得更加干净卫生整洁。
电压可调85V－275V：
传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。
而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度.节省能源，寿命更长：
LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍，可以长期使用而无需更换，减少人工费用。
更适合于难于更换的场合。
坚固牢靠，长久使用：
LED灯体本身使用的是PC料而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED也不会轻易损坏，可以放心地使用。
与普通的荧光灯相比，LED日光灯无需镇流器，无需启辉器，无频闪。
免维护，频繁开关不会导致任何损坏。
1.5、政策环境
国家发改委发布了《国家发展改革委关于开展低碳省区和低碳城市试点工作的通知》进一步推动绿色照明工程，促进半导体照明节能产业健康有序的发展国家发改委《关于组织申报半导体照明产品应用示范工程项目的通知》十城万（计划覆盖上海、扬州、潍坊、郑州、武汉、成都、深圳、广州等21个城市）国家科技部《关于同意开展十城万盏半导体照明应用工程试点工作的复函》十一五期间，一场以绿色和低碳为核心的低碳经济革命正在中国的城市中萌芽。
与十一五期间各种低碳城市的尝试与探索不同，十二五期间城市的低碳化进程推进方案将以收益为核心，在改变传统能源消费模式的同时，保持城市经济以新模式高速成长。
1.6、发展趋势
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
近年来，世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。
美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。
我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。
第二章LED节能灯发光原理
2.1、节能灯的工作原理
节能灯的工作原理：
是通过镇流器给灯管灯丝加热，大约在1160k温度时，灯丝就开始发射电子（因为在灯丝上涂了一些电子粉），电子碰撞氩原子产生非弹性碰撞，氩原子碰撞后获得了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝的温度在1160k左右，比白炽灯工作的温度2200k-2700k低很多，所以它的寿命也大提高，达到5000小时以上，由于它不存在白炽灯那样的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到每瓦60流明以上。
2.2、节能灯原理
节能灯原理：
普通的白炽灯光效每瓦10流明左右，寿命大约在2000小时左右，它的工作原理是：
当灯接入电路中，电流流过灯丝，电流的热效应使白炽灯发出连续的可见光和红外线，此现象在灯丝温度升到700k即可觉察，由于工作时的灯丝温度很高，大部分的能量以红外辐射的形式浪费掉了。
节能灯除了有白色光之外，还有黄色（暖光）光。
一般来说，在同一瓦数之下，一盏节能灯比白炽灯节能80%%，平均寿命延长6-8倍，热辐射仅20%%。
非严格的情况下，一盏5瓦的节能灯光照可视为等于25瓦的白炽灯，7瓦的节能灯光照约等于40瓦的，9瓦的约等于60瓦的。
在相当一段长的时间内，一些地方和厂家盲目的大上节能灯项目，由于在资金、技术、原材料以及工艺在没有充分落实的情况下，使得产品质量得不到保障，各企业的产品质量的不平衡，有的厂家不按工艺要求生产，组装厂选用不合要求的灯管和元器件拼凑组成，质次价低，严重损坏了节能灯的声誉，光效低，寿命短，一致性差，造成社会上产生节能灯节能不节钱的说法，给节能灯的推广带来了很大的负面影响。
经过将二十多年的发展，我国的节能灯产品制造技术已经有了很大的进步与提高，很多产品已经接近或达到国外的先进水平，由于质优价低，国际市场上的竞争力非常强。
但是市场上还是存在很大部分的节能灯厂商，不顾国家的法律法规，不顾消费者的利益，仍在大量生产不"
节能"
的节能灯，由于它的质次价低，每只价仅售5元左右，消费者对产品的识别有限，在农村及大部分城市，还有很大一部分的市场，由于大部分的市场被低档产品占据着，使得好的节能灯产品比较难进入市场，这给绿色照明推广带来了一定的难度，但随着居民节能意识的提高以及对节能灯产品知识的深入了解，优质节能灯市场在一天天扩大。
2.3、LED发光原理
50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。
LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光
线，光的强弱与电流有关。
2.4、LED节能灯发光原理
节能灯的两极是普通的钨丝.钨丝通电发热后,就能发射出电子.在灯管两侧加上比较高的电压,形成电场,这些电子就会在灯管里被加速,形成有一定速度和能量的电子流.灯管是被抽成真空的，里面充有汞，就是我们称为的水银。
在灯管通电发热的情况下,这些水银从液态蒸发就变成了气态.形成游离状态的汞原子。
电子流中的电子以一定速度打在汞原子上,使汞原子受到激发,变成激发状态的电离子.称为发生了阶跃，激发状态的汞过了很短的时间就自发地回落到原来的状态,同时释放出紫外线光，紫外线光不能用来照明.于是我们在灯管的内壁涂了一些荧光物质,在紫外线光的轰击下,荧光物质受到激发以后,游离状态的汞离子激发能量就能发射更多的比较自然的光线,可用于我们照明。
据查：
一支管径为36毫米的粗管径荧光灯含汞量在25～45毫克，一支管径为26毫米的细管径荧光灯含汞量为20毫克，一支管径为10毫米的紧凑型荧光灯含汞量为10毫克。
汞在常温下呈液态，是一种易流动的银白色液态金属。
汞在荧光灯管里作为气体放电介质而存在，不但提高了灯的光效，而且丰富了光源的种类。
所以目前的节能灯光源都含有汞。
由于汞的沸点很低，在常温下即可蒸发，废弃的荧光灯管破碎后，立即向周围散发汞蒸气，瞬时可使周围空气中的汞浓度达到每立方米10～20毫克，国家规定的汞在空气中的最高允许浓度为每立方米0.01毫克。
它还可以随着空气而流动.一旦进入人体的汞超过某一阈值，就会破坏人的中枢神经系统，造成对身体的极大危害。
汞进入人体后很难被排除。
笔者工厂的工人有十多年没有接触汞了,但现在检查身体汞的含量仍然很高，而且随时都还在打排汞针。
所以笔者对节能灯有种本能的恐惧。
第三章教学楼的照度分析及用电对比
3.1、调查问卷
我们对平日在B205与B206教室学习的同学、上课老师以及电工进行了多次不定时的抽样调查得到了六十多分调查表，并进行了概率分析。
（1）学生调查报告结论：
（60人）
1、B205教室的调查问卷第7题和B206调查问卷第8题反映出有90%以上的同学更愿意在装有红太阳LED灯管的教室里学习。
2、从两份报告的第1题反映出，47%的人对现有普通荧光灯经常坏导致的光线过暗反感。
3、两份报告的第3题中，有73.3%的人认为更换LED无频闪光源后会更为舒适。
4、两份报告的第4题中,73.3%学生认为现有靠后位置看黑板会吃力
同时76.6%的学生认为更换LED光源后教室会更明亮，会改善目前这种状况。
5、两份报告的第5题中，70%的人认为现有荧光灯用久后出现的频闪会影响阅读，43.3%的人认为更换LED光源后会提高学习效率。
7、两份报告的第6题中，66.6%的人认为现有荧光灯无法满足阴雨和夜晚的正常教学。
（2）老师和电工的调查报告结论（5人）
调查报告中显示老师和电工对雷士LED灯管的安全、长寿、维修便捷等特点表示肯定，并表示雷士LED灯管给他们的工作带来了便利。
同时也指出传统荧光灯的寿命较短（2个月更换一次），更换频繁的缺点，但是对于学校关于经费的方面，校方明显指出雷士LED灯具前期的投入费用要明显比传统荧光灯多的多，但是传统荧光灯容易损坏，而且要定期频繁更换，而雷士LED灯在用电费用上要比传统荧光灯便宜许多，且雷士LED灯更加环保，方便。
市面上较常见的节能灯管有一般的普通灯管及渐为主流的三基色灯管，和白炽灯泡相比都有省电的优点。
所不同的是普通灯管的显色性偏低，而三基色的灯管则呈现出自然的阳光色，并且在显色性及光效率上都更胜过一般的普通灯管。
LED灯具是把交流电直接转换为直流电不会产生LED灯具不会产生紫外线。
其实含汞照明灯在使用过程中一般没有什么污染，污染主要是报废后电光源被随意丢弃，破裂造成汞扩散到空气中，危害人体健康，污染环境。
由于回收困难和回收价值太低，加之它还有许多的其它弊病，所以唯一的办法就是淘汰它。
3.2、照度分析
产品主要性能对比表
项目
雷士LED灯管
普通荧光灯管
频闪
雷士LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛。
传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100－120次的频闪。
清静舒适,没有噪音
雷士LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合
上佳之选。
安全舒适
对周围环境不会有影响。
没有紫外线和红外线，没有有害材料，如汞，保护眼睛，也没有噪声。
成本
雷士LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍，可以长期使用而无需更换，减少人工费用。
表3.2
提高了原有教室照度，为学生提供明亮的学习环境；
无有害物质和有害光线，光线柔和，无闪烁，为学生提供健康的学习环境；
节省能源、寿命更长，节约成本；
寿命更长、免维护，避免频繁更换灯管带来的不便。
3.3、灯具和教学楼信息
产品型号
功率
电压
灯头
规格
色温
光通量
1
高亮长寿LED灯管
MY1201/18W-MS
G13
1198mm
6000K
1350±
100Lm
灯具信息：
表3.3.1
吉林建筑大学三公寓A、B、C三栋教学楼信息：
教学楼
层数：
层
每层教室数：
个
每间教室灯管数：
pcs
总计灯管数：
A
5
16
20
1600
B
12
34
2040
C
4
42
840
合计：
4480
表3.3.2
3.4、两种灯具经济分析
3.4.1、两种灯具对比
（一）使用材料的对比
LED日光灯
传统日光灯
1、外壳：
采用高压铝压铸型材管和高透过率PC透明或乳白发光罩；
2、光源：
采用高亮度发光二极管作为发光源，具有耗电量低、使用寿命长、高效率、高亮度、低热量、坚固耐用等特点。
3、填充物质：
管内无需填充任何气体，具有真正意义上的环保性质；
4、启动：
无需借助启辉器与整流器，瞬间启动；
采用玻璃材质，易碎，安全性得不到保证；
两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩气和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线；
管内需填充氩气和汞蒸气，且这些气体均属于毒性气体，对空气具有污染性，不环保；
需借助整流器与启辉器启动；
表3.4.1
3.4.2、教B205和教A205电表读数跟踪表
日期
教室
10.25
（初始读数）
11.01
（实测读数）
11.08
11.15
用电总量
（11.15读数减初始读数）
B205
88
125
173
208
120
A205
109
211
317
412
303
表3.4.2
3.4.3、教B205和教A205
能耗对比表电价：
0.5元/度
教
室
用电
总量
总天数
教室每日用电量
（用电总量/总天数）
每只灯管每日用电量（每教室每日电量/34）
每年（365）每教室电费（每日用电*0.5*365）
B2
6
0.18
1095元
A2
15.15
0.45
2764.88元
表3.4.3
3.5、雷士LED灯具优势
LED日光灯被认为二十一世纪的绿色照明。
而且对文件，衣物也不会产生退色现象。
清静舒适，没有噪音：
LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。
LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛。
XLED灯具不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。
LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度.节省能源，寿命更长：
与普通的荧光灯相比，LED日光灯无需镇流器，无需启辉器。
3.6、雷士日光灯与传统日光灯费用对比
序号
项
目
T8LED日光灯
传统日光灯管
输入功率，包含驱动电源或整流器
20W
44W
2
20个月电费对比
600天×
14小时×
0.02KW×
1支×
1元/度=168元/年
0.044KW×
1元/度=369.6元/年
3
一次性投入成本
250元/支
45元/支
年电费+一次性投入成本
168+250=418元
369.6+45=414.6元
表3.6
第四章采用LED节能照明灯的分析和计算
4.1、灯具特点
LED日光灯特点：
LED日光灯以质优、耐用、节能为主要特点，投射角度调节范围大，18W的亮度相当于普通40W日光灯，抗高温，防潮防水，防漏电。
LED日光灯为绿色环保的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于使用者的视力保护及身体健康。
对于色温方面可以做到与使用环境相匹配的色度。
使用电压有:
100v-265v可选，外罩可选PC透明或PC磨砂材质。
灯头款式多样化，可根据使用的环境进行单一方面的设计。
传统日光灯特点：
传统日光灯两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，荧光粉发出柔和的可见光。
在启动时灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。
4.2、技术参数
规格及参数
T8-600
T8-900
T8-1200
输入电压
160~240VAC47-63HZ
160~240VAC
47-63HZ
输出功率（W）
9
14
18
LED数量（PCS）
46
69
92
光通量（lm）
650~900
850~1400
1300~1800
工作温度（°
C）
-20~50
温升（°
17~19
7
功率因数
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