工业厂房照明设计中LED光源的应用陈祥龙--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

工业厂房照明设计中LED光源的应用陈祥龙

发表时间：2021/7/9 来源：《基层建设》2021年第12期作者：陈祥龙

[导读] 近年来，随着工厂照明的逐渐发展，工厂照明水平逐渐提高，由于厂房占地面积大，传统照明方式照明电能消耗量也在不断增加

        欧普智慧照明科技有限公司
        摘要：近年来，随着工厂照明的逐渐发展，工厂照明水平逐渐提高，由于厂房占地面积大，传统照明方式照明电能消耗量也在不断增加，如何在提高工厂照明水平的同时，降低照明方面能源消耗，成为工厂管理者关注的焦点。随着LED光源的发展，LED灯具在节约能耗、安全环保、寿命长、易于维护等的性能得以凸显。本文以航空综合厂房和试验厂房工程为例，针对工业厂房LED灯具的技术特点和需考虑的问题，提出了一套具体的设计方案和流程，希望本研究可以为相关研究人员或制造商提供有效的技术参考。
        关键词：工业厂房；LED 光源；照明系统；设计方案

        1 LED 光源技术特点
        （1）LED 寿命长，体积小，质量轻，光效高目前可达130lm/W，LED光源功率因素可达0.98，减少供电热损耗，长期使用更节能省电。⑵LED光源可高精度恒流控制，使纹波率＜3%，确保光输出稳定防频闪，提高工作环境用眼舒适性。（3）LED驱动电源电压可根据需要调整，设置超宽工作电压输入，满足绝大部分工业电网波动。（4）LED 光源体积小、定向发光方便方便塑造不同造型，光源封装后有良好的，防潮效果，更能缓解外部的抖动，与传统灯具相比，更能耐低温。（5）LED为固体发光体，发热量低，无热辐射，灯具更加环保。（6）调光方便，可结合控制技术、通信技术实现自动调光，满足节能和调节照度的功能的需求。（7）LED 灯具的适用场所较广，如：交通信号灯、室内装饰灯、航空障碍灯、户外建筑景观照明、户外道路照明、汽车照明、库房等场所。
        2 LED光源在工业厂房中应用存在的问题
        2.1造价问题
        目前，LED光源的造价通常高于传统的金卤光源。它的光学、热以及驱动器设计更为复杂，极大提高了造价成本。在照明设计相同时，LED光源的价格通常约为传统金属卤化物灯的3倍，甚至更高。虽然LED光源比较节能，但初始成本较高，对于改造型项目来讲业主不太容易接受比较大的价格变化。
        2.1散热性问题
        由于LED的单个发光面较窄，通常会在线路板上大规模集成，以形成一个较大的光源，但这会累积大量热量，有时会将电路板击穿。因此，LED灯具必须具备较好的散热性。现阶段市场上LED制造商的技术水平良莠不齐，有些产品未克服散热性问题，易产生光衰，降低发光效率。
        2.2蓝光和UV光（即紫外线光）危害
        蓝光和UV光（即紫外线光）危害极大，最为人眼不能接受，其中蓝光对人眼活性细胞的杀伤力约为绿光的10倍，而UV光则是绿光的100倍。如果长期暴露在大量低波长蓝光下，人眼的活性细胞会被大量杀伤，最终会形成斑块（即癌化）。LED白光主要通过波长为450-455NM的蓝光来激发荧光粉形成，越低的波长击发能力则越强。LED在设计时，波长通常控制在500NM以内，一般为450-455NM或455-460NM，该波段的伤害最强，如果设计的出厂波长变大，则会降低激发荧光粉的能力，影响效率。为追求亮度，人们通常选择加强LED蓝光的强度，而LED灯工作越久，荧光粉则衰减得越快，从而蓝光波段激发的光照就越强，对人眼的伤害也越大。因此对于LED台灯照明、LED路灯照明及道路交通的LED导航指示等方面，LED灯具的使用会存在一定不利因素，易让人感到不适，如不舒服、头晕眼花等。如果长期使用甚至会对眼睛造成伤害，增大眼睛患病的机率。因此，在设计时需要注意选用符合照明质量要求的产品。
        3 LED在工业厂房照明设计中的应用
        3.1 常用照明灯具选择标准及安装方式
        ⑴茶水间和卫生间有吊顶，吊顶材质通常为铝扣板，标高2.7m，可嵌装10W的LED筒灯。⑵对于无吊顶的空调机房，可选择壁挂安装LED-T8-2*20W规格的双管荧光灯。⑶对于无吊顶的直饮水机房，可吸顶安装具有防水、防尘、防腐功能的LED三防支架灯。（4）办公室区域采用矿棉板吊顶，吊顶标高3.2m，采用35W（600mm×600mm）LED嵌装直下灯盘结合LED嵌装15W筒灯组合使用。（5）生产厂房部分采用LED高天棚灯具150W。
        3.2应急照明灯具的选择
        （1）资讯机房采用手工板吊顶，吊顶的标高为3.8m，可吸顶安装自带蓄电池的LED-T8-2*20W灯管（应急时间超过90分钟）。（2）消防值班室采用手工板吊顶，吊顶的标高为3.5m，可吸顶安装自带蓄电池的LED-T8-2*20W灯管（应急时间超过90分钟）。（应急照明标准已经有新规，消防值班室的备用照明采用自带蓄电池形式，应急照明一般采用集中电源形式）。（3）资讯机房和消防值班室疏散照明灯具采用7W集中电源A型应急照明灯具。（4）生产厂房部分采用150W集中电源B型应急照明灯具。
        3.3电缆、电线选择
        3.3.1YJV型电缆
        YJV型电缆全称为铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。通常敷设于室内、隧道或穿管中，也适用于松散土壤，具有一定的敷设牵引承受能力，但不可承受较大机械外力作用。
        3.3.2ＲVV型电缆
        RVV型电缆全称为铜芯聚氯乙烯绝缘氯乙烯护套软电缆，又称为轻型聚氯乙烯绝缘聚，俗称为软护套线，属于护套线中的一种。主要应用于家庭照明连接线，控制信号传输线，电气、仪表及自动化设备等，也适用于安防防盗报警系统和高层楼宇对讲系统等。
        3.3.3BVＲ型电线
        BVR型电线全称为铜芯聚氯乙烯绝缘软护套电线。属于铜芯线，具有较软、方便施工的优点，但强度较小，通常用于轻微移动的场合。
        3.3.4BV型电线
        BV型电线全称为铜芯聚氯乙烯绝缘电线。属于单芯铜线，强度大，但较硬而不方便施工，通常用于比较固定的场合。
        3.3.5ZＲ-YJV型、NHYJV型等特种辐照交联电力电缆（阻燃耐火）
        电缆允许长期工作的最高温度可达到125℃，常敷设于吊顶或高层建筑电缆竖井内，且能够应用于潮湿的场所。耐火型电缆在电缆燃烧时甚至燃烧一段时间后仍然能够导电，多用于比较重要的场所，耐火型电缆同时具备阻燃和耐火的特性，而阻燃型电缆则不具备耐火的性能。
        3.4 电缆电线通用标准
        对于工业用电或三相高压电，ABC三相依次为黄色、绿色和红色。对于220V电路，红色线火线，蓝色线代表零线，黄绿双色线则代表地线。PVC以及其他线槽内敷设导线的数量和规格须符合设计规定，当设计无具体规定时，导线总截面积（含绝缘层）应控制在线槽内截面积的60%之内；对于电缆穿管，管内导线总截面积（含绝缘层）应控制在管内空截面积的40%之内。在电气照明施工中，照明配电箱中的单相分支回路电流尽量不超过16A，连接的LED灯数量尽量不超过25个，而对于大型建筑组合灯具，每一单项回路电流尽量不超过25A，所接光源的数量尽量不超过60个，当采用单颗小功率LED灯具时，仅需要满足回路电流的规定即可。电源插座不适合与普通照明灯接在相同的分支回路上。
        同一建筑物或构筑物内安装的开关，应选择同一系列，且保证通断位置一致，本工程所采用的照明开关和PZ30箱均为奇美产品。开关的位置应保证便于操作，开关边缘与门框和地面的距离应分别控制在0.15m～0.2m和1.3m为宜。
        3.5 配电柜的选择
        厂房有三种不同的照明配电柜，一种是为单回路电源供电的AL柜，适用于普通照明电源供电；一种是为双回路电源供电的ALE柜，其电源通常接自不同的馈电干线或变压器，多用于消防水泵房、消防值班室、配电室以及自备发电机房等在停电时仍需继续工作的重要环境，以提供备用照明电源；还有一种专用应急照明集中电源柜命名为ALES，应急照明集中电源由就近的消防电源ALE柜内取电，为疏散照明和疏散指示标志灯单独供电，ALES应急照明集中电源氛围A型和B型两种，其中A型集中电源为安装在8米以下的疏散照明和标志灯供电，B型集中电源为安装在8m以上的的疏散照明和标志灯供电。
        3.6灯具套数的确定
        照明场所中照明灯具的确定，必须结合厂房结构及条件的参数进行计算。其方法有利用系数法、概率曲线法、比功率法以及DIALux evo仿真软件计算。比功率法只能作为估算，忽略了环境等诸多因素的影响不适合于设计；概率曲线法是以某几个固定参数下灯具数和面积的曲线作为参照，使用时需先进行复杂换算再来估算比较麻烦，DIALux evo需要借助计算机和厂家灯具ies文件才能使用；而利用系数法可直接借助各性能表参数利用公式直接准确算出，其算法具体步骤如下：
        3.6.1室空间比RCR的确定
        RCR=5ⅹH1（L+B）/（L×B）
        H—房间高度，L—房间长度，B—房间宽度，H1—灯具悬挂高度，ρ—反射系数，H2—灯具到工作台的距离。从该厂房的结构条件中知道：H=11m，H1=10.8 m，B=12×3=36 m，L=12×6=72 m，H2=10 m。所以室空间比RCR=5×H1（L+B）/（L×B）=5×10.8（72+36）/（72×36）=54×0.0417=2.25四舍五入取整为：RCR≈2。
        3.6.2利用系数u的确定
        该厂房砖墙刷白、地面为绿色塑胶材料、顶棚及梁柱刷白色涂料，从《墙壁和顶棚反射系数近似对照表》中可查出顶棚反射系数为0.5，墙面反射系数为0.5，再参照该厂房的室空间比RCR≈2，即可在《利用系数表》中查出u=0.98。
        3.6.3光通量ф的确定
        该厂房选用的是LED光源灯具，经灯具功率光通量对照表，ф为19500 LM。
        3.6.4维护系数（减光系数）K的确定
        由于灯具在使用过程中会陈旧脏污，以及被照场所的环境也在变换，从而使光源本身的光效减少，所以在计算时必须考虑周围环境的减光情况。该厂房为一般的机械装配和精密立体库房，经查《建筑照明设计标准》GB50034-2013中维护系数表4.1.6。，K=0.7。
        3.6.5受照房间面积A的确定
        A=L×B=72×36=2592m2
        3.6.6厂房照度的确定
        光源及照度的选择应该依据人们所从事工作环境要求而进行。在通常的设计中，我们是参照《建筑照明设计标准》GB50034-2013中工业建筑一般照明标准值而进行的，并且要考虑到作业面本身的反射系数、亮度对比及工作重要性等因素，一般以中间值作为推荐照度值。该厂房的功能是装配和精密零件库，经查工业建筑一般照明标准值，并考虑厂房后期灯具的光衰减，故该厂房照度值Eav=550LX。
        3.6.7灯具套数N的计算
        将前面步骤所得出Eav=550LX，A=2592m2，K=0.7，u=0.98，ф=19500LM，带入计算公式N=Eav×A/（u×K×ф），即可求出灯具数N。所以N=550×2592/（0.7×0.98×19500）=107（套）。
        3.6.8DIALux evo仿真软件软件计算复核N的参数

        从计算软件导出参数得出，灯具套数N为110套，与手算结果107套接近。
        3.6.9灯具的布局与分配
        该厂房南北向共有10个梁，南北每36m可布灯11套，故梁上均匀布置的150W的LED光源灯具的总套数为110套。考虑到厂房东西门各有两个通道，故在墙壁上再安装弯杆式50W壁灯6套，以均衡厂房照明，所以该厂房实际灯具安装总套数为116套。
        4工业厂房LED照明使用效果分析
        4.1LED光源寿命周期、安全性等分析
        LED光源平均使用寿命比较长，比如T8灯管的光源使用寿命能够达到30000h以上，而LED高天棚灯寿命可超过60000h，高于荧光灯的10倍。另一方面，由于LED光源不含重金属汞，在“制造-组装-使用-处置-回收”这一过程中更加的安全。而且，采用LED光源能够有效改善照明环境，使得整个厂房内的视觉效果得以显著提升。
        4.2LED照明使用成本分析
        对比普通灯具LED照明的初始投资比较高，但使用后每年的运行及维护成本相对会大大降低。以航空综合厂房和试验厂房照明系统为测算对象，经测算，LED灯具照明方案仅第一年节约的运行维护费用就能够弥补普通灯照明方案的初始投入差额，5年累计节省成本能够超过一百万元。项目初始投资及运行维护费分析如下表所示。
        项目初始投资及运行维护费分析表（单位：万元）
        方案类型初始
        投资第一年第二年第三年第四年第五年
        普通灯照明方案 15.125 56.118 97.110 138.102 179.095 220.087
        LED照明方案 37.500 52.872 68.244 83.617 98.989 114.361
        注：表中数据为累计成本数值，即初始投资+运行维护费
        5结语
        LED光源技术的不断完善，为工厂照明节能创造了有利的条件，LED灯具更高的光效、高集成度的芯片都说明LED的节能还会有更加完善照明解决方案，随着人们对照明的需求逐渐的精细化，相信在很长的一段时间内LED光源都是工业厂房中最为理想的照明光源。
        参考文献：
        ［1］食品工业厂房的照明设计［J］.武瑞楠.智能城市.2021-03-14
        ［2］工业厂房LED照明设计研究［J］.徐万俊；奚健锋；科学技术创新.2019-12-05
        ［3］LED在工业厂房照明设计中的应用［J］.朱明璞.工程技术研究.2020-08-25