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【綠建講堂】綠色照明——LED的應用（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：原創文章 閱讀：2135內容摘要：【主講人】：李林蔓【講座導讀】：本期【綠建大講堂】由李林蔓總經理擔任主講人，主要就LED 的產業現狀以及LED未來發展的優勢展開以“綠色照明—LED的應用”為主題的專題講座。【微信講o——實錄】 一、LED的產業現狀和發展趨勢 隨著全球經濟一體化的發展，中國照明產業逐漸融入國......【主講人】：李林蔓
【講座導讀】：本期【綠建大講堂】由李林蔓總經理擔任主講人，主要就LED 的產業現狀以及LED未來發展的優勢展開以“綠色照明—LED的應用”為主題的專題講座。
【微信講o——實錄】
一、LED的產業現狀和發展趨勢
隨著全球經濟一體化的發展，中國照明產業逐漸融入國際市場。電光源趨向高效照明、節能環保方向發展；照明燈具更加注重工藝設計、產品質量和品牌效益。全球市場中照明燈具約占市場總量的2/3 ，照明產品出口約占中國總產量的45—50% 左右。
隨著LED照明技術日趨成熟，產品性價比不斷提高，搶占傳統照明產品市場份額，在很長一段時間內將會持續呈此消彼長的趨勢，使得傳統照明產品的份額在市場中全面下降。
室內照明是LED應用行業快速發展的主要引擎。數據顯示，2014年室內照明行業繼續保持2013年的增長態勢，全年產值規模超過1000億元，同比增速超過70%，室內照明應用引領整個LED應用行業的發展。
2014年諾貝爾物理學獎在瑞典斯德哥爾摩揭曉，三位日美科學家因LED研究貢獻獲諾貝爾物理學獎。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，使用LED燈后，這一比例會下降到4%，因此高效節能的LED燈將助力節約地球資源。世界上缺乏電網的人口超過15億，LED燈的出現給他們帶來了希望，因此LED的低能耗，一些當地的廉價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：三位獲獎者在發現新型高效、環境友好性光源，即藍色發光二極管（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。
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體產業聯盟和聯合創新國家重點實驗室蛩擔骸鞍氳繼逭彰魘且桓鱸杏著全球性的產業革命的領域，要靠體制機制創新來引領，要靠改革來推動。”
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。
相關政策
開展大型公共建筑和公共機構辦公建筑空調、采暖、通風、照明、熱水燈用能系統的節能改造，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，公共機構辦公建筑改造6000萬平方米。
大力促進城鎮綠色建筑發展，政府投資的國家機關、學校、醫院、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年起全面執行綠色建筑標準。
圖2 照明發展史圖2是照明發展史。在短短幾十年內LED的發展如此迅速，可以說，在未來LED的前途不可限量，LED已經成為光源方面的大熱門。
二、什么是LED
圖3 發光二極管圖3是LED示意圖。LED（Light Emitting Diode）即發光二極管，是一種半導體固體發光器件，一種當有一定正向電流通過時能發射出一t波長的光，即可以把電能轉化成光能的器件。
t4 LED基本結構圖4是LED的基本結構示意圖。LED的主要組成部分，可分為：1、支架；2、銀膠；3、晶片；4、金線；5、環氧。LED照明燈具通常采用脈沖寬度調制（PWM）技術實現LED的恒流供電和調光功能，因此會產生一定程度的無線電騷擾和諧波。所產生的電磁波，容易對周圍的其他電氣、電子設備形成電磁干擾，引發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，破壞生態平衡。目前，許多國家都發布了電磁兼容性標準。在發達國家，湍藶足電磁兼容性標準的設備不允許銷售。比如歐盟2004/108/EQ電磁兼容性（EMC）指令和相關標準EN55015對于照明燈具電磁干擾性能做出明確規定。
三、LED照明的優勢
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燈的各項參數總結出LED燈相比較傳統照明幾大優點:1、環保。
圖6 熒光燈包裝紙內容圖6是熒光燈包裝紙上的內容，熒光節能產品中有毒有害元素的名稱及含量的標識。如今，我們最常用的熒光節能產品是含有毒素的，而制造燈具企業對污染防范幾乎為零。節能燈里的鉛、汞元素，目前業內技術上暫未找到合適替代品。
2、光效：光浪費——能源浪費、光污染發光效率值越高，表明照明器材將電能轉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%，節能燈的50%，光電轉換效率可達80-150lm/w。
圖7 節能替換方案圖7是節能替換方案。以光效高在建筑工地的應用為例：在塔吊區照明，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，節約功率約1600W。因此，一些耗電大戶如商業、工礦、學校、醫院、停車場照明必須進行節能改造。
3、壽命。圖8是LED發光原理。發光二極管是由Ⅲ-V族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化嫁）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結，它具有一般P-N結的I-N特性，即正向導通，反向截止，擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發光特x。在正向電壓下，電子由N去注入P區，空穴由P區注入N區，進入對方區域的少數截流子（少子）一部分與多數截流子（多子）復合，并以光和熱的形式放出熱量。
圖8 LED發光原理
LED燈具壽命較白熾燈長，究其原因是發光原理不一樣。白熾燈的發光機理是電能將發光鎢絲進行加熱而發光的，進過相當長時間的加熱，鎢絲就會老化甚至燒斷，至此，白熾燈的壽命就此告終。而發光二極管的發光機理是由二極管特殊的組成結構決定的。二極管主要由PN結晶片、電極和光學系統組成，當在電極上加上正向偏壓⒑螅使電子和空穴分別注入P區和N區，當非平衡少數載流子和多數載流子復合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉化為光能。其發光過程包括三個部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。由此可見，二極管主要是靠載流子的不斷移動而發光的，不存在老化和燒斷現象⑵涮厥獾姆⒐饣理決定它的發光壽命長達5萬個小時。
4、光衰。LED光衰是指LED經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的直流電連續點亮LED1000小時來對比其點亮前后的光強。
5、光的品質：生活品質，光的舒適性（色溫、顯色指數、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、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量最通用的指標。色溫在攝影、錄象、出版等領域具有重要應用。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。顯色指數主要表現在逼真度、還原程度上。
四、LED的應用1、LED照明的應用
圖9 LED照明應用圖9是LED照明的市場應用，LED照明與新能源汽車、新材料、高端裝備、節能環保燈七大戰略性新興產業都有關聯。LED照明可以替換所有傳統光源，熒光燈管常規是36瓦，加上鎮流器，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。結構方案，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度優先選。
節能分析舉例：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能，還可節約電路線纜線徑，節約費用約為原有的80%。
2、LED顯示屏的應用。圖11、12是室內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，促進了現代信息顯示技術的發展，隨著LED材料技術和工藝的提升，LED顯示屏以突出的優勢成為平板顯示的主流產品之一，并在社會經濟的許多領域得到廣泛應用，主要包括：（1）證券交易、金融信息顯示；（2）機場航班動態信息顯示；（3）港口、車站旅客引導信息顯示；（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模組在農業照明中的應用。LED植物燈在農業領域的應用發展勢頭迅猛，被認為是21世紀現代農業領域最有應用前景的人工光源。植物對光質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，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能夠發出植物生長所需要的單色光，光譜域寬±20nm，各種單色光LED組合后，可形成與各種植物光合作用與形態建成基本吻合的光譜，提高光能利用效率，節能效果極為顯著。因此，利用LED的性能特點開發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，破壞生態平衡。目前，許多國家都發布了電磁兼容性標準。歐盟2004/108/EC電磁兼容性（EMC）指令和相關標準EN55015對于照明燈具電磁干擾性能做了明確規定。合格的LED照明燈具都可以正常使用，包括臺燈等，這個指標也是檢驗產品好壞的試金石。捕薊場項目就非常注重這個指標，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：現在的熒光燈管是LED嗎？如果不是的話，那熒光燈管是什么？現在有哪些LED品牌比較好？A：熒光燈管不是LED，熒光燈管常規是36瓦，加上鎮流器，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，現在更多的是根據場所的需求來設置有不同的色溫。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的真假和質量的好壞？A：有很多試金石都能試出產品的好壞，主要是通過電源、功率因素、光效、光衰、散熱、封裝、諧波、顯色指數來判斷的。其中顯色指數是指：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。顯色指數系數(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，它實際上是屬于視覺營銷的一種方式。
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