LED燈具為什么節(jié)能

1、LED燈具為什么節(jié)能?一、節(jié)能的幾個主要因素1、光源的發(fā)光效率/光通量光通量是由光源向各個方向射出的光功率,也即每一單位時間射出的光能量,以表示,單位為流明(lumen,簡稱lm。由于光源的功率不同,發(fā)出的總光通量也不同,例如100W的白熾燈發(fā)出的光通量為1500lm左右,10W的節(jié)能燈發(fā)出的光通量為700lm左右,因此,僅用光通量這個概念是不能真正衡量一個光源的好壞和節(jié)能效果的。為了在同樣的基準(zhǔn)下來衡量和比較不同光源的好壞和節(jié)能效果,人們引入了發(fā)光效率的概念。發(fā)光效率是指光源消耗1W電功率所發(fā)出的光通量,單位是流明/瓦(l m/W。例如,白熾燈的發(fā)光效率為15l m/W,節(jié)能燈的發(fā)光效率為6

2、0-70lm/W,因此,雖然100W的白熾燈發(fā)出的總光通量大于10W的節(jié)能燈發(fā)出的光通量,但是白熾燈所消耗的電功率遠遠大于節(jié)能燈所消耗的電功率,因此,其實白熾燈的節(jié)能效果不如節(jié)能燈。目前常見光源的發(fā)光效率如下:白熾燈/鹵鎢燈:15-20lm/W節(jié)能燈/熒光燈:50-70lm/W金鹵燈(MH:70-80lm/W高壓鈉燈(HPS:110lm/WLED:100-140lm/W(目前實驗室的LED發(fā)光效率已經(jīng)接近200lm/W由此可見,LED的發(fā)光效率遠高于常用光源的發(fā)光效率,且提高能力還非常大,技術(shù)發(fā)展也非?？?是一個發(fā)展前景非常好的節(jié)能環(huán)保光源。2、光通利用率/燈具效率由于傳統(tǒng)光源是向周圍立體空間

3、發(fā)光的,是沒有方向性的,如果直接用光源進行照明的話,有很多光線是不能利用到我們所需的照明面上的。例如我們辦公室里常見的熒光燈管,有一半以上的光線并沒有直接往辦公桌上照射,而是往頂部打過去了,其發(fā)光方向是背離所需照明方向的。也就是說,光源發(fā)出的光線并不能全部射向所需的照明面,因此需要對燈具進行配光設(shè)計,也就是將偏離照明面方向的光線通過所設(shè)計的光學(xué)系統(tǒng)(包括反射器、反射板、透鏡等等盡可能地射向照明面,把光線充分地利用起來,這個概念就是光通利用率,也就是燈具效率。燈具效率是指在相同的使用條件下,燈具發(fā)出的總光通量與燈具內(nèi)所有光源發(fā)出的總光通量之比。燈具效率越高,也就是說光源發(fā)出的總光通量的利用部分就

4、越多,這樣的燈具當(dāng)然也就越節(jié)能。由于光源選定后,其總光通量也就一定了,因此燈具效率的高低取決于燈具的配光設(shè)計的好壞。配光設(shè)計的基本原理必須遵守數(shù)學(xué)中的拋物線原理和物理學(xué)中的平面反射定律,而拋物線原理必須光源處于拋物線的焦點上且光源所發(fā)出的每條光線都應(yīng)該是從焦點發(fā)出來的,但事實上由于光源具有一定的尺寸而反射器又不可能做成無限大,因此光源所發(fā)出的大部分光線都不是從理想的焦點位置發(fā)出的,而是偏離了理想的焦點位置,這樣的光線經(jīng)過拋物線后也就不能平行射出了,而是會在反射器內(nèi)發(fā)生多次反射,損失較多的能量。同樣,平面反射定律也與此類似。LED光源由于其尺寸非常小,與傳統(tǒng)的白熾燈、節(jié)能燈、金鹵燈和高壓鈉燈相比

5、,遠接近于理想的點光源,因此,LED光源的配光效率要遠高于傳統(tǒng)光源的配光效率。反射器配光原理圖目前常見燈具的燈具效率如下:投光燈(白熾燈、金鹵燈、高壓鈉燈:40-50%泛光燈(白熾燈、金鹵燈、高壓鈉燈:55-70%熒光燈:40-55%聚光燈(白熾燈、金鹵燈、高壓鈉燈:<40%燈具發(fā)出的總光通量可以簡單地用下面公式表示:燈具發(fā)出的總光通量(l m=光源數(shù)量×光源功率(W×發(fā)光效率(l m/W×燈具效率這個式子將作為在不考慮配光曲線的情況下,比較不同功率和類型的燈具能否達到相同效果的簡化工具。3、光衰光源的光衰是由光源本身的特性決定的,而其特性又與環(huán)境有比較密切

6、的關(guān)系。例如燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱設(shè)計如果不好,使得光源所處的工作環(huán)境溫度過高,將導(dǎo)致光源的光衰加速。4、燈具利用系數(shù)/燈具維護系數(shù)工礦環(huán)境一般都有較多的灰塵或粉塵,或者有腐蝕性,因此時間長了以后,灰塵或粉塵會靜電吸附在燈具的透明件(玻璃或透明塑膠材料上,對于沒有透明件的燈具或者燈具的防塵性能不好的燈具,灰塵或粉塵還可以進入燈具內(nèi)部而附著在反射器內(nèi)表面上。腐蝕性物質(zhì)會腐蝕燈具反射器內(nèi)表面。這樣將大大降低反射器的反光能力和光線穿透透明件的能力,從而大大降低被照明面的照度,影響照明效果。這個概念就是燈具的利用系數(shù)或者燈具的維護系數(shù)。燈具利用系數(shù)或維護系數(shù)是指照明裝置在使用一定周期后,在規(guī)定表面上的平

7、均照度或平均亮度與該裝置在相同條件下新裝時在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。影響燈具利用系數(shù)的因素除了光源本身的光衰特性之外,一個很重要的因素就是燈具的防水和防塵性能,也就是外殼防護等級(IPXX。外殼防護等級的含義可詳見產(chǎn)品手冊的封底內(nèi)頁。燈具的防水和防塵性能越好,燈具的利用系數(shù)就可以取得越高,反之要取得越小。5、電氣匹配除白熾燈和鹵鎢燈之外,其他大部分光源都是要通過其它電氣進行驅(qū)動的,因此光源與電氣匹配是非常重要的。電氣匹配中最重要的影響因素是電壓的波動和功率因數(shù)。W=U2/R式中:W為光源功率,單位為瓦;U為電壓,單位為伏特;R為光源內(nèi)阻,單位為歐姆從上面這個公式可以看出,光源

8、的功率與電壓的平方成正比,因此受電壓波動的影響非常大。工礦企業(yè)的電壓波動范圍有時候是非常大的,有可能達到180260V,波動幅度達到-20%+20%。當(dāng)電壓波動幅度達到+20%時,即電壓為正常狀態(tài)下的1.2倍,那么功率將增加到正常情況下的1.22即1.44倍。以傳統(tǒng)的金鹵燈為例,如果燈泡的額定功率為400W,那么此時燈泡的功率將達到400×1.44=576瓦,遠遠超過燈泡的額定功率,會很快損壞燈泡,大大縮短燈泡的使用壽命。另外,金鹵燈需要在40006000V的高壓下才能啟動,必須要配備合適的觸發(fā)器,在正常工作狀態(tài)下還需要用鎮(zhèn)流器將其電壓和電流穩(wěn)定在一定范圍內(nèi),如果鎮(zhèn)流器的輸出電壓波形

9、和電壓值不能很好地滿足光源的匹配要求的話,光源的壽命也不能得到很好地保證。二、LED燈具與熒光燈、節(jié)能燈相比1、發(fā)光效率的差別LED的發(fā)光效率為100lm/W,熒光燈和節(jié)能燈的發(fā)光效率為50-60lm/W,LED的發(fā)光效率遠高于熒光燈和節(jié)能燈。2、燈具效率的差別LED光源由于發(fā)光點尺寸非常小,可以近似地看作理想的點光源,通過透鏡的配光設(shè)計,燈具效率可以達到85%左右。熒光燈和節(jié)能燈屬于面發(fā)光光源,也就是發(fā)光點的尺寸非常大(40W熒光燈管的長度可達到1.2米,是不能當(dāng)作點光源的,且大部分光線背離被照明對象,燈具效率是非常低的,例如辦公室常用的格柵燈的燈具效率一般在50-55%左右。一般情況下,1

10、8W的LED泛光燈具可以達到40W熒光燈管燈具的相當(dāng)效果,其原因如下:18W LED泛光燈具發(fā)出的總光通量為:18(功率×100(發(fā)光效率×85%(燈具效率=1530 lm40W熒光燈管燈具發(fā)出的總光通量為:40(功率×60(發(fā)光效率×55%(燈具效率=1320 lm由此可見,18W LED泛光燈具發(fā)出的總光通量大于40W熒光燈管燈具發(fā)出的總光通量,因此,其照明效果也能相當(dāng)于40W熒光燈管燈具。3、配光方式的差別LED光源由于發(fā)光點尺寸非常小,可以通過反射器或透鏡實現(xiàn)精確配光。而熒光燈管或節(jié)能燈屬于面發(fā)光光源,很多光線是偏離焦點的,或者被頂部反射回?zé)艄芏?/p>

11、被燈管吸收掉,或者經(jīng)過反射器多次反射而損失較多的光能量。LED反射器配光與透鏡配光的差別:反射器都是開口的,在開口邊緣與光源所形成夾角之內(nèi)的光線是由光源直接發(fā)射出去的,這些光線并沒有經(jīng)過反射器反射到所需的照明面上,而一般這個角度之內(nèi)的光通量可以占到光源總光通量的60-70%左右。超出這個夾角之外的光線才會經(jīng)過反射器配光,而這一部分的光通量只占光源總光通量的30-40%。因此,反射器配光一般適合于泛光燈具或者手電筒之類的聚光燈具,而不適合于投光燈具、隧道燈具、道路燈具等。透鏡配光是利用物理學(xué)中的全反射原理,通過透鏡的各個表面對每一條光線都進行精確的配光設(shè)計,光源發(fā)出的每一條光線都必然會經(jīng)過透鏡,

12、因此其配光效率會遠高于反射器配光,尤其適合于投光燈具、隧道燈具、道路燈具、巷道燈具等。反射器配光示意圖透鏡全反射配光示意圖三、無極熒光燈與金鹵燈相比1、發(fā)光效率的差別金鹵燈的發(fā)光效率為70-80lm/W,無極熒光燈的發(fā)光效率為60-80lm/W,兩者的發(fā)光效率相當(dāng)。2、燈具效率的差別無極熒光燈一般作為泛光燈具使用,其燈具效率在55%左右,而金鹵燈泛光燈具的燈具效率一般也在50-60%左右。而且無極熒光燈的發(fā)光尺寸比金鹵燈還要大,其配光難度比金鹵燈大,配光效率比金鹵燈要低。從燈具發(fā)出的總光通量公式可以看出,兩者的發(fā)光效率相當(dāng),燈具效率也相差不大,因此同等功率的無極熒光燈和金鹵燈燈具發(fā)出的總光通量

13、也是相差不多的。所以,很多人說無極熒光燈比金鹵燈節(jié)能是不成立的,他們實際上是將節(jié)能和壽命混淆起來誤導(dǎo)客戶。無極熒光燈的壽命的確遠遠長于金鹵燈,因此更換和維護成本會低一些,但這和節(jié)能已經(jīng)是兩個概念了。3、使用壽命的差別金鹵燈光源平均壽命一般在1000-15000小時,無極熒光燈的平均壽命一般在50000-60000小時。4、瞬時啟動的差別金鹵燈不能瞬時啟動,一般要5-10分鐘才能達到最大亮度,并且在熄滅后也不能立即啟動,要等5-10分鐘溫度冷卻下來后才能再次啟動,因此,金鹵燈只能作為正常照明使用而不能作為應(yīng)急照明光源使用(除非使用電子鎮(zhèn)流器,但是電子鎮(zhèn)流器的使用壽命較短,還會影響燈泡的使用壽命。

14、無極熒光燈可以瞬時啟動,熄滅后也能立即再次啟動,因此,無極熒光燈不僅可以作為正常照明使用,也可作為應(yīng)急照明使用。5、眩光的差別眩光與單位面積上光源發(fā)出的光強有關(guān),同樣的光強下增大發(fā)光面積可以減小眩光程度。無極熒光燈屬于面發(fā)光光源,其發(fā)光面積較大,因此,無極熒光燈的眩光較小,光線柔和,不刺眼。金鹵燈發(fā)光點要小一些,因此,金鹵燈比較刺眼。6、抗電壓波動的差別無極熒光燈使用的高頻感應(yīng)電路驅(qū)動,屬于恒功率輸出,光源的功率不受外界電壓的波動而波動,穩(wěn)定性好。金鹵燈燈泡功率隨外界電壓的波動而波動,功率增加很快,對燈泡的壽命影響很大。7、抗震性能的差別無極熒光燈采用的玻璃殼非常薄,抗震性能較差。金鹵燈采用石

15、英玻璃或耐熱玻璃制成,厚度也要比無極熒光燈大一些,因此,金鹵燈的抗震性能要強于無極熒光燈。四、LED與無極熒光燈1、發(fā)光效率的差別LED的發(fā)光效率為100lm/W,無極熒光燈的發(fā)光效率為60-80lm/W,LED的發(fā)光效率高于無極熒光燈的發(fā)光效率。2、燈具效率的差別無極熒光燈一般作為泛光燈具使用,其燈具效率在55%左右,而LED相當(dāng)于點光源且光線全部朝前面發(fā)射,方向性好,非常容易實現(xiàn)精確配光,LED燈具采用透鏡配光的燈具效率可以達到85%左右,遠高于無極熒光燈燈具。28W LED泛光燈具可以達到并超過40W無極熒光燈的效果,其原因如下:28W LED泛光燈具發(fā)出的總光通量為:28(功率

16、5;100(發(fā)光效率×85%(燈具效率=2380 lm40W無極熒光燈管燈具發(fā)出的總光通量為:40(功率×80(發(fā)光效率×55%(燈具效率=1760 lm由此可見,28W LED泛光燈具發(fā)出的總光通量大于40W熒光燈管燈具發(fā)出的總光通量,因此,其照明效果也能相當(dāng)于甚至優(yōu)于40W熒光燈管燈具。3、配光方式的差別無極熒光燈管的發(fā)光面積遠遠大于LED光源的發(fā)光面積,也就是說無極熒光燈遠遠不能看作點光源而用反射器進行標(biāo)準(zhǔn)配光設(shè)計,其配光效率也是比較低的。4、抗震性能的差別LED光源屬于半導(dǎo)體發(fā)光的冷光源,其發(fā)光部分為半導(dǎo)體固體芯片,并采用透明硅膠進行全密性封裝,是一種全固

17、態(tài)光源,因此, LED光源的抗震性能遠遠優(yōu)于無極熒光燈的抗震性能,可以用于工礦企業(yè)具有強振動、持續(xù)振動的場所,而無極熒光燈在強振動、持續(xù)振動場所使用時玻璃殼比較容易破裂。5、平均壽命LED的平均使用壽命在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計和散熱設(shè)計良好,能充分保證其散熱要求的情況下可以達到50000小時左右,與無極熒光燈的壽命相當(dāng)。五、LED與金鹵燈相比1、發(fā)光效率的差別LED的發(fā)光效率為100lm/W,金鹵燈的發(fā)光效率為70-80lm/W,LED的發(fā)光效率高于金鹵燈的發(fā)光效率。2、燈具效率的差別金鹵燈作為泛光燈具使用時,其燈具效率在55%-65%左右,作為投光燈使用時,其燈具效率在50-55%左右,而LED相當(dāng)于

18、點光源且光線全部朝前面發(fā)射,方向性好,非常容易實現(xiàn)精確配光,LED燈具采用透鏡配光的燈具效率可以達到85%左右,遠高于金鹵燈燈具。56W LED燈具為什么能相當(dāng)于150W金鹵燈燈具的效果?56W LED燈具發(fā)出的總光通量為:56×100×85%=4760 lm150W金鹵燈燈具發(fā)出的總光通量為:150×70×50%=5250 lm由此可見,150W金鹵燈燈具發(fā)出的總光通量略高于56W LED燈具發(fā)出的總光通量,但是56W LED燈具的功率遠小于150W金鹵燈燈具的功率,節(jié)能效果非常明顯。3、配光方式的差別金鹵燈的發(fā)光面積遠遠大于LED光源的發(fā)光面積,也就是說金鹵燈遠遠不能看作點光源而用反射器進行標(biāo)準(zhǔn)配光設(shè)計,其配光效率也是比較低的。4、抗震動性能的差別LED光源屬于半導(dǎo)體發(fā)光的冷光源,其發(fā)光部分為半導(dǎo)體固體芯片,并采用透明硅膠進行全密性封裝,是一種全固態(tài)光源,因此,LED光源的抗震性能遠遠優(yōu)于無極熒光燈的抗震性能,可以用于工礦企業(yè)具有強振動、持續(xù)振動的場所,而無極熒光燈在強振動、持續(xù)振動場所使用時玻璃殼比較容易破裂。5、抗電壓波動的差別LED燈具使用開關(guān)電源進行恒壓、恒流驅(qū)動,屬于恒功率輸出,光源的功率不受外界電壓的波動而波動,穩(wěn)定性好。金鹵燈燈泡功率