LED在大学教室照明应用及节能效益分析

吉林建筑大学电气与电子信息工程学院光电器件及其应用课程设计报告设计题目：LED在大学教室照明应用及节能效益分析专业班级：信科121学生姓名：学号：100312114指导教师：设计时间：2015.06.29－2015.07.03教师评语：成绩评阅教师日期2目录第一章前言...............................................................................................................................31.1发展现状.....................................................................................................................31.2问题分析.....................................................................................................................31.3LED灯与传统光源比较..............................................................................................41.4政策环境...................................................................................................................5第二章LED节能灯发光原理....................................................................................................62.1节能灯的工作原理.....................................................................................................62.2节能灯原理...............................................................................................................62.3LED发光原理............................................................................................................72.4LED节能灯发光原理................................................................................................7第三张章教学楼照度分析及用电对比...................................................................................83.1调查问卷...................................................................................................................83.2照度分析...................................................................................................................93.3灯具和教学楼信息.............................................................................................93.4灯具经济对比...........................................................................................................103.5雷士LED灯具优势...................................................................................................11第四张章LED节能照明灯的分析和计算..............................................................................124.1灯具特点...................................................................................................................124.2技术参数...................................................................................................................124.3雷士LED时光灯与传统日光灯经济对比...............................................................134.4两栋教学楼费用计算..............................................................................................14第五张章总结.........................................................................................................................153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4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5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