LED照明灯具与高压钠灯照明灯具的比较
LED光源作为一种绿色光源进入人们视野的时间并不短暂,小功率LED光源由于其高亮度、低能耗的优势已广泛应用于家庭照明、景观照明等领域;大功率的LED路灯、投光灯由于其日臻成熟的产品开始渐渐引起各方面的关注。
据了解目前港区内绝大多数道路的路灯、以及工厂的投光灯、高杆灯基本采用高压钠灯灯具,仅有少数如远航矿石堆场、联盟国际等新建或改造项目在高杆灯中采用了大功率LED投光灯具。
本次沙龙对大功率LED灯具与高压钠灯就工作原理、技术参数、能效分析、使用寿命、经济性、结构及维修、电能质量等方面做一个综合比较,为港区内新建或改造项目对大功率光源的选择提供一些参考。
1、 关于发光原理的比较
LED灯的发光原理: LED(Light Emitting Diode),发光二极管,是由Ⅲ—Ⅳ族化合物制成,是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片,半导体晶片由三部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子和空穴就会被推向量子阱,在量子阱内电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。基于此发光原理,其通电后响应速度很快,可立即点亮。
高压钠灯的发光原理: 高压钠灯是利用通电后,电弧管两端电极之间产生电弧,由于电弧的高温作用使管内的钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气,阴极发射的电子在向阳极运动过程中,撞击放电物质的原子,使其获得能量产生电离或激发,然后由激发态回复到基态;或由电离态变为激发态,再回到基态无限循环,此时,多余的能量以光辐射的形式释放,便产生了光。基于此发光原理,高压钠灯通电后需要2-3分钟才能完全点亮。 2、光通量、光效分析
查相关产品样本得知400WLED灯具光通量约为45000lm,400W高压钠灯光通量约为48000lm,1000W高压钠灯光通量约为120000lm。但在实际使用中,如远航中部堆场项目业主与设计对高杆灯使用了400WLED灯具代替了传统1000W钠灯灯具,一些LED厂商在宣传产品的时候也介绍说路灯250W钠灯可用100WLED灯替代,达到节能的效果。这种说法是否正确呢,通过查阅产品样本以及其他文献了解到:
从结构上看,LED灯是半空间发光属于面光源,发光面为单一的方向,光通量损失小,光源利用率高,一般可达80%以上;高压钠灯是全空间发光的光源属于点光源,是360度发光,实际上应用到照射方向上的光很少,大约只有30%左右。所以高压钠灯必须通过灯具内的反射罩将非照射方向上的光反射,以实现更高光的利用的目的,由于灯具的设计和成本问题,普通钠灯灯具效率只有40-45%。 400WLED灯具按光源利用率80%考虑,实际光通量则约为36000lm,则该灯具实际光效为90lm/W;1000W高压钠灯按光源利用率40%考虑,实际光通量则约为48000lm,则该灯实际光效为48lm/W。
通过以上分析对比得出的最终光效值,我们可以发现400W LED灯具的光效是1000W高压钠光效的1.9倍。所以LED灯具基本可替代大于两倍同功率的高压钠灯,但查阅其他资料发现,一些高压钠灯企业也在专注于提高自己产品的光源利用率,如哈工大400W钠灯具通过光反射板材质的不同宣称可以达到1000W钠灯的照明效果(已在二、四公司、集装箱、太
平洋有过应用业绩),采用美国科瑞光珠产品的400WLED灯具光效最高可达120lm/w,已在远航矿石堆场使用。因此在日后项目中,应根据设计对技术参数的要求,结合使用环境、投资、维修等因素以及实际使用效果来选择最具性价比的一款。 3、 光色分析
高压钠灯的相关色温(Tcp)为2100K左右,属暖色温,其显色指数(Ra)只有23~25,显色性低;而LED路灯现在使用的色温多大于3500K,属冷色温,较好的产品,其Ra 可达70~80,显色性好。对于人行道、商业步行街、居住小区等道路,LED的显色性优于钠灯,分辨人的状况更清晰,较有优势。
作为机动车行驶的快速道、主干道,偏黄色光的钠灯波长比偏白光LED灯的长,波长越长,光的穿透能力越强,从而能更好的实现照明,对看清前方90~160m左右距离路面状况,效果比白色光略优,特别是对有雾、多尘的空气条件下,钠灯较有优势。 4、 使用寿命分析
比较使用寿命应立足于整灯寿命。高压钠灯包括光源、电器附件(主要是镇流器、触发器)和灯具,钠灯用于路灯、投光灯光源寿命为2万小时,节能型电感镇流器一般寿命会超过10年,灯具也是如此。而LED灯具的使用寿命厂家宣称可长达5万小时,查找资料了解到主要指的是LED芯片寿命很长,但是其也与封装后的温度,散热等诸多因素关系极大,另外还有驱动电路装置的电子元器件寿命问题,如电容器往往只有8000h至10000h。因此LED灯具整体上寿命要优于钠灯,但不排除电子元器件损坏的问题。
另外一点,钠灯在工作状态下,灯具腔体内的温度要超过150度,而LED灯温度是高压钠灯的30%,在非工作状态下因为负压回吸进灯具非常多的灰尘和昆虫,大大影响钠灯的出光效果与寿命。这一点LED灯具要比钠灯稳定许多。 5、经济性分析
以普通1000W高压钠灯与400WLED灯具价格为例,钠灯每套约为2000元;LED灯具每套约为8500元左右。就现状而言,LED灯具明显太贵,价格高达4倍之多。功率差别上节省的电费不足以弥补在使用寿命之内投资的差价。造成价格较高的原因主要是目前国内生产大功率LED灯具的厂商其核心部件芯片均为原装进口产品,以美国科瑞、普瑞等知名度较高的LED企业为主,然而国产大功率LED芯片封装能力不足,水平参差不齐,目前业主一般不会选用国产芯片的LED产品。但是放眼LED发展趋势来看,现在的价格已经比前几年有很大的下浮,降价应该是大势所需。 6、 结构与维修
LED的灯具一般颗粒感都比较明显,且其发光位置比较集中。所以LED需要在均光上面做更好的设计,提高眼睛的舒适度。再有就是很多产品都会做LED调光设计,以节约能源。目前,大部分厂商设计生产的LED路灯自重极重,往往都超过10公斤。这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷,降低了其抗风能力。但另一方面, LED属于冷光源,抗震性好,运输便捷。
钠灯的维护性能更好,灯具只要擦洗,不必更换,镇流器很少更换,光源2-3年更换一次,也很方便。而LED灯具涉及导热管、散热器、电源装置等,发生元器件、组件损坏的可能性较大,维修更换也有困难,很可能要整体更换灯具,费用较高,还有待今后解决。LED路灯标准多为行业及地方标准,国家标准尚不完善,对招标、订购,对使用、维护都不利。 7、 节能与环保
LED灯高效节能,超低功耗。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10,节能灯的1/4,高压钠灯的一半。并且LED灯的光源不含有害金属汞。高压钠灯光源中含金属汞、金属钠(通电后变成汞蒸气和钠蒸气),寿命短(相对于LED来讲),后续废品处理对环境污染大。 8、 电能质量分析
通过沙龙交流,评委建议补充LED灯具在谐波及功率因数方面与钠灯对比的数据。通过查阅文献了解对用电设备谐波进行分析与评估确实十分必要,根据最新电能质量国标,对
产品 电压V 电流A 功率W 功率因数 2次% 3次% 5次% 7次% THD% 404.7 287.8 141.9 0.843 0.443 0.999 0.1 0.13 0.7 9.4 17.5 2.8 6.7 3.4 1.9 6.4 5 0.5 22.7 14.1 4.1 钠灯(带电容补偿) 218.5 2.214 钠灯(无电容补偿) 216.8 3.019 LED灯 221.5 0.643 400W钠灯以及135W LED灯的电能质量通过分析仪测量结果如下:
取最具代表性的2,3,5,7次谐波以及总的畸变率进行分析对比,根据GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》可以看出钠灯的总畸变率大于国标规定5%限制,而LED灯小于5%,符合国家标准。因此LED灯在电能质量方面要优于钠灯。
总结:随着时代的发展、科技的进步,大功率LED照明的前景广阔。LED灯最大的优势在于节能环保、寿命长,其他不足的地方需要不断的去完善与改进。
目前,在投资允许的情况下LED照明可以很好地应用于堆场、码头等生产作业区;若将LED照明推广到路灯的使用中,考虑到投资、光透性、维修保养等方面,此做法仍需谨慎。我认为从推广路灯使用上可从小功率LED路灯应用于支路、厂区道路照明开始,再发展到干道,大功率路灯,逐步推进。不论用什么光源、灯具,都应符合《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)中对亮度、照度、均匀度及其他质量指标的要求。
我们在选择LED产品时不能轻信厂家的宣传,应结合实际使用效果,坚持实事求是,坚持照明质量、照度水平,坚持技术与经济结合,适用与节能环保结合的原则。不轻言“取代”什么光源,应该经过几年或若干年努力,不断完善自身,以求在道路照明中成为一种优质、高效的新型光源、灯具,供用户选择。让用户说话,让使用效果去评价。
LED照明灯具与高压钠灯照明灯具的比较
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)
![](/skin/haowen/images/icon_star.png)