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              當前LED在城市夜景照明應用中存在的主要問題

              2019-12-27

               1. 對LED的工作原理不了解


              LED是一種直接將電能轉換成光能的固體元件,又稱發光二極管,其基本結構是半導體的基礎單元PN結,PN結是攜帶電子的N層和攜帶空穴的P層兩種半導體材料之間的過渡層。南寧城市夜景照明工程,在PN結上加正向電壓時,電流從P層(空穴層)流向N層(電子層),而電子是從電子層注入到空穴層,電子與空穴復合后產生了光。根據能量守恒定律每一次結合輻射一個光子,其能量為hv=Eg,可見光光子的能量范圍為Eg=1.9ev(紅色)至Es=3.0ev(紫色)。一般而言LED材料的內部量子效率為10%-15%,其損失來自晶體缺陷與錯位等材料缺點。LED晶片中的光子輻射僅是制造使用LED的di一步,PN結發出的光射向各個方向,光子射向晶片表面時,大部分光子從界面內側反射回晶片,僅1.5%-2.0%左右的光子可能逸出上表面。一個晶片共5個對外表面(上面和四個側面),因此逸出的光子總計為7.5%-10%,其余90%以上的光子在晶片中被吸收掉,這是晶片在空氣中的情況。


              南寧城市夜景照明工程


              把晶片嵌在折射率為1.5的環氧樹酯中,光子逸出率將提高至20%-25%左右。發光效率低的原因是內部光子吸收,大部分光子不能逸出晶片表面而被折射回去,zui終在內部被吸收掉,比較有效的晶片設計是形狀為倒置的切去頂部的金子塔形晶片(晶片表面彼此處于非垂直狀態)放在環氧樹脂中制成的LED,外部量子效率已達到55%,還可更高。


              發光效率是光源的重要指標,白熾燈和鹵鎢燈發光效率為12-24lm/W,平均數15lm/W.高效率熒光燈和HID燈發光效率為50-120lm/W,平均約為75lm/W.這些光源的缺點是僅把一小部分電能轉變成可見光。LED從理論上講其轉換效率可達99%.經過幾十年的研究,LED效率提高很快。在半導體材料中,采用不同的元素摻雜,可以制造出不同的LED,其發光的不同波長會引起人眼的不同感覺。按人眼的判色習慣,LED可分為:紫光(波長為400-430nm),藍光(波長為430-470nm),藍綠光(波長為470-500nm),綠光(波長為500-530nm)黃綠光(波長為530-560nm),黃光(波長為560-590nm),橙色光(波長為590-620nm)紅光(波長為620-780nm)“.由于有色LED的光譜窄,能量集中,發光效率高,光色純正等優點,被廣泛用于城市景觀照明中。


              2.業主與管理部門在認識上存在誤區


              LED光源高效節能與長壽命等優點被廣泛宣傳,這使人們產生一些誤解,認為LED可以解決夜景照明中的所有問題了。據有關資料,到目前為此,小功率LED器件本身發光效率約為80-100lm/W.大功率高亮度LED器件本身發光效率目前約為50-70lm/W.(lm/W意味著僅把12%左右的電能轉變為光,預計2012年可達150lm/W,2020年可達200lm/W)。LED單燈功率小,光效低,其驅動電路的功率損耗約占LED器件總功率的20%以上(其它氣體放電燈用鎮流器功率損耗約占燈功率10%左右),由于單個LED光源體積太小,光通輸出量太少,對于夜景照明來說,往往需要成百上千,甚至上萬顆LED光源組合才能代替常用照明光源,這就帶來LED組合光源與LED燈具的匹配等問題。由于LED光源光束發射角小,光源方向性強也造成不是任何場合都適用LED作夜景照明。在使用壽命上,LED器件本身的理論壽命可達10萬小時,但在實際應用中影響LED壽命的因素太多太復雜,除LED器件本身的材料、制造工藝、技術外,LED顆粒的組合、燈具的設計、控制驅動電路性能、配套元器件、散熱、防水防塵、防紫外線及防高低溫變化等眾多因素和條件都影響著LED作為夜景照明光源的使用壽命。以理論壽命作為工程應用壽命的宣傳,只能損害LED的發展。特別當一些使用業主和政府夜景建設管理部門被不當宣傳誤導對LED的期望值過高,而工程應用中又出現一些問題后,對LED產生的不信任感影響了LED在夜景照明中的應用。


              3.城市夜景照明設計方法不當影響了LED的使用


              在城市夜景照明中應用LED已較為普遍。由于一些照明設計者對LED的性能不完全了解,在夜景照明設計中不根據被照對象、載體特征、功能及具體環境而大量使用LED,造成有的城市依靠LED進行夜景照明,出現夜景塑造手法單一的現象,沒有達到城市夜景應有的美感。有的在政府行政辦公樓玻璃幕墻上采用矩陣滿布方法,變幻各種圖案,追光閃動的形態動感和艷麗的色彩,被誤以為是夜總會;有的在醫院大樓、寫字樓、住宅樓及小區用LED線狀、點狀光追光閃動,五彩繽紛變化多樣;有的在重要建筑山墻、頂部用LED另加附一些構造型組成圖案,白天破壞建筑風貌,晚上改變建筑形態;還有一些在學府區、靜溢區到處設置光色變化的LED,光怪陸離,造成嚴重的色光污染;有的在背景亮度很低的環境中使用眾多高亮度LED造成對比反差太大的眩光:有的在交通信號燈附近使用色光變化的LED,造成駕駛員及行人的交通信號錯覺等等。這些不正確的設計,影響了LED在城市夜景照明領域的發展。


              4.城市夜景照明用LED產品質量良莠不齊


              在檢查中發現有相當部分夜景照明用LED存在嚴重質量問題。主要有如LED本身的材料、生產工藝等質量問題;有單顆LED組成多顆至數百顆形成燈具后的如防水、散熱等一系列問題;有驅動電路性能品質等問題;有控制系統問題等等。這些問題影響了LED在夜景照明中的使用效果和質量,對LED在夜景照明中的應用產生了不良影響。


              5.夜景照明運用LED在建設、監管與維護管理方面存在問題


              LED作為一種新光源運用在夜景照明中是一件非常好的事情。但LED有其自身的特點,由于相當一部分城市夜景建設管理者不了解這個問題,加上一些廠家、媒體不當的宣傳,人們一度認為LED能解決夜景照明所有問題,如夜景照明耗能是一大難題;夜景多是室外,有各種極端氣候問題;有高層超高層建筑夜景燈具更換難問題;有雨水、防塵等一系列有關燈壽命的問題:城市夜景需要彩色、閃動變化光等問題。LED節能、長壽命、光色豐富變化多樣,似乎LED正符合解決這些夜景照明的所有難題。因此,有一段時間,部分城市在夜景建設方面,只要有運用LED的夜景照明方案,管理部門都會認為是科技含量高的優良方案會獲得通過。在實施夜景過程中從購買LED產品到施工,進而在工程完工后運行中缺乏有效的LED質量審查、工程監督和運行維護這一系列管理機制。


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