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科技小論文：地鐵LED照明系統(tǒng)設(shè)計及節(jié)能分析
經(jīng)數(shù)十年技術(shù)改良，LED有著諸多特點:首先其發(fā)光效率高，同等照明效果下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，一般熒光燈管的二分之一。下面是小編收集整理的科技小論文：地鐵LED照明系統(tǒng)設(shè)計及節(jié)能分析，希望對您有所幫助！
[摘要]隨著當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，照明系統(tǒng)中LED節(jié)能燈逐漸代替了普通用的白熾燈，LED等在我們生活中有著廣泛的應(yīng)用，地鐵照明系統(tǒng)中也采用了LED燈進(jìn)行照明，本文就地鐵LED照明系統(tǒng)設(shè)計及節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析。
[關(guān)鍵詞]地鐵；LED；照明系統(tǒng)；設(shè)計；節(jié)能分析
一、前言
在地鐵照明系統(tǒng)中目前普遍使用的是LED照明，在LED系統(tǒng)設(shè)計的過程中要考慮節(jié)能設(shè)計，減少能源的浪費。根據(jù)地鐵使用的條件選擇合適的照明設(shè)備。
二、LED介紹
發(fā)光二極管LED(lighte呱t噸diode)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的固態(tài)的半導(dǎo)體器件,具有體積小、耗電量低、使用壽命長、亮度高、熱量低、環(huán)保、耐用等優(yōu)良的特點。第一枚LED于20世紀(jì)60年代初期誕生于美國,顏色為紅色。隨著半導(dǎo)體材料、工藝、制造、封裝等一系列技術(shù)的發(fā)展,作為第四代光源的LED已從光色、功率及亮度方面有了開創(chuàng)性的進(jìn)展,目前LED己有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白等各種光色,類型不僅有高亮度、低功率、中功率的,還再向高功率型轉(zhuǎn)變。單個LED芯片功率也越來越豐富,從0.03W至IW都漸漸俱全。相較其他照明方式,發(fā)光效率提高了很多,白熾燈、鹵鎢燈可見光效率為12一24耐W,熒光燈可見光效率為30一701而W,鈉燈可見光效率為90一1401耐W,至2012為止,LEn的發(fā)光效率從0.llln/w已發(fā)展到208lm/w。
三、LED節(jié)能燈具的主要分類
目前，供人們生產(chǎn)、生活所使用的燈具種類很多，一般可以分為稀土三基色緊湊型、熒光節(jié)能型以及日光型等。其中稀土三基色緊湊型熒光節(jié)能型是我們?nèi)粘Ｉ钪�，室�?nèi)使用的主要燈具。三基色熒光節(jié)能燈按照燈管的外形進(jìn)行分類，一般使用英文表示為H、2H形、U、2U、3U形、2D形、O形、T形和螺旋形等。燈具的設(shè)計成不同的形狀，主要是為了滿足不同的裝配。而其中技術(shù)最先進(jìn)最環(huán)保的要數(shù)LED型節(jié)能燈，LED節(jié)能燈具發(fā)光的角度大，多用于室內(nèi)。從功率角度出發(fā)，LED節(jié)能燈具可以分為：大功率和小功率兩種類型，大功率主要是指單顆光源功耗1W及其以上，現(xiàn)有的大功率LED節(jié)能燈具的常用型號有1W、3W、5W。與之相對應(yīng)的小功率是指單科光源功率在1W以下，電流量也較小，只有幾十毫安。小功率的LED節(jié)能燈在很早的時候開始使用，但是質(zhì)量和壽命無法保證。而大功率的LED節(jié)能等是最近三年才逐年使用的，比小功率LED燈具，壽命長、效率高。
四、LED燈設(shè)計
大功率LED照明燈具成像光學(xué)在成像光學(xué)設(shè)計中，光學(xué)系統(tǒng)是作為主要的成像工具，主要通過幾何光線的概念來研究光線傳播的規(guī)律，對于光線傳播中能量的傳遞產(chǎn)生的變化缺乏相應(yīng)的研究，然而非成像光學(xué)則與成像光學(xué)是不同的，其從物理學(xué)的角度認(rèn)為，光線在傳播的過程之中攜帶著相應(yīng)的輻射能，那么光線傳播的方向也就是所對應(yīng)的輻射能的傳播方向。因此，當(dāng)從研究能量變化的角度出發(fā)，光學(xué)系統(tǒng)本身也是傳遞對應(yīng)的輻射能量的介質(zhì)，光線的傳播過程本身也就是是對應(yīng)的能量的傳輸過程，非成像光學(xué)理論主要從這種能量傳播的規(guī)律的角度對整個光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究。非成像光學(xué)理論應(yīng)用的主要目的是研究整個照明系統(tǒng)，但是這個照明系統(tǒng)本身是對光線傳播過程中的光能的傳遞起到一種控制作用，而不是類似于成像光學(xué)理論中起到成像的作用，但是成像問題并不能被排除在非成像設(shè)計之外，非成像光學(xué)理論是主要是為了解決兩大類問題而產(chǎn)生的，一類是如何使所傳遞的能量最大化，另一類是如何在目標(biāo)平面上得到符合照明要求的照度分布，此兩個問題在通用照明領(lǐng)域通常被稱作集光和照明。聚光器通�？梢苑譃閮深�，一類稱為三維聚光器，另一類是二維聚光器，二維聚光器又可稱為線性聚光器，線性聚光器的匯聚比通常用橫斷面上的輸入與輸出尺寸的比值表示。對于二維聚光器和三維聚光器(具有軸對稱特性)來說，可以求得c的最大值，假設(shè)輸入和輸出媒介都有相同的折射率，當(dāng)圓形光源在無窮遠(yuǎn)處以iθ的發(fā)散角發(fā)射光線。當(dāng)通過光學(xué)系統(tǒng)的時候，匯聚比的最大值maxC達(dá)到21/siniθ，當(dāng)出射光的角度和出射面匯聚成像二次配光。光學(xué)擴(kuò)展量具有一定的物理意義：光學(xué)擴(kuò)展量可以用來評價光學(xué)元件對于整個光學(xué)系統(tǒng)的能量利用率的影響，也可以用來描述光束本身的特性，對于具體的光學(xué)元件而言，光學(xué)擴(kuò)展量則代表了光學(xué)元件對于光束的收束能力，利用光學(xué)擴(kuò)展量的概念，
五、LED燈特點
經(jīng)數(shù)十年技術(shù)改良，LED有著諸多特點:首先其發(fā)光效率高，同等照明效果下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，一般熒光燈管的二分之一。一個LED燈在理想情況下可以使用50年，而且沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，非正常報廢率很小。在LED的壽命期內(nèi)，LED一般都能穩(wěn)定地工作，維護(hù)工作量較小，有較好的電氣安全性能。LED具備瞬時啟動、無頻閃、光色純、無重影的特點，在使用時不會對人眼產(chǎn)生傷害，而且LED顯色性能良好，耐震、耐沖擊性能都超過了目前所有其它類型的電光源產(chǎn)品。此外，LED產(chǎn)品燈體內(nèi)不含汞等對人體有害物質(zhì)及各類有害惰性氣體如納、鹵族元素等，使用時不會有碳排放、光源沒有紫外線輻射，是真正意義上的綠色環(huán)保產(chǎn)品。未來應(yīng)用于軌道交通照明的LED照明產(chǎn)品形式將多種多樣。王鋼認(rèn)為，目前車廂內(nèi)照明以日光燈管為主，今后可能會使用一些LED室內(nèi)照明產(chǎn)品替代，車廂外用燈可能會出現(xiàn)LED筒燈等形式。LED在地鐵照明氛圍營造方面會發(fā)揮很大作用，新產(chǎn)品會出現(xiàn)，但總體會與LED的模組化、個性化等大方向一致�！皯�(yīng)用于軌道交通的LED燈具，特別是車廂內(nèi)照明燈具將向一體化集成光源模組方向發(fā)展，這種一體化集成光源模組是多芯片集成光源與具有擴(kuò)散、配光功能的光學(xué)薄膜一體化封裝的光源形態(tài)，用這種光源順次排列，形成無縫連接的條狀光源，可從封裝層面解決光源亮度均勻性問題。”
六、LED節(jié)能燈元器件的選擇
1、LED節(jié)能燈一般選用高亮度白光二極管，電壓保持在3.0-3.6之間。圖1以40顆LED節(jié)能燈為了，每盞燈的電壓數(shù)為3V，總電壓數(shù)為120V。
2、R1為電源進(jìn)線中的一個300Ω/2W-5W的串聯(lián)電阻，可以有效減少電路短路故障，避免故障擴(kuò)大化，還可以便于測量電壓計算電路消耗功率。
3、C1為整個LED燈運作帶去電容降壓，利用電容在交流信號的一定頻率下產(chǎn)生的容抗來限制LED等的最大工作電流，如在50Hz的工頻下，11uF電容產(chǎn)生的容抗大約為3180Ω，當(dāng)220V的電壓在電容器兩端進(jìn)行流通，其最大電流可產(chǎn)生至70mA，盡管有電流通過，但在電容器上不會進(jìn)行消耗，電容達(dá)到理想度，其流動電流為虛部電流，所做功則為無功功率。
4、R3為限流電阻，一般在5K左右，防止電路電壓和溫度升高，限制LED電流。C2為濾波電容，能夠?qū)腃1通過的充電電流產(chǎn)生緩沖作用，減少電流對LED電路的損耗，要采用耐壓250V以上的電容。C2是濾波電容，開燈的瞬間因為C1的存在會有一個很大的充電電流，該電流將會對LED產(chǎn)生損傷,有了C2的介入，開燈的充電電流完全被C2吸收起到了開燈防沖擊保護(hù)，濾波電容要用耐壓250v以上。
七、LED照明技術(shù)在地鐵照明系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)勢
1、壽命長
常用的鹵素?zé)簟ID燈使用壽命在2000小時或3000小時左右，但是LED的使用壽命則可以達(dá)到100000小時以上，并且采用LED光源的燈具的使用壽命可達(dá)20000小時以上，減少了地鐵更換燈具的次數(shù)，提高效率。在地鐵長期使用中，在環(huán)境惡劣的情況下，照樣可以正常工作，不易損壞，因此LED使用壽命較長。
2、安全、可靠性
鹵素?zé)衾锩婧袩艚z，在高強(qiáng)度震動的情況下特別容易發(fā)生損壞，而LED燈內(nèi)沒有易損、易爆的部件，因此LED燈的抗震強(qiáng)度性能很好，比較有安全、可靠性。
3、高效、節(jié)能環(huán)保
航行燈常用的鹵素?zé)舭l(fā)光的效率是20~33lm/w，滑行燈、著陸燈譜表采用的HID燈發(fā)光的效率是80~100lm/w.而白光的LED燈發(fā)光效率則已經(jīng)達(dá)到了120lm/w以上，節(jié)省了20%的電能。
4、光學(xué)設(shè)計的先進(jìn)性
地鐵照明系統(tǒng)對光的分布要求非常高，大面積的光源，光的利用率就很低。而LED采用了先進(jìn)的光學(xué)設(shè)計，發(fā)光面積很小，是一種高性能的照明燈具。
5、可調(diào)顏色，顯色性極好
熒光粉可以改變發(fā)光光譜，通過調(diào)整熒光粉的成分，因此白色的LED顯色性很好，并且還可以調(diào)換不同色度的LED來適應(yīng)各種場合的不同需求。
6、響應(yīng)速度快
LED光源的燈具響應(yīng)速度非常快，響應(yīng)時間可以在納秒量級，還可以對亮度進(jìn)行方便控制，在地鐵的照明系統(tǒng)中，比如頻閃燈、防撞燈這些都需要閃光的頻率一定要快。
八、結(jié)束語
由于LED燈具有長壽命、高效、節(jié)能等特點在地鐵照明系統(tǒng)中被廣泛的采用，但是，在設(shè)計安裝的過程中要綜合考慮地鐵的運行情況，保證地鐵運行的安全。
參考文獻(xiàn)
[1]王希娟.LED照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化,2010
[2]謝艷生.基于TCP/IP&DMX512協(xié)議的LED裝飾照明系統(tǒng)[J].照明工程學(xué)報,2012
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