大型包裝倉庫LED照明系統(tǒng)設計

黃冉+黨傳坤

摘 要：照明能耗在企業(yè)能耗中占有很大的比例。隨著LED光源的快速發(fā)展，越來越多的企業(yè)要求照明燈具選用LED光源，以實現(xiàn)降本增效。簡要論述了LED燈具的特點，針對大型倉庫照明燈具系統(tǒng)設計的特點和要求，結合工程實例設計大型包裝倉庫的LED燈具，并與傳統(tǒng)燈具進行能耗比較，提出了LED燈具選擇要點。

關鍵詞：LED照明；能耗比較；LPD；平均照度

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.125

隨著綠色環(huán)保、高效節(jié)能的技術和產品的迅速發(fā)展，“綠色照明”的概念也受到了人們的高度重視，并被積極推廣。LED光源的快速發(fā)展，使得越來越多的企業(yè)要求照明燈具選用LED光源，以實現(xiàn)降本增效。本文以實際工程案例為依托，結合國家現(xiàn)行的相關規(guī)范標準，簡要介紹了大型倉庫LED 照明的設計特點、設計內容，并與傳統(tǒng)燈具進行了能耗比較。

1 LED照明系統(tǒng)的特點

LED是英文“l(fā)ight emitting diode”（發(fā)光二極管）的縮寫，它是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)半導體器件。LED燈具能夠替換傳統(tǒng)燈具實現(xiàn)節(jié)能的主要原因是它的高光效。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具具有以下優(yōu)點：①長壽命。LED光源壽命長達50 000 h，是普通燈具壽命的2～5倍，可縮短燈具的維護保養(yǎng)周期。②低功耗。LED燈具將電能全部轉換為光能，不會造成能源的浪費。對于傳統(tǒng)光源，由于加入鎮(zhèn)流器等元器件，會產生一部分損耗，降低光源功效。因此，LED燈具相比傳統(tǒng)燈具，它的光效遠遠超出常規(guī)燈具。③發(fā)光效率高。發(fā)光效率就是光通量與電功率之比。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個重要指標。LED燈的發(fā)光效率大于100 lm/W。④綠色環(huán)保。LED燈具不含紫外線和紅外線，燈體內部不含汞蒸汽，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，廢棄物可回收利用，無污染。⑤高視覺舒適度。純直流工作，無頻閃，不易引起視覺疲勞，色溫可調，提高視覺舒適度。⑥防潮、抗震能力強。LED燈具外部多采用環(huán)氧樹脂來保護，密封性能和抗沖擊性能強。⑦多色彩，外形尺寸靈活。LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下，使3種顏色具有256 級灰度并任意混合，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果和各種圖像。LED照明可以根據(jù)需要獲得潔凈室所需要的各種色光，滿足特殊場所對照明色光的要求。⑧冷光源，LED燈具相較于傳統(tǒng)熱輻射光源和氣體放電燈而言，屬于冷光源，不會向周圍環(huán)境釋放大量熱輻射，在直接觸摸光源時，也不會有被灼傷的危險，屬于典型的綠色照明光源。

綜上所述，LED照明燈具的優(yōu)點使其具有較大的應用范圍和發(fā)展空間。隨著LED技術的進步，性價比的提高，并總結實際應用經(jīng)驗，LED照明燈具將會取代傳統(tǒng)照明燈具。

以100 WLED光源和150 W金鹵燈為例，燈具各技術參數(shù)比較情況如表1所示。

2 成品包裝倉庫照明設計

2.1 成品包裝倉庫照明要求

成品包裝倉庫的照明要求有以下3點：①大型包裝倉庫電源一般取自工段內變配電所或附近工段的變配電所，照明供電距離遠，因此，照明光源宜采用低功耗高效能燈具，便于節(jié)能。②倉庫空間高，一般選擇高天棚燈，吊裝或者吸頂安裝。結合生產要求和相關專業(yè)劃分的碼垛區(qū)域、疏散通道，根據(jù)防火分區(qū)設置照明配電箱，均勻布置燈具，使得光線比較均勻地照射需要照明的區(qū)域。③依據(jù)GB 50034—2013《建筑照明設計標準》，一般件倉庫平均照度要求100 lx，最大允許照明功率密度值（W/m2）現(xiàn)行值為4，目標值為3.5，顯色指數(shù)Ra為60.

2.2 照明設計中所需計算參數(shù)

2.2.1 照明功率密度LPD

照明功率密度LPD是指單位被照面積上的照明安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器），單位為W/m2。

2.2.2 利用系數(shù)

工作面上（規(guī)定的參考平面）接受的光通量與光源發(fā)射的額定光通量之比。

2.2.3 維護系數(shù)

照明設備使用一定周期后，在工作面上產生的平均照度與該裝置在相同條件下新安裝時產生的平均照度之比。

2.2.4 照度E

表面上一點的照度等于入射到包含該點的面元上的光通量與面元的面積之商，其公式為：

照度E的單位為lx。

2.2.5 室形指數(shù)

室形指數(shù)RI是表示房間幾何形狀的數(shù)值，計算公式為：

式（1）中：L為房間長；W為房間寬；h為燈具在工作面以上的高度。

3 實例介紹

下面結合工程實例，以某石化項目大型成品包裝倉庫為例選擇燈具。

3.1 包裝倉庫的基本情況

該成品包裝倉庫用于25 kg袋裝聚乙烯粒料的包裝和存儲。室內部分劃為5個相同的防火分區(qū)，防火分區(qū)間用防火墻和防火卷簾門隔開。建筑結構為輕鋼型結構，耐火等級為2級，倉庫為丙類倉庫，2個人字形結構，最高處凈高7.6 m，最低處凈高6.5 m，每個防火分區(qū)長寬均約間隔7.5 m設鋼立柱。包裝倉庫內景如圖1所示。

3.2 照明設計內容

根據(jù)包裝倉庫碼垛位置、光分布要求和照度要求，確定燈具安裝位置。每個防火分區(qū)長60 m，寬104 m，縱向2個人字形結構，最高處凈高7.6 m，最低處凈高6.5 m，長寬各7.5 m跨設鋼立柱，屋面間隔1.5 m設檁條，間隔設置4個采光窗。根據(jù)倉庫碼垛位置，燈具均勻布置的原則，擬在每跨中心處設置一盞高天棚燈，吊裝固定在檁條上，高度距地6 m。

在設計照明時，需進行光通計算，以確定燈具的數(shù)量和功率。光源的發(fā)光效率簡稱“光效”，是指從光源中射出的光通量與光源所消耗的電功率之比。由此可見，電流越大，光通量越大，但隨著電流的增大，光源熱損耗也增加，光效降低。

光通量是指按照國際標準規(guī)定的標準人眼視覺特性評價的輻射通量的導出量，也就是說，單位時間光源向空間發(fā)出的使人產生光感覺的能量，是衡量光源發(fā)光多少的一個指標。由表1所列的技術參數(shù)可知：100 W的LED燈的光通量=光效×功率=100×100=10 000 lm。150 W的金鹵燈的光通量=光效×功率=65×150=9 750 lm。

通過計算比較可知，100 W的LED燈的光通量優(yōu)勢明顯。發(fā)光效率越高，表明照明燈具將電能轉化為光能的能力越強，達到相同的照度要求，光效越大，越節(jié)能；相同功率的光源，光效越高，照明亮度越大。

在設計照明時，可以用平均照度法來確定所用燈具。

平均照度計算公式為：

式（3）中：Eav為被照面上水平照度，lx；N為燈具數(shù)量；Φ為光源光通量，lm；U為利用系數(shù)，取0.8；K為燈具維護系數(shù)，倉庫一般取0.7；A為被照面的面積，防火分區(qū)面積為6 240 m2。

100 W的LED燈在倉庫被照面上的平均照度為：

Eav=10 000×0.8×0.7×120/6 240=108 lx。

150 W金鹵燈在倉庫被照面上的平均照度為：

Eav=9 750×0.8×0.7×120/6 240=105 lx。

功率密度值計算公式為：

式（4）中：LPD??為照明功率密度，W/m2；P為燈具總功率，包含鎮(zhèn)流器功率，W；A為被照面的面積，防火分區(qū)的總面積為6 240 m2。

100 W的LED燈的功率密度值為：

LPD=120×100/6 240=1.92 W/m2。

150 W的金鹵燈功率密度值為：LPD=120×150×1.1/6 240=2.88 W/m2。

由此可以看出，LED功率密度值相比金鹵燈降低33.3%.

經(jīng)過計算可知，100 W的LED燈和150 W的金鹵燈在防火分區(qū)內，平均照度在標準值±10%以內，功率密度值低于現(xiàn)行值，滿足規(guī)范要求。

3.3 能耗比較

該倉庫共5個相同的防火分區(qū)，倉庫各參數(shù)計算公式為：

倉庫總功率P=燈具功率×燈具數(shù)量；

年耗電費W=總功率×12 h/d×365 d×1元/kW·h。

將相關參數(shù)代入公式中可得：PLED=100×120×5=60 kW，P金鹵=150×1.1×120×5=99 kW（金鹵燈鎮(zhèn)流器功率為光源功率10%）；WLED=26.28萬元，W金鹵=43.36萬元。

下面，從倉庫總功率、年耗電費和壽命3個方面比較LED燈和金鹵燈的情況，如圖2所示。

綜上所述，LED光源比普通光源照明功率密度低，實際節(jié)電率達39.4%，每年節(jié)省電費17.08萬元，潛在節(jié)能減排效益大，且LED產品壽命周期長，免維護，成本降低，符合環(huán)保要求。

4 LED燈具的選擇要點

目前，市場產品魚龍混雜，在挑選LED產品時，要確保燈具本身的電氣安全性和光源的生物安全性。在選擇LED產品時，應該著重考慮以下問題：①LED芯片、驅動與燈具安全、燈具壽命間的關系；②功率、照度與場所之間的關系；③色溫、透明件與視覺舒適度之間的關系；④光源光譜、藍光泄漏與視覺健康之間的關系；⑤防爆場合、三防場合、普通場合與材質間的關系。

5 結束語

包裝倉庫一般面積大，空間高，照明用電量大，照明設計既要滿足生產工藝的要求，又要保證低能耗、低成本。因此，選用經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能的照明光源很重要。隨著LED光源的逐步推廣和使用，以及相關標準或規(guī)范的建立健全，憑借LED光源的固有優(yōu)點和良好的節(jié)能效果，它將在節(jié)能減排方面發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻

[1]姚家祎.照明設計手冊[M].第二版.北京：中國電力出版社出版，2006.

[2]中國建筑科學研究院.GB 50034—2004 建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

作者簡介：黃冉，工程師，碩士研究生，主要從事電氣設計工作。黨傳坤，工程師，碩士研究生，主要從事配網(wǎng)運檢工作。

〔編輯：白潔〕