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LED高杆燈在港口上的應用

來源:丁先生 發布時間:2016-5-27 9:33:12
  1碼頭傳統高杆燈使用狀況及運行缺陷
 
    (1)現狀:碼頭高杆燈主要用於碼頭集裝箱通道及堆場照明,平均照度一般約為15lx左右的照明,其作用包括提示場內人員或車輛回避躲讓、輔助CCTV安全監控照明等。深圳蛇口集裝箱碼頭目前高杆燈工作照明主要采用高壓鈉燈,燈杆高度45m高,杆距縱向100m,橫向200m~300m,每杆燈具數量12~24盞,功率為1000W/盞。因高杆燈耗電量大,碼頭為能達到即滿足國標對堆場照度要求又節能,采取每杆關掉1/3的燈具的辦法,因關掉1/3的燈具堆場均勻性及照度降低。
 
    (2)運行缺陷
 
    ①功耗大:按照深圳蛇口集裝箱碼頭有限公司做實際計量及測算統計後,目前高杆燈平均每天工作時間為12小時,每年高杆燈照明耗電為(取18盞鈉燈/杆,實際功耗應加上鎮流器用電每套為400W)11萬度,如電費及需量費按每度1元人民幣算,則全年耗電費用為11萬元。
 
    ②燈泡啟動時間長,一般通電時間約為5~10min才能達到正常亮度。
 
    ③色溫及顯色指數低,光效低,工作狀態下光線偏暗。
 
    ④由於高壓鈉燈的結構缺陷,會導致鈉燈燈泡因堆場作業過程中設備震動、台風等惡劣氣候影響而易出現燈絲斷絲或燈口鬆動脫落等現象。
 
    ⑤光衰快、壽命短而導致更換燈泡頻繁,增加了日常人工維護及保養成本。
 
    2LED高杆燈替代傳統高壓鈉燈的可行性
 
    (1)LED光源結構與工藝對震動環境的承受力高LED是發光二極管LightEmittingDiode的英文縮寫,是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層以及中間的由雙導管結構的有源層組成,而這個有源層就是二極管的發光層。LED的發光原理是,外電源向PN結注入電子,在正向偏壓作用下,N區的電子將向正方向擴散,進入有源層,P區的空穴也將向負方向擴散,進入有源層。電子與空穴複合時,將產生自發幅射光。由於LED光源采用的是半導體工藝技術,因此其光源的結合可靠性非常高,目前常用的方法是用合金錫料如AuSn(金錫焊料)、PbSn(鉛錫)、In(銦)等完成,具體方法是將LED芯片置於專用支架上,采用合金材料,經機械手將芯片的電極焊點與支架自動焊接,這一過程也叫封裝,在通過拉力測試後,再對封裝好的LED進行包括焊點的牢固度、色溫區間、電參數一致性等一係列分檢及測試等工作。由此可知LED光源不會出現傳統燈泡斷燈絲的現象,其發光體可靠性較高,受應用環境震動的影響承受力較高。
 
    (2)LED光源與燈具散熱體的焊接連接工藝可產生降低光源與燈具接口脫落機率的效果LED光源相當於傳統燈具的燈泡,LED燈具散熱體有一部分的職能相當於目前傳統燈具燈泡與燈具的連接器。目前,傳統燈泡主要是用插口或螺口兩種方式與燈具連接,遇貨櫃堆場作業設備振動的惡劣天氣而使45M高空產生不規則震動時,燈絲斷絲情況、螺口鬆落現象也很普遍。LED光源與燈具散熱體的連接是靠焊接方式實現的,是將封裝好的LED成品固定在鋁基板上,多以SMT自動貼片機通過回焊爐固焊,且LED光源體積小重量輕,因此大大降低了燈具載體震動時光源與燈具接口脫落的機率。
 
    (3)LED高杆燈介紹
 
    ①散熱結構:采用對通散熱結構,誘發空氣自然流動,實現LED光源的散熱,並可利用納米表麵塗層,提高空氣熱能交換能力,使基礎散熱能力達到2.0W/in2,直接減輕了燈具的重量。
 
    ②燈具避震基礎:核心光源部分有良好的避震措施,即LED光源具有良好的避震特性以及光源與燈具的強避震連接方式使光源部分具有很好的抗震避震性能。
 
    ③燈具避震抗風結構:燈具的機械配合部分采用無間隙結構設計和航空鉚合,殼體采用自然呼吸結構設計減少燈具迎風麵積,配合專業防水防震PV墊,使燈具的一體性加強。
 
    ④防水防塵結構:燈具的材料可采用防鹽霧、抗紫外線、防腐蝕等性能要求,金屬固定材料可采用張力消除技術,使燈具的密封性與出廠時保持一致,不受環境冷熱交替特別高空的惡劣環境影響。
 
    ⑤性能特征:LED燈具因其光源的發光機理決定為直流驅動,因此其發出的光無頻閃、無紅外、紫外光成分,並且可以通過現場模似計算對照射區域進行有效配光,相比高壓鈉燈須通過反射器反射後,才能照射到指定區域的照射方式而言,LED燈有效減少了光汙染,提高了光的有效使用率。實驗結果顯示,相同光通量並經配光的LED燈具,其實際功耗約為高壓鈉燈實際功率的1/3.隨著LED散熱技術的提高,LED燈具已經是安全可觸摸的燈具,光源因無需利用鈉燈的呼吸係統解決散熱,則不存在汞、鈉等有害元素,不會對環境造成汙染,因此LED光源又被稱為“綠色光源”。由於LED燈不會出現觸發器、鎮流器、快速接頭、燈口的損壞等故障問題,因此設備照明的回路電源跳閘等經常影響高杆燈工作的現象將不會出現,這就減少了員工高空作業的頻率,並且在降低了維修部門的維護成本的同時,又可減少維修人員的安全事故機率。
 
    3LED高杆燈與高壓鈉燈的比較
 
    (1)傳統燈具與LED燈具配光方式比較目前碼頭高杆燈基本上都是采用功率1000W高壓鈉燈,安裝在45m高的高杆上,而高壓鈉燈其360°的發光麵結構決定了其發出的光必須通過反射器反射後才能照到指定區域,其發光原理又決定了鈉燈在發光時一定產生大量的熱能,所以表麵看其光通量很大,但實際有效光並不多,因此隻有通過超功率的給光和補光來滿足基本照明操作要求。故其光源利用率低,又由於其色溫約為2000K,其發光顏色是黃色,就使得人的視覺感覺昏暗,也就要求以增大功耗彌補人對光的需求。但是,LED光源在針對垂直照射需求時可完全通過燈具透鏡等不同形式進行配光,即燈具及光源的發光角度可保持相對一致,這就直接減少了光源的光浪費,有效提高了光的使用效率。這也就是在LED與高壓鈉燈做參數對比時,鈉燈光通量往往高於LED光通量很多,但現場檢測時地麵照度相仿的原因。同時,LED的色溫是可在2700~7500K之間靈活選擇,顯色指數也可達75%以上,人的視覺會感覺更好,因此,選用LED光源除節能外還更突現了人性化的一麵。更重要的是,昏暗的燈光對操作的員工視覺產生疲勞感,適當的配光將提高員工的工作安全感,減少疲勞操作和駕駛現象。當然,作為照明用途的LED產品進入市場時間不久,規範產品規格、穩定質量、保障壽命是目前消費者最為關心的問題。為此,選購LED燈具、特別是工程用燈具時,一定要注重適合的亮度、光衰保障條款、電源功耗、壽命保障、IP等級等因素,碼頭高杆燈還要考慮是否有防振、防鹽霧、抗風、抗紫外線措施等。
 
    (2)技術參數比較從上述數據可以看出,除光通量指標外,LED燈的各項指標都優於傳統鈉燈。
 
    4節能及經濟效果
 
    根據對多個碼頭調查的結果顯示,高杆燈上高壓鈉燈燈管的市場更換周期在10個月至1年,其它消耗元件如觸發器、高壓鈉燈的鎮流器等的維護及直接換置費用平均每年每套鈉燈要消耗500元人民幣左右;LED燈不存在鎮流器、觸發器、瓷鈉燈口及燈泡更換的問題,因此LED燈除節電的優勢外,碼頭對照明部分的日常維護的人工及材料費用也會大幅降低。如果LED燈能夠在3年運行期內光衰小於10%(每天按10小時工作時間計),則碼頭在購置了LED燈後,將會在取得節能回報的同時,還減少了每年傳統燈具的直接固定維護費用。其統計數值見下表,通過上表統計分析可知,假設杆高杆燈用燈18套,使用420WLED燈替代1000W高壓鈉燈,三年每杆高杆燈可節省328,729元,節能可達70%,維護費節省35,100元,減少二氧化碳排放231噸,因此,在新建碼頭用燈時隻要用總可用金額內的價格購買到適宜的、有使用壽命和光衰保障的LED燈具,應用企業必定受益。同時,由於高杆燈用電總功耗減小,因此,高杆燈的配電設施的總建造成本也會減小;如果是新建碼頭的高杆燈選用LED燈,該碼頭基本建設的配電建造成本也將隨之減少,在碼頭運營時,總的裝機需量費也自然減少。另外可將LED照明係統與智能控製係統結合,係統根據白天/晚上的不同光照度自動開關路燈,在夜間人車通行稀少的情況下,可以降低照度,減少功耗,以滿足節能、環保要求。
 
    作為目前國內外碼頭廣泛使用的大功率高壓鈉燈,在過往幾十年的發展和使用之中,受其發光機理之局限,其性能改變的空間已經有限;其光源發光效率低,對人類環境造成汙染的缺陷也日益突出。LED新一代的光源技術在克服上述問題上具有明顯的優勢,為其替代現有高壓鈉燈提供了較為可靠的途徑,其環保低碳及低運行成本也為碼頭未來被廣泛使用提供了廣闊的市場前景。

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