LED节能型光源及其在海洋石油工程中的应用展望

张永飞，赵红涛，曹 宁

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

LED节能型光源及其在海洋石油工程中的应用展望

张永飞，赵红涛，曹 宁

(海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520)

本文主要介绍了LED光源的发光原理、分类，详细阐述了衡量照明质量的主要参数。通过结合海洋工程的特点和LED灯具在海洋工程中的应用现状，探讨LED光源以其节能、环保、使用寿命长等优点对海洋工程领域所带来的经济和社会效益，具有广阔的应用前景。

LED节能光源；海洋工程；应用前景

海洋工程远离陆地，照明设施的维护和维修费用较高，且一般为独立的能源系统，能源供给成本大大高于陆地。因此，如何实现海洋工程照明设施的长寿命、高效率是实现节能环保、降本增效的主要问题。

LED是新一代节能环保光源，是继白炽灯、荧光灯、高压气体灯第四代光源，也是全世界重点扶持的第四代绿色光源。它最大的优势：节能、环保、长寿命，经济型、科技含量高。同时，用途广泛，从一个电光源到几个平方的发光器件，它都能够完成。目前在海洋工程中已经有所应用，在国内最大的组块荔湾3-1项目生活楼内采用LED灯具替代传统荧光灯，国外项目有使用LED灯具作为泛光灯代替传统高压钠灯。随着LED光源的技术发展，LED光源的灯具势必将大量应用于海洋石油工程。

1 LED光源介绍

1.1 发光原理及分类

LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以通过半导体PN结把电能转化成光能。

按发光管发光颜色可分成红色、橙色、绿色、蓝色等。另外，有的发光二极管中包含二中或者三种颜色的芯片。根据发光二级管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二级管还可以分为有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。除此之外，还可以按发光管出光面特征、发光强度角分布图和亮度大小等参数来划分。

1.2 白光LED原理介绍

光学效应是以光学三基色原理来说明，当白光通过棱镜后被折射出多种颜色的过渡色谱，在可见光400～800μm范围内，颜色可分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的可见光谱。而人的眼睛就像一个三色接收器，对红(620μm)、绿(555μm)、蓝(470μm)三种颜色特别敏感，而其他颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例调配而成，同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种原色。

由三基色原理可知，红、绿、蓝三种原色是相互独立的，任何一种原色都不能由其他颜色合成，而三基色则可按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。目前LED封装白光也是利用此原理，产生方法为：

(1)3 chips 型: 红+蓝+绿(Red Chip + Green Chip+Blue Chip)；

(2)2 chips 型:蓝+黄(Blue Chip+ Yellow Chip)；

(3)1 chip 型 :蓝+黄荧光粉(Blue Chip+ Yellow荧光粉)、紫外+三原色荧光粉(UV Chip +RGB荧光粉)(类似于荧光灯白光原理)。

经由上述原理可了解，白光LED也可借由此方式混合出来，目前都是利用此三种合成方法来制造白光LED，然后通过封装和控制芯片来制造LED光源和灯具。

1.3 LED光源的特性

1.3.1 衡量照明质量的几个主要参数

1)照度：illuminance 表面上一点的照度等于人射到包含该点的面元上的光通量与面元的面积之商。照度的符号以E表示，单位为勒克斯(lux)。

2)照度均匀度: Uniformity Ratio of illuminance 表示给定平面上照度变化的量。通常用最小照度与平均照度之比表示；有时指最小照度与最大照度之比。

3)显色性：Color Rendering 与参考标准光源相比较时，光源显现物体颜色的特性。用显色指数来衡量。

4)一般显色指数：General Color Rendering Index 光源对CIE规定的8种色样的特殊显色指数的平均值。CIE(CIE：国际发光照明委员会)用一般显色指数Ra作为表示光源显色性能的指标，国标中规定的建筑场所显色指数Ra大于80满足要求。

5)色温：Color Temperature 当某一种光源的色品与某一温度下的完全辐射体(黑体)的色品相同时，完全辐射体的温度即为这种光源的色温，以符号Tc表示，单位为K。

6)光效：Luminous Efficacy 光源所发出的总光通量(流明、亮度)与该光源所消耗的电功率(瓦)的比值，称为该光源的光效。单位为流明/瓦(lm/W)。

1.3.2 LED灯具特性

相对于传统光源的灯具而言，LED光源制造的灯具有许多特性：

1)节能。由LED光源制造的灯具，由于光效高，所以在同等输入功率下照度高，且没有镇流器的附加损耗。在同等照度下将来耗能会低于目前光效最高的钠灯，更比传统的普通荧光灯灯具节电60%～80%。

2)显色性好。LED照明系统显色指数在80以上，不会象一般照明灯容易出现“夜不观色”的现象，也就是说在一般灯光下看花草、树木、衣物等都不是本色调，颜色失真较大；而LED灯对环境颜色显示比较接近真实色彩，各种东西的颜色与白天阳光下的颜色基本一致。相比较一般高压钠灯20～30的显色指数，显色性优异。

3)色温高。目前通过技术改进，色温范围已经可以满足各种照明需求。

4)寿命长。目前荧光灯一般寿命为8000h，而LED光源寿命超过50000 h。

5)免维护,频繁开关不会导致任何损坏。

6)安全且有稳定的质量，可以经受4kV高电压，散热量低，可以工作在低温-30℃，高温55℃。

7)无环境污染。没有紫外线和红外线，没有有害材料，如汞，保护眼睛，也没有噪声。

2 LED灯具在海洋工程中的应用

2.1 海洋工程对照明的设计要求

海洋工程照明设计一般分为工作场所照明设计和生活场所照明设计。工作场所分为室内、室外。室内一般为配电间、控制间、工作间、发电机房等，部分房间无舾装板(例如变压器间)时需要考虑增加灯具的防护等级(IP等级)，设计类似于陆地建筑内照明，但由于盘柜或者设备外形不同，需要考虑灯具布置。室外由于存在危险场所①，所选灯具必须符合相应的防爆要求，适用于不同的危险场所(0区、I区、II区)。具体布置根据层高结合具体设备布置及应急要求进行布置。生活场所指为操作人员提供住宿及生活支持的部分。根据不同的需要进行设计。

2.2 LED光源的灯具在海洋工程的应用现状

由于LED光源的优良特性，在海洋工程中已经开始使用。在以往的项目中，LED光源仅作为逃生灯光源使用。

目前在建的国内国外项目中，已有使用LED光源的灯具代替荧光灯在作为生活区照明使用和LED作为光源的泛光灯。考虑到光衰减及散热等问题，目前还没有大量使用LED灯具代替荧光灯具。

2.3 LED灯具应用的经济和社会效益

2.3.1 节能

LED灯具比传统的普通荧光灯灯具节电60%～80%。一般万吨级的海洋平台灯具使用量约为荧光灯700盏、金属卤化物灯80盏、泛光灯投光灯35盏，若全部采用LED灯具，照明功率将降低约40kW。目前量产的LED灯具光效已经达到100lm/W，高于目前使用的荧光灯具80～90lm/W，将来量产的LED灯具光效会达到150lm/W以上。将可以减少灯具使用量。

2.3.2 环保

LED灯具光源采用发光二极管封装，不含汞、铅等重金属，同时不会产生红外线和紫外线，对环境无任何污染。目前大量使用的荧光节能灯是汞蒸气受激发而发光，所以每支节能灯都含汞。一支节能灯的汞含量也约为3～5 mg。按欧洲最新环保标准，一旦破碎，仅3 mg就会污染约1000 t水、300 m3的空气。相比较目前应用广泛的荧光节能灯，LED在制造和报废后无污染的特性显得尤为可贵。

2.3.3 使用寿命长

相比较目前使用的荧光灯具8000 h的寿命，LED灯具使用寿命长，可达50000 h以上。且在使用过程中很少产生故障，可节省大量的维护维修成本。

3 结 语

随着LED技术的进一步成熟，LED将会在照明领域取得更多更好的发展，逐渐降低生产成本，走进千家万户。不久将来的海洋工程照明LED灯具将取代传统的荧光灯、钠灯、金属卤化物灯等。LED灯具将改变每个人的生活，成为照明产业的一次伟大变革。

[1] 建设部.GB 50034-2004 建筑照明设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].2版.北京:中国电力出版社，2006.

[3] 国家质量技术监督局.GB3836.14-2000 爆炸性环境用防爆电气设备 第14部分-危险场所分类[S].北京: 中国标准出版社,2000.

(本文文献格式：张永飞，赵红涛，曹 宁.LED节能型光源及其在海洋石油工程中的应用展望[J].山东化工,2017,46(3):63,100.)

2016-12-19

张永飞(1982—)，男，大学本科，工程师，主要从事海洋石油平台电气仪表设计工作。

TM923

A

1008-021X(2017)03-0063-01