加油站照明中LED燈具的模擬

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摘要：本文探討了LED燈具應(yīng)用于加油站照明中的可行性與優(yōu)越性。根據(jù)加油站的平面布局及不同功能區(qū)域的劃分，選擇合適的led燈具并用專業(yè)的照明模擬軟件進(jìn)行了照明設(shè)計(jì)。模擬結(jié)果表明合理布置LED燈具的位置，不僅能滿足各個(gè)區(qū)域的照度要求，并且能大大提高照明的均勻性。

關(guān)鍵詞：LED燈具；加油站；照明設(shè)計(jì)

引言

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展與光效的提高，LED燈具幾乎在各個(gè)照明領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，包括城市夜景，高校圖書館，機(jī)場航站樓，醫(yī)院，商業(yè)街，高鐵站候車廳等[1-6]，但是有一個(gè)領(lǐng)域還沒有引起人們的重視，滲透率也非常低，就是加油站照明。我國的機(jī)動(dòng)車保有量正在快速增加，作為城市交通的基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的加油站也在不斷發(fā)展和壯大，數(shù)量從10年前的50，000左右猛增到現(xiàn)在的超過100，000，并且建設(shè)速度還在不斷加快，照明需求非常龐大。由于加油站特殊的結(jié)構(gòu)以及使用環(huán)境，對(duì)照明燈具有特殊要求，而LED燈具是非常適合應(yīng)用于這樣的環(huán)境的，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）防塵防水等級(jí)設(shè)計(jì)靈活加油站是屬于半開放的區(qū)域，對(duì)燈具的防塵防水等級(jí)要求既不像室內(nèi)燈具那樣低，也不像室外燈具那樣高。LED由于體積小，排布靈活，在燈具外殼設(shè)計(jì)方面有很大的靈活度，可以實(shí)現(xiàn)既滿足IP等級(jí)的要求，又不會(huì)因?yàn)槊芊膺^度而造成資源的浪費(fèi)及成本的上升。（2）防眩光性能好加油站由于是車輛行駛區(qū)域，對(duì)防眩光的要求比較高。傳統(tǒng)燈具為了提高燈具效率，通常采用透明材料作為出光面，眩光嚴(yán)重，帶來安全隱患。LED燈具可以通過二次光學(xué)設(shè)計(jì)，將光線投射到需要照明的區(qū)域，在提高燈具利用率的同時(shí)也有效地減少了眩光。（3）燈具配光可按需求設(shè)計(jì)加油站的照明不僅要求地面有足夠的水平照度，而且要求在加油機(jī)表面有足夠的垂直照度，以使用戶能清楚地看到已加油量，消費(fèi)金額等信息。傳統(tǒng)燈具所使用的反光杯將大部分光線都反射到地面上，造成加油機(jī)表面的照度不足。LED燈具可以通過合適的二次光學(xué)設(shè)計(jì)，將光線同時(shí)投射于地面（水平面）與加油機(jī)表面（垂直面），以使加油站照明達(dá)到最優(yōu)效果。（4）防爆性能好加油站由于汽油、柴油的揮發(fā)，處于爆炸性氣體環(huán)境中，對(duì)燈具的防爆要求特別高。金鹵燈在啟動(dòng)時(shí)的電壓高達(dá)上千伏，工作時(shí)燈泡表面溫度超過400oC，存在極大的安全隱患。LED是低壓直流器件，單顆LED電壓在3V左右，整個(gè)燈具的電壓通常不會(huì)超過50V，而且LED是固態(tài)冷光源，表面溫度低，從根本上降低了氣體由于高溫高電壓而爆燃的風(fēng)險(xiǎn)。（5）壽命長LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。油站的頂棚高度通常都超過5m，燈具的安裝與更換都需要有資質(zhì)的專業(yè)人士進(jìn)行，所以長壽命的LED燈具對(duì)于降低加油站的運(yùn)營成本是非常有利的。本文以某新建的加油站為例，根據(jù)加油站的平面布局選擇了燈具，確定了數(shù)量，設(shè)計(jì)了安裝位置，并且對(duì)于實(shí)際安裝后的照明效果進(jìn)行了測量。同時(shí)還進(jìn)行了傳統(tǒng)燈具與LED燈具的能耗分析對(duì)比。

1加油站的照明要求

加油站內(nèi)主要分為以下幾個(gè)區(qū)域，加油區(qū)，連接區(qū)，加油機(jī)。各區(qū)域因?yàn)楣δ懿煌?，所以照度的要求也不同，國家?biāo)準(zhǔn)GB50034－2004對(duì)加油站照明提出了具體要求，但是各個(gè)運(yùn)營商為了提高企業(yè)形象及客戶的舒適度，通常提出的照明要求都會(huì)比國家標(biāo)準(zhǔn)略高一些，本文所設(shè)計(jì)的加油站具體照明要求及參考平面如下表1所示。

2加油站的照明燈具選擇

在本加油站的照明設(shè)計(jì)中，按照業(yè)主原有的經(jīng)驗(yàn)，需要使用12盞250W的金鹵燈，現(xiàn)我們用某LED廠家生產(chǎn)的LED燈代替，燈具的配光曲線如下圖1所示。此款燈具在0-30o角度范圍內(nèi)光強(qiáng)基本保持一致，可以保證在地面上的照度的均勻性；在30o-60oo角度范圍內(nèi)光強(qiáng)也基本保持一致，可以保證在加油機(jī)表面的照度的強(qiáng)度及均勻度；在60o-90o角度范圍內(nèi)光強(qiáng)為零，既消除了雜散光，提高了燈具利用率，又降低了眩光。除了光形適合用于加油站之外，此款燈具還具備以下幾個(gè)特點(diǎn)，使其比金鹵燈更適合用于加油站照明中：（1）合適的IP等級(jí)防塵防水等級(jí)為IP65，適合用于加油站這種半開放的環(huán)境中。（2）卓越的抗高壓性能最高可以承受10KV的浪涌電壓，有效保護(hù)燈具不會(huì)受到因惡劣環(huán)境而引起的巨大脈沖電壓的沖擊。（3）優(yōu)越的表面鍍膜獨(dú)有的表面鍍膜技術(shù)使燈具具有優(yōu)越的抗紫外線，抗鹽霧，抗機(jī)械損傷的性能。（4）長壽命燈具的設(shè)計(jì)壽命為50，000小時(shí)，即50，000小時(shí)后的光通維持率為88%，大大長于金鹵燈的15，000小時(shí)的壽命。

3加油站的照明設(shè)計(jì)

3.1確定燈具功率及數(shù)量

加油站的燈具數(shù)量不宜過多，否則會(huì)增加成本；也不宜過少，否則均勻度達(dá)不到要求。一般以每兩個(gè)加油機(jī)之間安裝2盞燈為宜。本加油站共有4個(gè)加油機(jī)，則需要10盞燈。加油區(qū)的照度要求為300lx，考慮到隨著使用時(shí)間的加長LED的光衰特性，在初始安裝時(shí)照度應(yīng)為350lx左右；加油區(qū)的面積為280m2,則燈具的總輸出流明約為98，000lm，計(jì)算得知每盞燈的輸出流明至少為9，800流明?？紤]到邊緣的燈具會(huì)有一部分光投射到加油區(qū)之外，還有加油機(jī)，支撐柱等造成的陰影，我們選擇功率為144W的燈具，每盞燈的輸出光通量為13，000lm。根據(jù)同樣的方法可計(jì)算得知連接區(qū)需要2盞LED燈。

3.2確定燈具位置

燈具位置的確定需要借助照明模擬軟件，本文作者使用的是美國LightingAnalysts公司出產(chǎn)的專業(yè)照明模擬軟件AGI32。首先將燈具安放在關(guān)于加油機(jī)對(duì)稱的位置，然后根據(jù)模擬結(jié)果（各個(gè)不同區(qū)域的照度以及均勻度，尤其是加油機(jī)表面的均勻度）再調(diào)整燈具位置，以求達(dá)到最佳的照明效果。本加油站的高度為6m，在參考了加油站的平面尺寸圖及加油機(jī)位置圖之后，本文作者利用照明模擬軟件AGI32進(jìn)行多次燈具排布方式和安裝位置的調(diào)整之后，最終確定燈具的安裝位置如圖2所示（紅色小方塊為燈具）。將整個(gè)照明區(qū)域劃分成為0.2mx0.2m的小網(wǎng)格，在每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上放上一個(gè)計(jì)算點(diǎn)，就可以計(jì)算該點(diǎn)的照度。將所有的照度計(jì)算點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以后，可以得到加油區(qū)，連接區(qū)，以及加油機(jī)表面的照度和均勻度，結(jié)果如下表2所示。模擬結(jié)果表明，按照設(shè)計(jì)的燈具數(shù)量及位置進(jìn)行安裝的話，各功能區(qū)域都能滿足照明標(biāo)準(zhǔn)的要求，又不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)太多，造成能源的浪費(fèi)。

4結(jié)論

本文以某新建的加油站為例，根據(jù)加油站的平面布局選擇了燈具，確定了燈具功率與數(shù)量，設(shè)計(jì)了安裝位置，并且進(jìn)行了照度模擬。實(shí)際安裝測試的結(jié)果表明，設(shè)計(jì)結(jié)果完全滿足了客戶提出的既有足夠的照度，又不會(huì)超出太多的照明要求。能耗分析表明，如果新建加油站選擇LED燈具的話，將在2.1年左右收回成本，并且隨著加油站投入使用的時(shí)間加長，所節(jié)省的電費(fèi)將會(huì)越來越多，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者：鄭盛梅 單位：衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院