Освещение промышленных зданий. Защита от шума и вибрации в производственных зданиях

1. Освещение промышленных зданий Защита от шума и вибрации в производственных зданиях

2. ПЛАН ЛЕКЦИИ

Светильники промышленного освещения для складов, производственных помещений, опасных зон

Продукция промышленного освещения включает системы освещения, предназначенные для использования в помещениях или крытых помещениях в промышленном секторе. Большинство промышленных светильников находят перекрестное применение в коммерческих и развлекательных объектах, таких как большие розничные магазины, спортзалы, конференц-центры, выставочные залы и здания с обширными пространствами с высокими потолками. Это руководство познакомит вас с информацией о системах освещения, установленных в промышленных условиях.Мало что влияет на промышленный объект больше, чем освещение. С точки зрения эксплуатации, оптимальные визуальные условия могут улучшить производительность или производительность, повысить безопасность и защищенность, а также уменьшить количество ошибок и несчастных случаев с потерей рабочего времени. Для управления предприятием идеальное решение для промышленного освещения обеспечит хорошую рентабельность инвестиций (возврат инвестиций) за счет экономии энергии и технического обслуживания, при этом имея возможность выжить в сложных промышленных условиях. Таким образом, успешный дизайн освещения современного промышленного объекта требует использования систем освещения, которые отличаются высокой эффективностью и надежностью и одновременно обеспечивают высокое качество света и фотометрические характеристики.

Типы производственных объектов

Есть две основные категории промышленных объектов: складские помещения и производственные объекты.

Складские объекты являются крупнейшей категорией индустриальной недвижимости. Основными отличительными чертами складов являются общий дизайн здания (обычно прямоугольной формы), высота потолка (от 16 до 80 футов) и возможности погрузки. Склады могут быть далее разделены на региональные склады, склады для массовых грузов, крупногабаритные склады, холодильные склады и стеллажные склады.Площадь региональных складов обычно не превышает 100 000 квадратных футов, а средняя арендная площадь превышает 20 000 квадратных метров. Их высота потолка обычно находится в диапазоне от 16 до 24 футов. Региональные склады используются арендаторами разнообразно. Некоторые из них предназначены для хранения товаров, другие используются как объекты распределения. Массовые склады используются для хранения большого количества товаров. Эти помещения имеют минимальный размер 100 000 квадратных футов и минимальную высоту потолка 20 футов. Тяжелые распределительные здания напоминают склады для массовых грузов, но имеют больший размер (100 000–500 000 квадратных футов) и минимальную высоту потолка 24 фута.Типичными арендаторами этих объектов являются логистические компании. Холодильное хранилище или охлаждающее распределительное устройство, которое в первую очередь предназначено для обработки и распределения пищевых продуктов, обычно имеет секцию пола морозильной камеры, холодильник и зону сухого хранения. В зданиях с опорой на стойки используются ряды стеллажей или стеллажей для максимального использования пространства. Обычно высота каждой стойки составляет несколько этажей. Таким образом, здания с опорой на стойки могут иметь потолки до 78 футов. Высокие узкие проходы, образованные складскими стеллажами, могут создавать проблемы с освещением и снижать эффективность.

Производственные мощности обладают физическими характеристиками, которые включают такие производственные процессы, как изготовление, сборка, сборка и отделка, а также контроль качества, складирование и логистику. Производственные мощности обычно делятся на две группы: здания легкой промышленности и здания тяжелой промышленности. Здания легкой промышленности имеют размер менее 100 000 квадратных футов и высоту потолка от 14 до 24 футов. Тяжелые производственные предприятия имеют средний размер здания более 300 000 квадратных футов, минимальную высоту потолка 16 футов и максимальную высоту около 60 футов.Помимо этих зданий, ангары аэропортов также относятся к производственным объектам. Ангары аэропортов, которые выполняют ремонт и техническое обслуживание, аналогичны по размеру тяжелым производственным зданиям и имеют высоту потолков, обычно превышающую высоту потолков зданий, поддерживаемых стеллажами.

Есть и другие категории объектов, на долю которых приходится небольшой процент промышленной недвижимости. Эти категории включают гибкие, мультитенантные, грузовые и телекоммуникационные объекты.Гибкие объекты относятся к гибким зданиям, которые используются арендаторами технологий и услуг для исследования, разработки, тестирования или демонстрации продуктов. Многопользовательские помещения предназначены для размещения нескольких арендаторов. Грузовые объекты подразделяются на автомобильные терминалы и грузовые авиаперевозки. Телекоммуникационные объекты, как правило, представляют собой центры обработки данных / коммутации.

Зоны классификации

Промышленная среда отличается разнообразием рабочих условий, которых нет в других секторах.Промышленные осветительные приборы могут находиться в суровых и опасных условиях. Эти среды классифицируются, и устанавливаются правила для типов светильников, которые могут быть в них установлены.

Опасные места

Опасные зоны — это зоны, в которых может существовать опасность пожара или взрыва из-за присутствия горючих газов, паров, жидкостей, пыли, воспламеняющихся волокон или летучих материалов. В Северной Америке эти области определены в Национальном электротехническом кодексе (NEC), опубликованном Национальной ассоциацией противопожарной защиты (NFPA), и электротехническом кодексе Канады (CEC), опубликованном Канадской ассоциацией стандартов (CSA).Электроустановки в Европейском Союзе регулируются Директивой ATEX 2014/34 / EU, подготовленной Европейским комитетом по электротехнической стандартизации (CENELEC). Система IECEx от Международной электротехнической комиссии (МЭК) действует по всему миру во многих национальных и региональных юрисдикциях.

NEC и CEC определяют три категории опасных мест, которые были определены как класс I, класс II или класс III.

Места класса I — это те места, где могут присутствовать горючие газы или пары жидкости.Некоторыми типичными объектами класса I являются нефтеперерабатывающие заводы, буровые установки для бурения нефтяных скважин, газоперерабатывающие заводы, объекты СПГ, горнодобывающие предприятия, очистные сооружения, заводы химической чистки, где могут присутствовать пары от очищающих жидкостей, насосные станции трубопроводов и участки отделки распылением. В зависимости от температуры воспламенения вещества, его взрывного давления и других характеристик его воспламенения или взрывоопасного потенциала газы и пары класса I делятся на четыре группы: группа A (ацетилен), группа B (водород), группа C. (этилен) и Группа D (пропан).

Места класса II — это места, которые становятся опасными из-за наличия горючей или электропроводящей пыли в количествах, достаточных для воспламенения или взрыва. Типичные местоположения класса II включают элеваторы, мукомольные и комбикормовые заводы, заводы, которые производят или используют токопроводящие или металлические порошки, такие как магний, производители фейерверков, производители крахмала или конфет, заводы по измельчению специй, сахарные заводы и заводы какао, химические и пластиковые смеси / складские помещения, углеобогатительные заводы и другие участки обработки или обработки углерода.Внутри класса II есть еще один набор групп: группа E (электропроводящая пыль), группа F (углеродистая пыль) и группа G (сельскохозяйственная и полимерная пыль). Группа определяется природой вещества (температурой воспламенения и проводимостью пыли).

Места класса III — это зоны, где присутствуют легко воспламеняющиеся волокна или летящие предметы. Типичные местоположения класса III включают текстильные фабрики, деревообрабатывающие мастерские, хлопкоочистительные фабрики и фабрики по производству семян хлопка.

Каждый класс опасных мест подразделяется на два подразделения в зависимости от вероятности присутствия опасного материала в легковоспламеняющейся концентрации.Раздел 1 применяется к участкам, где воспламеняющиеся концентрации опасностей присутствуют при нормальных условиях эксплуатации. Раздел 2 относится к ненормальному или ненормальному состоянию. Ожидается, что опасный материал будет находиться в закрытых контейнерах или закрытых системах. Опасности могут возникать только из-за случайного разрыва или поломки таких контейнеров или систем или из-за неправильных операций.

Система IECEx / ATEX использует зоны для определения опасных мест. Опасные места, в которых могут присутствовать легковоспламеняющиеся пары или газы, разделены на Зону 0, Зону 1 и Зону 2.Зона 0 относится к областям, где воспламеняющийся пар или газ постоянно присутствует или присутствует в течение длительных периодов времени. Зона 1 относится к областям, где при нормальной работе может присутствовать воспламеняющийся пар или газ. Зона 2 относится к областям, где горючие пар или газ обычно не присутствуют при нормальной работе. Продолжительность возможного присутствия непродолжительна. Опасные места, в которых может присутствовать горючая пыль, разделены на Зону 20, Зону 21 и Зону 22. Зона 20 относится к областям, где горючая пыль в достаточных количествах для возникновения опасности пожара или взрыва присутствует постоянно или в течение длительного времени. период.Зона 21 относится к областям, где горючая пыль в количестве, достаточном для образования взрывоопасной смеси, вероятно, время от времени присутствует во время нормальной эксплуатации. Зона 21 относится к областям, где опасность возгорания или взрыва из-за присутствия горючей пыли маловероятна и сохраняется только в течение короткого периода времени, если она действительно возникает.

Зоны с высокой влажностью или коррозионно-активными веществами

Проникновение влаги и коррозия — два основных фактора отказа в системах промышленного освещения, особенно в светодиодных светильниках.Высокая влажность или коррозионная атмосфера могут присутствовать во многих промышленных средах, таких как химические заводы и склады, предприятия пищевой промышленности, целлюлозно-бумажные комбинаты, красильные и печатные фабрики, цементные заводы и объекты, расположенные в прибрежных регионах. Коррозионные газы не только ржавеют или изнашивают открытые металлические детали, но также могут проникать через герметизирующий материал для светодиодов, который часто на основе силикона. Коррозия выводной рамки, используемой в корпусах светодиодов средней мощности, приведет к снижению светоотдачи.Коррозия электродов или соединительных проводов приведет к нарушению целостности электрической цепи или ненормальному увеличению прямого напряжения. Длительное воздействие окружающей среды с высокой влажностью приводит не только к коррозии. Диффузия влаги внутри корпуса светодиодов является основной причиной образования трещин в силиконовых герметиках, а также расслоения между кристаллом светодиода и герметиком, когда и температура, и влажность являются активными напряжениями. Светильники, установленные в среде с высокой влажностью, имеют рейтинг либо для влажных помещений, либо для влажных помещений.Влажное место относится к среде, которая обычно или периодически подвергается конденсации влаги внутри, на или рядом с электрическим оборудованием, и включает в себя частично защищенные места. Влажное место — это среда, в которой вода может капать, брызгать или течь на электрическое оборудование или на него.

Промышленная среда с экстремальными температурами окружающей среды

Еще одна проблема, связанная с эксплуатацией светодиодных светильников, — это тепло. Высокая температура является одним из основных ускорителей отказа в системах освещения на основе светодиодов.При работе с высокими температурами воздуха или источниками лучистого тепла очень сложно регулировать температуру в светодиодных светильниках. Количество тепла, которое может рассеиваться светодиодами, зависит от градиента температуры на пути теплового потока от перехода светодиода к окружающему воздуху, циркулирующему вокруг светильника. В промышленных применениях часто наблюдаются аномально высокие температуры окружающей среды. К промышленным объектам с высокими температурами окружающей среды относятся: литейные заводы по производству чугуна и стали, литейные цеха цветных металлов, цеха термообработки, кирпичные и керамические заводы, предприятия по производству изделий из стекла, заводы по производству резиновых изделий, электростанции, работающие на ископаемом топливе, котельные, химические заводы, горнодобывающие предприятия. , и металлургические заводы.В этих помещениях светильники должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать высокие температуры окружающей среды до 65 ° C.

В отличие от люминесцентных ламп, которым требуется балласт для запуска при низких температурах, светодиодные светильники хорошо работают при низких температурах окружающей среды, обеспечивая более длительный световой поток и лучшую стабильность цвета. Однако характеристики других материалов, используемых в светильнике, таких как оптические компоненты и прокладки, следует проверять при ожидаемых температурах.

Чистые помещения

Чистые помещения — это герметичные, контролируемые среды, предназначенные для удаления микроскопических частиц заданного размера, таких как грязь, переносимые по воздуху микробы, аэрозольные частицы и химические пары.Поддержание целостности чистой окружающей среды необходимо для многих производственных процессов, таких как изготовление полупроводниковых пластин, фармацевтическое производство и биотехнологические исследования. Чистые помещения подразделяются на ряд классификаций, основанных на количестве микронных частиц, обнаруженных в кубическом футе воздуха внутри помещения. Классификация чистых помещений Международной организации по стандартизации (ISO) имеет рейтинг от ISO 1 до ISO 9. Чем ниже рейтинг, тем чище чистое помещение. Классификация чистых помещений Института наук об окружающей среде (IES) включает в себя от 100 000 частей на кубический фут (класс 100 000) и продолжается от класса 10 000, класса 1000, класса 100 до класса 10. Светильники для чистых помещений обычно имеют высокую степень защиты от проникновения (IP) и имеют гладкую, очищаемую и устойчивую к коррозии внешнюю поверхность.

Пищевые предприятия

Светильники, устанавливаемые на предприятиях пищевой промышленности, должны соответствовать санитарным требованиям, необходимым для предотвращения роста бактерий или скопления других загрязнителей. Приложения для пищевой промышленности обычно требуют, чтобы такие продукты были сертифицированы в соответствии со стандартами, такими как стандарты, установленные Национальным фондом санитарии (NSF).NSF заботится о таких вопросах конструкции светильников, как улавливание частиц пищи, стимулирование роста бактерий, пригодность для опускания из шланга. Таким образом, при проектировании и изготовлении светильника необходимо учитывать следующие факторы: хорошую чистоту, высокую водонепроницаемость, отсутствие токсичности материалов и высокую коррозионную стойкость. Требуется конструкция водораздела, чтобы поток воды уносил пищу или другие загрязнения с корпуса светильника. Участок светильника с прокладками должен выдерживать ежедневные промывки под высоким давлением. Открытые материалы светильника должны выдерживать коррозионное воздействие чистящих растворов и не вносить токсичность в пищу, которая может вступить в контакт со светильником. Однако осветительные приборы часто не контактируют с пищей в нормальных условиях, а также могут физически располагаться в зонах приготовления и обработки пищи (зона питания). NSF разбивает требования к оборудованию на три зоны: Food Zone, Splash Zone и Non-Food Zone.Осветительные приборы часто располагаются в зоне Splash Zone и Non-Food Zone.

Вызовы

Промышленное освещение — это сложная задача, в которой необходимо уравновесить множество различных факторов, таких как первоначальная стоимость, качество, надежность, эффективность, ремонтопригодность и управляемость. В сегодняшней гиперконкурентной деловой среде сохранение жесткого контроля над расходами на электроэнергию без снижения производительности, безопасности и надежности может означать разницу между прибылью и убытками. В промышленных приложениях освещение является основным компонентом затрат, который постоянно переоценивается с точки зрения его рентабельности (окупаемости инвестиций) и совокупной стоимости владения (совокупной стоимости владения).Все промышленное освещение должно быть спроектировано так, чтобы поддерживать безопасную, удобную и продуктивную производственную или рабочую среду. Чтобы разработать световые решения, отвечающие критериям качества, количества и эксплуатации, необходимо решить множество задач. Высокие, труднодоступные потолки, обширные пространства, высокая влажность, коррозионная или взрывоопасная атмосфера, высокие или низкие температуры, грязное электричество, вибрация от крупногабаритного оборудования, долгие часы работы и уникальные характеристики здания — эти неблагоприятные условия могут складываться в осветительных приборах. которые связаны с высокими первоначальными затратами на установку, эксплуатацию и техническое обслуживание.

Светотехника

Традиционное промышленное освещение — это истощение энергии. В прошлом источники света высокой интенсивности (HID) (т.е. галогениды металлов), люминесцентные и индукционные лампы были обычным выбором для промышленных применений. В частности, металлогалогенные светильники были наиболее часто используемыми системами освещения для высотных помещений. Металлогалогенная лампа генерирует свет при прохождении электрического тока через газовую смесь испаренной ртути и галогенидов металлов.Популярность металлогалогенных ламп в промышленных приложениях объясняется их высокой мощностью, умеренной эффективностью и сроком службы. Однако у металлогалогенных ламп много недостатков, которые значительно перевешивают их преимущества. К этим недостаткам относятся длительный запуск и процесс горячего перезапуска, производство ультрафиолетового света (УФ), проблема утилизации / переработки опасной ртути, короткий срок службы ламп высокой мощности, быстрое снижение светового потока, отказ оболочки (взрыв лампы) и ограниченный возможности диммирования.Люминесцентные и индукционные лампы также имеют ряд проблем, наиболее заметной из которых является низкая эффективность источника, а также эффективность светильника. В дополнение к посредственной эффективности источника, эти газоразрядные лампы, в том числе металлогалогенные лампы, имеют высокий коэффициент светоотдачи. Оптические потери металлогалогенных, люминесцентных или индукционных светильников обычно составляют 30% светоотдачи оголенных ненаправленных ламп. Хотя световая отдача традиционных систем освещения значительно уступает постоянно меняющимся энергетическим нормам, частое техническое обслуживание и замена ламп приводят к высокой совокупной стоимости владения, что расстраивает руководителей промышленных предприятий.

Прогресс в светодиодных технологиях вывел освещение на передний план в области устойчивого развития и осветило весь индустриальный ландшафт. Светодиодное освещение преодолевает многие ограничения традиционных технологий освещения. Тот факт, что светодиодная технология делает промышленное освещение на стероидах, можно отнести к ее революционному принципу генерации света. Светоизлучающий диод, или СИД, по сути, представляет собой p-n-переход, образованный противоположно пропитанными или легированными полупроводниковыми слоями. Активный слой (квантовая яма) расположен между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа.Когда смещение прикладывается к легированным слоям в прямом направлении, электроны из полупроводникового слоя n-типа и дырки из полупроводникового слоя p-типа инжектируются в активный слой, где они рекомбинируют для генерации света. Это называется электролюминесценцией. Ширина полосы спектрального распределения мощности (SPD) электролюминесценции составляет несколько десятков нанометров, что означает, что свет, генерируемый светодиодным чипом, является монохроматическим. Чтобы создать белый свет из узкополосного излучения, электролюминесценция частично или полностью преобразуется люминофором, таким как иттрий-алюминиевый гранат (YAG).Полупроводниковый чип, который часто представляет собой устройство из нитрида галлия (GaN), обычно накачивает люминофор внутри корпуса устройства. Такой светодиодный корпус называется светодиодом с люминофорным преобразованием.

Преимущества светодиодного освещения для промышленного применения

Многие преимущества светодиодного освещения хорошо задокументированы. Наиболее примечательным из них является высокая рентабельность инвестиций, обеспечиваемая высокой эффективностью, низкими эксплуатационными расходами и длительным сроком службы светодиодных систем, даже если учесть относительно высокие начальные инвестиции.

Эффективность использования источников светодиодов из нитрида индия-галлия (InGaN) значительно улучшилась за последнее десятилетие. Светодиоды с наивысшей эффективностью сегодня имеют световую отдачу, превышающую 200 лм / Вт, что является значительным скачком по сравнению с традиционными источниками света. Направленность светодиодов приводит к низкому коэффициенту потерь света в светильниках. За счет тщательно разработанных линз светодиодный светильник может достичь оптической эффективности более 90% с дополнительным преимуществом в виде минимального рассеивания света.Большая светоизлучающая поверхность (LES) стала возможной благодаря дискретным светодиодам. В сочетании с настраиваемой оптикой, которая регулирует световой поток от каждого отдельного светодиода, равномерность распределения света светодиодных светильников улучшается более чем в два раза по сравнению с светильниками HID. Это означает максимальное расстояние между светильниками и, как следствие, уменьшение количества установленных светильников, а также снижение энергопотребления. Практически мгновенная реакция светодиодов на изменение тока позволяет более эффективно использовать электроэнергию за счет ручного, программного или сенсорного управления затемнением, что невозможно с традиционными промышленными светильниками.

В то время как системный подход к повышению энергоэффективности на промышленных объектах способствует быстрой окупаемости освещения и эксплуатации объектов, соответствующих нормам, увеличенный срок службы и минимальные требования к техническому обслуживанию светодиодных систем обеспечивают высокую окупаемость инвестиций и спокойствие руководителей предприятий. Правильно спроектированная система светодиодного освещения может работать до 100 000 часов. Изготовленные из блока полупроводника, без нити накала или стекла, которые можно сломать, твердотельные светодиоды позволяют создавать светильники с большей устойчивостью к ударам, вибрации и износу. Это значительно увеличивает срок службы светильника. Более длительный срок службы и меньшая потребность в техническом обслуживании приводят к снижению риска опасностей, обычно связанных с обслуживанием светильников, установленных в сложных промышленных условиях, которые часто связаны с жесткими и опасными установками. При обслуживании и замене недолговечных традиционных систем освещения требуются значительные затраты на рабочую силу и высокие требования к безопасности.

Преимущество светодиодного освещения, которым часто пренебрегают, — это его способность обеспечивать высококачественный спектральный выход.Светодиоды имеют спектральное распределение мощности только в видимой части электромагнитного спектра (примерно от 400 до 700 нм). Отсутствие ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) излучения означает, что светодиодные продукты более фотобиологически безопасны, чем традиционные источники света. Как внешний вид (цветовая температура), так и качество цветопередачи светодиодных светильников можно оптимизировать спектрально, чтобы привести освещение в соответствие с требованиями задачи или человеческими потребностями.

Взрывоопасность не характерна для светодиодных систем освещения.Эти твердотельные лампы не содержат сжатого газа, горячей нити накала или источника дуги. Температура внешней поверхности светодиодного светильника обычно ниже температуры воспламенения окружающей воспламеняющейся атмосферы.

Проектирование и производство промышленных светодиодных светильников

Промышленные светодиодные светильники обычно делятся на три категории: светильники для высоких пролетов, светильники для низких пролетов и прожекторы для наружного освещения. К светильникам с высокими пролетами относятся светильники, предназначенные для применения с высотой монтажа не менее 6.1 м (20 футов), а отношение расстояния к монтажной высоте составляет 1,5 или меньше. Светильники с низким отсеком предназначены для применений, в которых монтажная высота составляет менее 20 футов над полом и требуется отношение расстояния к монтажной высоте более 1,5. Это не жесткие правила. Нередко можно увидеть светильники для высоких пролетов в приложениях для низких пролетов, и наоборот. Обычно светильник с низким пролетом имеет светоотдачу в диапазоне от 5000 до 20000 люмен, светильник с высоким пролетом имеет световой поток в диапазоне от 15000 до 100000 люмен.Прожекторы служат для освещения открытых площадок и рабочих мест промышленных парков и открытых производственных объектов, таких как нефтеперерабатывающие заводы, химические заводы, буровые установки, нефтебазы, очистные сооружения и открытые карьеры. Наружные прожекторы бывают разных пакетов светового потока, фотометрического распределения и монтажной высоты.

Конструкция промышленного светодиодного светильника требует целостного подхода, поскольку группа взаимодействующих, взаимосвязанных или взаимозависимых элементов влияет на характеристики и долговечность светодиодов.Энергоэффективность и надежность являются особенно приоритетными из-за длительных часов работы, суровых условий окружающей среды и относительно высокой мощности, как правило. Системная эффективность светодиодного светильника — это совокупная эффективность его светодиодов, драйвера и оптики. Системная надежность светодиодного светильника определяется всеми его составными частями и их устойчивостью к внешним и эксплуатационным нагрузкам. Три основных элемента конструкции, критически важных для производительности и срока службы промышленных светодиодных светильников, — это температура перехода, ток возбуждения и условия окружающей среды.Для поддержания температуры перехода в оптимальном рабочем диапазоне требуется эффективное управление температурой. Жизненно важно осуществлять жесткое регулирование нагрузки, чтобы ток возбуждения всегда согласовывался с электрическими характеристиками светодиодов в условиях, когда часто присутствует грязное питание. Чтобы избежать внешних отказов или опасностей пожара / взрыва в промышленной среде, необходимо учитывать условия окружающей среды при проектировании.

Промышленные светодиодные светильники производятся в различных формах для удовлетворения различных потребностей.Как правило, они имеют конструкцию «приспособление как теплоотвод», которая предназначена для облегчения теплообмена с окружающей средой. Корпус служит радиатором и обычно изготавливается из литого под давлением, штампованного или прессованного алюминия. Узел светодиода механически прикреплен к плоской поверхности радиатора. Между платой светодиода и радиатором помещен интерфейсный материал с высокой теплопроводностью (TIM), который заполняет тепловые переходы и максимизирует тепловой поток. Узел светодиодов может быть интегрирован со вторичной оптикой, которая расположена рядом со светодиодами для контролируемого вывода света.В противном случае светильник может иметь пластиковую или стеклянную крышку, прикрепленную к нижней части, чтобы закрыть источник света и защитить от случайного повреждения. Светодиодные светильники высокой мощности часто имеют модульную конструкцию, которая обеспечивает масштабируемость светоотдачи и гибкость настройки луча, а также упрощает сборку, обслуживание и модернизацию. Строительным блоком этих светильников является световой модуль, который объединяет радиатор, светодиодный блок и линзу (или защитную крышку) в автономный блок с желаемой степенью защиты от проникновения (IP).

Драйверы как интегрированных, так и модульных светодиодных светильников обычно устанавливаются в отдельном отсеке или снаружи. Такая конфигурация предотвращает термическое напряжение термочувствительных компонентов схемы самонагревающимися светодиодами и обеспечивает удобное обслуживание и замену драйверов.

Светодиодная сборка

Светодиоды монтируются на печатной плате с металлическим сердечником (MCPCB), в последовательную цепочку или в сочетании параллельного и последовательного включения для идентичного тока, протекающего в каждом светодиоде.MCPCB состоит из эпоксидного диэлектрического слоя, расположенного между верхним медным слоем и алюминиевой подложкой. Такая конструкция позволяет печатной плате выдерживать испытание с минимальным высоким потенциалом (hipot), обеспечивая при этом высокую сквозную теплопроводность платы. Этот изоляционный диэлектрик часто содержит материал второй фазы, такой как керамические частицы, которые обладают термическим сопротивлением. Теплопроводность MCPCB может быть в 4-16 раз выше, чем у обычных плит FR4.

На промышленном объекте есть места, где светильникам может потребоваться выдерживать вибрацию от машин.Таким образом, надежность паяного соединения между корпусом светодиодов и печатной платой становится критически важной для надежной работы светодиодных светильников в таких условиях. Формирование надежного паяного соединения зависит не только от припоев и металлизации корпуса светодиодов и печатной платы, но и от профиля оплавления. Профиль оплавления оказывает значительное влияние на характеристики смачивания, химию границы раздела фаз и металлургическую микроструктуру паяного соединения. Сопротивление ползучести припоя также является важным фактором, определяющим надежность паяного соединения в условиях термоциклирования, в частности, когда существует несоответствие высокого коэффициента теплового расширения (КТР) между компонентами.Сплавы, устойчивые к ползучести, могут ограничивать количество накопленной энергии деформации, тем самым сводя к минимуму отказы в паяных соединениях и предотвращая повышение прямого напряжения, которое может возникнуть в результате такого накопления энергии деформации.

Источник света

В светотехнике термин «светодиод» обычно относится к корпусу светодиодов, а не к светодиодной микросхеме (полупроводниковый кристалл с p-n переходом). Упаковка играет несколько ролей, так как позволяет полупроводниковому кристаллу накачивать люминофор внутри корпуса устройства для получения белого света с желаемым спектральным качеством; механически, термически и электрически связывают светодиодный чип с его рабочим интерфейсом; и обеспечивает защиту полупроводникового кристалла от загрязнений и стрессов окружающей среды.Дизайн упаковки и упаковочные материалы играют решающую роль в определении оптических, электрических и тепловых характеристик светодиодов. Большинство современных светодиодов сконструированы в виде корпусов высокой мощности, корпусов средней мощности и корпусов с микросхемой на плате (COB), в то время как последней тенденцией в корпусах светодиодов является упаковка в масштабе микросхемы (CSP).

При выборе платформ светодиодных корпусов для промышленного применения приходится идти на критический компромисс между начальной стоимостью и долгосрочными характеристиками. В корпусах высокой мощности большой светодиодный чип прикреплен к металлизированной керамической подложке, которая в сочетании с металлическими площадками на нижней стороне керамической подложки обеспечивает высокоэффективный тепловой путь для отвода тепла от полупроводникового кристалла. Конструкция корпуса также позволяет равномерно распределять плотность тока по полупроводниковому переходу, тем самым снижая риск теплового разгона. Низкое тепловое сопротивление и равномерное распределение тока обеспечивают высокий ток возбуждения и высокую плотность магнитного потока для светодиодов высокой мощности.Высокая термостойкость упаковочных материалов позволяет светодиодам обеспечивать превосходный световой поток и стабильность цвета даже при высоких температурах. Надежность и стабильность работы высокомощных агрегатов являются наиболее желательными характеристиками в промышленных приложениях.

Основным препятствием для широкого внедрения светодиодов высокой мощности является их относительно более высокая первоначальная стоимость по сравнению с корпусами средней мощности. Светодиоды средней мощности представляют собой корпуса с пластиковыми выводами для микросхем (PLCC), которые разработаны для применений с низкой плотностью светового потока в жилом и коммерческом секторах.Высокая начальная эффективность и низкая стоимость — вот преимущества светодиодов средней мощности. Однако эти преимущества редко приводят к высокой окупаемости инвестиций из-за ограничений, присущих платформе пакетов. Корпуса PLCC обладают плохой стойкостью к разрушению при высоких температурах, агрессивной атмосфере и фотоокислении. Конструкция корпуса PLCC поддерживается литым корпусом из пластика с высокой отражающей способностью и посеребренной выводной рамкой. Пластиковый корпус, в котором заключен светодиодный чип, изготовлен из полифталамида (PPA) или полициклогексилендиметилентерефталата (PCT), который желтеет от воздействия тепла и света.Покрытие выводной рамы подвержено коррозии при воздействии агрессивных газов, таких как сероводород (h3S).

В светодиодных системах большой мощности корпуса средней мощности демонстрируют быстрое снижение светового потока и изменение цвета в результате высоких термических и окислительных нагрузок, а также атмосферной коррозии. Электроды микросхемы в корпусах PLCC подключены к выводной рамке с помощью проволочного соединения, которое может разорваться из-за электромиграции или разрыва соединительного провода из-за чрезмерно большого тока.Следовательно, надежность пакетов средней мощности вызывает серьезную озабоченность. Срок службы светодиодных светильников в корпусах средней мощности значительно ограничен. Пакеты средней мощности с корпусами из эпоксидного монтажного компаунда (EMC) и анодно-катодными площадками с четырьмя плоскими без выводами (QFN) обеспечивают повышенную устойчивость к обесцвечиванию при более высоких температурах, а также повышенную надежность соединения и рассеивание тепла. Однако эти пакеты стоят дороже.

Спектральный выход

Спектральный выход — еще один важный фактор, влияющий на выбор источника света.Спектральный выход светодиодов может быть охарактеризован его цветовой температурой и цветопередачей.

Типичным явлением в промышленных приложениях является использование источников света с коррелированной цветовой температурой (CCT) более 4000 K. Имеет смысл выбрать CCT между 4000 K и 5500 K для освещения рабочего места, поскольку большое количество синего излучения содержится в Холодный белый свет может подавить выработку гормона сна мелатонина и запрограммировать организм на дневной режим.В дополнение к моделированию дневной физиологической реакции для улучшения концентрации, бдительности и производительности, источники света с большим количеством синего света несут более высокий скотопический / фотопический (S / P), что означает лучшую остроту зрения в условиях низкой яркости (мезопическое зрение). Как правило, безопасно использовать светодиоды с цветным флюоресцентным белым светом (6000 K — 6500 K). Однако источник света с такими высокими значениями CCT может представлять фотобиологическую опасность в промышленных приложениях и задачах, требующих высокой освещенности (выше 1000 люкс).Эти промышленные применения и задачи включают, помимо прочего, точную сборку, точную работу на станках или станках, тонкое шлифование, ручную обработку, точную ручную дуговую сварку, отделку кузова автомобилей, проверки контроля качества, производство ювелирных изделий и часов, а также обработку кожи.

Индекс цветопередачи (CRI) 80 или немного выше считается минимально допустимым значением для промышленных приложений, а индекс цветопередачи выше 90 считается хорошим. Однако богатые синим светом источники света с высокой CCT и 80 CRI часто не обладают ключевыми длинами волн, которые важны для воспроизведения высоконасыщенных цветов.Искажение цвета из-за отсутствия длин волн может увеличить риск ошибок при выполнении детально ориентированных задач. Каждый раз, выбирая светодиодные светильники для приложений, где важны распознавание цвета и контраста, проверьте спектральное распределение мощности (SPD) источника света, если все ключевые длины волн равномерно распределены по всему видимому спектру. Один только общий индекс цветопередачи Ra не отражает возможности цветопередачи источника света, потому что это единственное число, основанное на средней цветовой разнице для восьми образцов отражательной способности с довольно низкой насыщенностью.Он игнорирует качество визуализации шести высоконасыщенных цветов: красный, желтый, зеленый и синий, цвет лица и зеленый лист. Таким образом, пользователи должны принять во внимание дополнительные цвета CRI, в частности R9, образец темно-красного цвета. Значение R9, равное 25, считается хорошим для общего освещения, а значения R9 выше 75 следует учитывать для применений, в которых важен цвет.

Производители освещения пытались продавать необразованным потребителям продукцию с высоким CCT и низким индексом цветопередачи. Они даже вычисляют CRI, сосредотачиваясь на длинах волн для рендеринга восьми тестовых образцов CIE Ra.Причина этого в том, что светодиоды с более низким CCT и высоким CRI имеют рост стоимости и снижение эффективности. В синих светодиодах накачки, которые излучают белый свет с высокой CCT или низкой цветопередачей, только небольшая часть синего излучения должна быть преобразована с понижением частоты в свет с большей длиной волны с помощью недорогого желтого люминофора. С другой стороны, для получения белого света высокого качества или теплого белого света от синих светодиодов накачки значительная часть синего излучения должна быть преобразована с понижением частоты. Чем больше длин волн должно быть преобразовано с понижением частоты, тем выше стоксовы потери энергии.Увеличение стоксовых потерь из-за понижающего преобразования люминофора не только приводит к снижению световой отдачи, но также увеличивает количество отходящего тепла, которое необходимо отводить от светодиодов. Чтобы синие светодиоды накачки обеспечивали достаточно широкую мощность излучения в видимом спектре для точной цветопередачи, необходимо использовать более дорогой широкополосный люминофор, преобразованный с понижением частоты. Более того, человеческий глаз менее чувствителен к свету с более длинными волнами. Это приводит к тому, что светодиоды с низким CCT или высоким CRI имеют более низкую световую отдачу (люмен на ватт) по сравнению со светодиодами с высоким CCT или низким CRI, которые обеспечивают такое же количество оптической мощности (лучистый поток в ваттах).

Оптическая конструкция

Характеристики оптических систем могут существенно повлиять на производительность, безопасность и энергоэффективность в промышленных условиях. При проектировании оптических систем промышленных светодиодных светильников необходимо учитывать множество факторов. Оптическая эффективность, однородность и блики — вот главные факторы, которым следует уделять первоочередное внимание при проектировании оптики. Промышленные светильники, как правило, представляют собой системы освещения с высоким световым потоком, высокий коэффициент потерь света может означать огромные потери энергии, которые компенсируют энергоэффективность светодиодного освещения.Диаграмма направленности излучения светодиодов позволяет с высокой эффективностью извлекать световой поток, излучаемый источником света. Однако высокая направленность светодиодов делает контроль ослепления необходимостью, когда яркий и концентрированный источник света находится в прямой видимости. В то время как блики вызывают особую озабоченность в условиях низких площадок, равномерность распределения света повсеместно влияет на качество освещения и расстояние между светильниками.

На многих рабочих местах распределение света на рабочей плоскости должно быть относительно равномерным, чтобы тень не закрывала важные детали. Равномерная горизонтальная освещенность имеет решающее значение в промышленных помещениях, где задачи расположены близко друг к другу. В соседних областях не должно быть резких различий в яркости, потому что это потребует от человеческого глаза постоянной адаптации между двумя значительными уровнями яркости, что приведет к утомлению глаз. Равномерное освещение также снижает потребность в перемещении светильников при перемещении рабочих мест или производственного оборудования. Для большинства промышленных применений требуется соотношение максимальной / минимальной однородности 3: 1 или меньше.Светильники HID имеют типичное соотношение максимальной / минимальной однородности 6: 1. Чтобы удовлетворить требованию однородности, необходима высокая плотность крепления. Благодаря большому LES и оптическому управлению с использованием вторичной оптики, светодиодные светильники могут распределять свет с очень низким коэффициентом однородности (менее половины этого показателя у светильников HID), что позволяет максимально увеличить расстояние между приборами и резко сократить количество приборов, необходимых для покрыть область задачи.

На промышленных объектах важна не только горизонтальная освещенность, довольно часто также важны вертикальная освещенность и освещенность в других плоскостях, от горизонтальной до вертикальной.Работа, выполняемая глубоко в нишах производственного оборудования, часто требует, чтобы свет проникал внутрь оборудования. Это может быть достигнуто за счет использования светильников с очень широким распространением. Но следует проявлять осторожность, чтобы не возникало бликов под большим углом. Обычно призматический рефрактор используется для управления направлениями, в которых свет выходит из светильника, тем самым затемняя изображение источника света, обеспечивая вертикальную освещенность. В стесненных условиях, например в стеллажных складах, узких маршрутах движения и высоких полках, требуется достаточное освещение горизонтальной поверхности пола, а также вертикальное освещение с обеих сторон стеллажного прохода.Фотометрические характеристики требуют использования прецизионной оптики для распределения света вдоль прохода на полу и освещения вертикальных поверхностей стойки.

Фотометрические характеристики современных светодиодных светильников достигаются либо с помощью специальной вторичной оптики, связанной с отдельными блоками светодиодов, либо с помощью традиционной оптики, такой как отражатели, преломители, рассеиватели, которые обеспечивают оптическое регулирование сборки светодиодов. Традиционная оптика предлагает гораздо более простой и экономичный подход, чем создание специальной оптики для каждого светодиода.Обычно они используются в приложениях, где от светодиодных светильников требуется широко распространенное общее освещение. Отражатели продолжают играть свою роль в оптическом управлении светодиодными светильниками, но они чаще используются для регулирования светоотдачи светодиодного модуля с помощью небольшой или узкой LES. Однако большинство мощных светодиодных систем имеют большую поверхность излучения, которая предназначена для равномерного распределения света по большой площади. Отражатель, установленный на такой большой светодиодной матрице, будет управлять только светом, падающим на отражающую поверхность. Для светодиодных сборок, которые имеют большую поверхность излучения, вторичная оптика может быть линзовой решеткой или сеткой небольших отражателей, которые регулируют световой поток от отдельных светодиодных корпусов. Конструирование оптики отдельно для каждого светодиода позволяет более эффективно отводить свет и более точно управлять лучом, чем это возможно при использовании одного оптического элемента управления.

Линзовая решетка — это цельная система линз, изготовленная методом литья под давлением, которая состоит из ряда отдельных линз или составных линз.Составные линзы представляют собой линзы полного внутреннего отражения (TIR). Линза TIR представляет собой комбинацию преломляющих и отражающих линз с общей осью. Линза может быть изготовлена ​​из акрила (ПММА) или поликарбоната (ПК). Однако с точки зрения надежности пластиковые линзы не могут быть хорошим выбором для некоторых промышленных применений. В светодиодных системах высокой мощности стоксов тепло, генерируемое во время преобразования с понижением длины волны, может вызвать повышение температуры люминофора на 30-50 ° C выше температуры перехода. Это создает очень высокую тепловую нагрузку на пластиковые линзы, которые плотно прилегают к светодиодам. Ускоренное обесцвечивание и старение могут происходить при повышенных температурах. В условиях эксплуатации с высокими температурами окружающей среды пластиковые линзы более подвержены термической деградации. Более того, пластиковая оптика притягивает пыль, и грязь становится проблемой. Алюминиевые отражатели и стеклянные линзы более надежны в суровых промышленных условиях.

Светодиодный драйвер

Драйвер светодиода — самая сложная часть светодиодного светильника.Он справляется со сложностями с входящей сетью переменного тока и обеспечивает постоянный выходной ток для оптимальной работы светодиодов. Тем не менее, неустанное стремление к снижению затрат в осветительной отрасли делает драйверы светодиодов основным объектом, которому приходится идти на компромисс с точки зрения производительности и надежности. В результате драйверы стали наиболее часто наблюдаемой точкой отказа в системах светодиодного освещения. В промышленных приложениях эффективность и надежность являются наиболее важными факторами, которые необходимо тщательно оценить во время обсуждения перед покупкой.Для освещения высоких потолков и обширных пространств промышленные осветительные приборы обычно потребляют большое количество энергии. Это вызвало необходимость в драйверах светодиодов с высокой эффективностью преобразования мощности. Для обеспечения срока службы, соответствующего сроку службы светодиодов, драйвер должен работать в соответствии со спецификациями в широком диапазоне температур и электрических параметров, которые часто присутствуют на промышленных объектах.

Драйвер, который используется в промышленном светодиодном светильнике, обычно представляет собой импульсный источник питания (SMPS).SMPS регулирует свой выход, изменяя рабочий цикл переключателя насыщенной мощности. Переключатель мощности воздействует на управляющие сигналы с частотно-импульсной модуляцией (PFM) и / или с широтно-импульсной модуляцией (PWM). По сравнению с линейными источниками питания, коммутационные схемы обладают фундаментальными преимуществами: более высокий КПД, более широкое приложение входного напряжения, лучшее качество выходного сигнала, более плавное регулирование яркости в более широком диапазоне, лучшая защита компонентов ниже по потоку от электрического перенапряжения (EOS) и возможность гальванической развязки от источника питания. входная цепь.Эти преимущества использования коммутационных схем значительно перевешивают недостатки, связанные с необходимостью учитывать фильтрацию и экранирование электромагнитных помех (EMI). Высокочастотное переключение цепей SMPS генерирует электромагнитное излучение, которое мешает радиосигналам, а также другой электронике. Стоимость подавления электромагнитных помех с помощью дополнительных схем может удвоить общую стоимость драйвера светодиода.

В отличие от лампы накаливания, которая представляет собой простую резистивную нагрузку, драйверы SMPS содержат реактивные компоненты, которые заставляют нагрузку потреблять дополнительный реактивный ток, не совпадающий по фазе с линейным напряжением.Присутствие реактивной нагрузки требует коррекции коэффициента мощности (PFC), чтобы максимизировать реальную мощность, поступающую в нагрузку, и минимизировать гармонические искажения. Минимальный коэффициент мощности (PF) 0,95 требуется для драйверов светодиодов AC-DC с номинальной мощностью более 25 Вт. Драйверы светодиодов AC-DC можно разделить на одноступенчатые и двухкаскадные. Одноступенчатые драйверы светодиодов объединяют функции коррекции коэффициента мощности и преобразователя постоянного тока (например, повышающего преобразователя, понижающего преобразователя или обратноходового преобразователя) в одной схеме, тогда как двухкаскадные драйверы светодиодов имеют второй этап преобразования, следующий за активным PFC. сцена.Двухступенчатая конструкция увеличивает количество компонентов, внутренние потери и сложность схемы, но позволяет драйверу обеспечивать высокую устойчивость к скачкам напряжения, минимальную пульсацию на выходе и полное диммирование почти в каждом диапазоне выходного тока. Одноступенчатый драйвер имеет значительно меньше компонентов и более низкую стоимость по сравнению с двухступенчатым драйвером. Однако на выходе могут появиться большие пульсации на удвоенной частоте сети из-за неполного подавления переменного сигнала после исправления.

Ключевые показатели производительности драйверов сосредоточены не только на их способности эффективно преобразовывать мощность сети переменного тока в выход, совместимый с корпусами светодиодов, но и на способности защищать компоненты, расположенные ниже по потоку, от скачков напряжения, низкого качества входящей мощности и ненормальных условий эксплуатации. Колебания напряжения и тока в линии электропередачи — обычное явление в тяжелой промышленности. Хотя они не создают огромных кратковременных высоковольтных переходных процессов, которые сопровождают удары молнии, переходные процессы, связанные с переключением (вызванные пуском двигателей или трансформаторов, срабатыванием предохранителей и автоматических выключателей, переключением электросети и т. Д.) имеют меньшую амплитуду, но длятся дольше и встречаются чаще. Постоянное потребление грязной энергии с течением времени может ускорить механизмы отказа в светодиодах, а также в других нижестоящих компонентах. В то время как защита светильников от скачков высокого напряжения важна, драйверу необходим широкий диапазон входного напряжения, чтобы приспособиться к более длительным колебательным переходным процессам с меньшей амплитудой. Помимо защиты от перенапряжения, в аппаратное обеспечение драйвера также встроены различные схемы защиты. Средства защиты, реализованные на источниках питания и преобразователях постоянного тока в постоянный, включают защиту от перенапряжения, перегрузки по току, короткого замыкания, разомкнутой цепи и перегрева.

Обычно электролитический конденсатор является первым выходящим из строя компонентом драйвера. На характеристики и срок службы электролитического конденсатора серьезно влияет его рабочая температура из-за использования электролита, который имеет плохую термическую стабильность. Рабочая температура конденсатора определяется эффективностью драйвера, температурой окружающей среды и внутренним нагревом внутри конденсатора, вызванным током пульсаций, протекающим через него. На каждые 10 ° C повышения рабочей температуры срок службы электролитического конденсатора сокращается в 2 раза.Испарение электролита в конденсаторе вызывает повышение эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) и падение емкости. Это приводит к сильным колебаниям на выходе, генерации шума, уменьшению времени задержки и, в некоторых случаях, к сбоям в работе или отсутствию пуска цепей управления. В промышленных условиях, где присутствует высокая температура окружающей среды, для надежной работы драйверов светодиодов требуется хорошее тепловое управление драйвером, высокоэффективное преобразование мощности (для меньшего рассеивания тепла) и использование электролитических конденсаторов, способных работать при высоких температурах.

Мерцание и строб

Мерцание и стробоскопические эффекты — обычная проблема светодиодных светильников, работающих на недорогих светодиодных драйверах. Чтобы сократить расходы и / или уменьшить занимаемую площадь, конструкция драйверов светодиодов часто игнорирует полное подавление синусоидальной формы волны переменного напряжения сети. Это приводит к нежелательным остаточным периодическим изменениям или пульсации на выходе постоянного тока. Мгновенная реакция светодиодов на изменение тока заставляет их мерцать, которые могут соответствовать частоте переменного тока, например, 120 или 100 Гц, когда есть достаточно большие пульсации.Мерцание видно до 80 Гц. Как видимое, так и невидимое мерцание может оказывать негативное физиологическое воздействие на некоторые группы населения. К ним относятся судороги, мигрени, головные боли, напряжение глаз и, в тяжелых случаях, эпилептические припадки и признаки отягчающих аутистических состояний. При движении объектов периодические изменения светового потока могут вызывать стробоскопические эффекты. Стробоскопические эффекты могут представлять опасность для операторов вращающихся машин или другого оборудования с быстрым циклом. На выходе одноступенчатых схем драйвера и линейных источников питания обычно наблюдается большая пульсация, тогда как двухкаскадная конструкция лучше справляется с сглаживанием больших пульсаций выходного тока, подаваемого на нагрузку.В качестве одного из ключевых показателей производительности высококачественные драйверы имеют значение пульсации в диапазоне ± 10%, а низкопроизводительные драйверы имеют значение пульсации до ± 30%. Как правило, процент мерцания более 20% при 100 Гц или более 30% при 120 Гц считается неприемлемым.

Управление освещением

Системы управления освещением позволяют светильникам доставлять нужное количество света в нужное время, тем самым сводя к минимуму потери энергии. Эффективность управления освещением зависит от возможности включения / выключения / регулирования яркости используемого источника света.Светодиоды идеально подходят для управления освещением благодаря их мгновенному включению / выключению и наличию тока. Светодиоды могут быть затемнены с помощью драйверов светодиодов постоянного тока, которые поддерживают регулировку яркости с широтно-импульсной модуляцией (PWM) или постоянным уменьшением тока (CCR). В промышленных светодиодных светильниках часто используется технология CCR для уменьшения яркости светодиодной нагрузки. Обычно называемое аналоговым регулированием яркости, регулирование яркости CCR обычно осуществляется через протокол 0–10 В или DALI. Драйверы светодиодов можно запрограммировать для обеспечения постоянного затемнения светоотдачи (CLO).Преимущество CLO в том, что падение светового потока светильника из-за механизма естественного износа светодиодов непрерывно компенсируется. Это устраняет необходимость перепланировать световой поток светильника в начале жизненного цикла.

Первоначально в основном ручное управление включением / выключением и регулировкой затемнения систем освещения превратилось в высокоавтоматизированные операции, выполняемые с использованием различных стратегий управления освещением, таких как контроль занятости, сбор дневного света и контроль времени.Промышленные помещения больше подходят для сетевого управления, которое позволяет управлять светильниками в целом, по зонам или по отдельности. Сетевая система управления может работать на платформе проводной связи. Однако решения для проводного управления освещением по своей природе не масштабируемы, поскольку затраты на реализацию возрастают при увеличении сложности системы. Системы беспроводного управления устраняют необходимость в сложной проводке, что увеличивает затраты на установку и обслуживание и ограничивает места, где можно установить светильники.Протоколы беспроводной связи, такие как ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi, Bluetooth Mesh и Thread, позволяют светильникам обмениваться данными по гибкой, масштабируемой и совместимой сети с низкими затратами на развертывание. Растущая тенденция в промышленном IoT (IIoT) стимулирует миграцию управления освещением в сетевую инфраструктуру на основе IP. Это открывает множество дополнительных приложений помимо более энергоэффективного, адаптивного и автоматизированного освещения.

Управление температурой

Цель терморегулирования — обеспечить эффективный путь теплопередачи от светодиодов через печатную плату в окружающую среду.Более половины электроэнергии, подаваемой на светодиоды, рассеивается в виде тепла. Само генерируемое тепло внутри светодиода должно быть отведено из упаковки, прежде чем избыточное нагревание приведет к необратимому повреждению светодиода. Большинство механизмов отказа светодиодов, которые приводят к ненормальному снижению светового потока и сдвигу цвета, зависят от температуры. Рабочие светодиоды за пределами их максимального предела температуры перехода будут ускорять зарождение зародышей, дислокаций и других дефектов в активной области диода, где происходит излучательная рекомбинация.Это вызывает потери внутренней квантовой эффективности (IQE) из-за увеличения безызлучательной рекомбинации инжектированных электронов и дырок. Механизмы термического разрушения, возникающие на уровне упаковки, включают термическое разложение люминофора, обесцвечивание герметика и пластиковых упаковочных материалов. То есть срок службы светодиодов сильно зависит от контроля температуры p-n перехода. Чем ниже температура перехода светодиода во время работы, тем лучше сохраняется световой поток и стабильность цвета светодиода.В некоторых конструкциях светильников драйвер может быть совмещен со светодиодным модулем или подвергаться термическому воздействию со стороны модуля, управление температурой должно обеспечивать термочувствительные компоненты драйвера, например электролитические конденсаторы не подвергаются тепловой нагрузке светодиода.

В светодиодной системе на температуру перехода светодиодов влияют ток возбуждения, тепловой путь и температура окружающей среды. Несмотря на размер, равный максимальной силовой нагрузке, прикладываемой к светодиодам, тепловой путь должен быть как можно более коротким, чтобы облегчить эффективную теплопередачу между светодиодами и окружающей атмосферой.Системный подход к терморегулированию является обязательным. Переменные конструкции теплового тракта включают в себя максимально допустимую температуру перехода корпусов светодиодов, возможности межсоединений при высоких рабочих температурах, тепловое сопротивление MCPCB и TIM и характеристики радиатора. Наиболее важной частью системы терморегулирования является радиатор, который сохраняет тепло, рассеиваемое светодиодами, и создает большую площадь поверхности для конвекции и отвода накопленного тепла в окружающий воздух.Радиатор изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, такого как алюминий, имеет плоскую поверхность, обеспечивающую тесный контакт со светодиодной сборкой для эффективного распределения тепла. Радиаторы могут иметь каналы, ребра или другую геометрию, увеличивающую площадь поверхности для тепловой конвекции.

Стоит отметить, что радиаторы многих промышленных светодиодных светильников имеют чрезмерную конструкцию. Глубокие ребра и сложная геометрия делают эти радиаторы чувствительными к накоплению грязи и / или скоплению жидкостей.Со временем скопившаяся грязь может значительно снизить производительность радиатора, а скопление воды или других едких жидкостей вызовет коррозию радиатора.

Защита от проникновения

При проектировании освещения для промышленных помещений способность систем освещения противостоять проникновению грязи, пыли, влаги и воды является одним из важнейших факторов. Высокая влажность, водяные брызги, переносимые по воздуху загрязнители и другие элементы, снижающие производительность, могут присутствовать на многих промышленных объектах.При использовании в этих средах светильник с низким уровнем защиты от проникновения очень чувствителен к преждевременным сбоям или ускоренному ухудшению характеристик. Влага или вода, попавшие в светильник, могут вызвать коррозию металла, электрические сбои и помутнение линз. Пыль, грязь или твердые частицы, оседающие на оптике и источниках света, могут привести к ухудшению светового качества. Светодиод сам по себе имеет плохую стойкость к проникновению влаги и газа, потому что оптические материалы, используемые в корпусах светодиодов, т.е.е. силикона, обладают высокой влаго- и газопроницаемостью. Влага, которая проникает в объем линзы и герметика, может вызвать образование трещин в силиконовых герметиках, а также расслоение на границе раздела чип / люминофор из-за гидромеханических напряжений.

В условиях повышенной влажности и запыленности или в местах, где проводятся ежедневные мойки под высоким давлением, минимальный класс защиты от попадания пыли и влаги должен соответствовать рейтингу IP65 или выше. Чтобы обеспечить высокую целостность корпуса в течение номинального срока службы светильника, используется мембранная система вентиляции для выравнивания перепада давления между корпусом и окружающей средой.

Защита от коррозии

Обычные методы защиты светильников от агрессивных сред и жидкостей включают использование материалов, устойчивых к коррозии, специальной подготовки поверхности и антикоррозионных покрытий. Открытые металлические части светильника, такие как радиатор и рамка линзы, проходят многоступенчатую интенсивную предварительную обработку перед нанесением электростатического заряда и термическим отверждением полиэфирного или эпоксидного порошка. Для максимальной коррозионной стойкости стеклянные линзы могут быть сплавлены с ионно-ионным гидрофильным покрытием, которое действует как превосходный антикоррозионный барьер с высокой химической стабильностью.

Сектор коммерческого строительства разрушает индустрию освещения

Управление освещением для коммерческих зданий — не новая концепция. От ручных переключений до расписания, датчиков присутствия и дневного света, способность управлять энергией и комфортом, связанными с освещением на коммерческом рынке, продолжает набирать обороты. Помимо индивидуальных средств управления, все большее распространение получают сетевые системы управления освещением, увеличивая проникновение всех средств управления освещением. Согласно отчету Navigant Research Market Data: Intelligent Lighting Controls, выручка от сетевых систем управления освещением во всех типах коммерческих зданий во всем мире вырастет на 14%.Совокупный годовой темп роста в период с 2017 по 2026 год составляет 3 процента.

Традиционные драйверы

Внедрение светодиодов в коммерческом строительстве и стремление к экономии энергии способствовали увеличению количества средств управления освещением. Хотя сокращение энергопотребления по-прежнему является основной движущей силой внедрения средств управления освещением, нормы энергопотребления в зданиях начинают все более распространяться, требуя более совершенных стратегий управления в большем количестве коммерческих помещений.

В Соединенных Штатах такие нормы, как Калифорнийские стандарты энергоэффективности Title 24, содержат требования к датчикам присутствия и фотосенсорам, а также к обязательным многофункциональным элементам управления.Эти многофункциональные элементы управления, которые становятся все более популярными, позволяют свету автоматически включаться через датчик присутствия, когда человек входит в комнату, но также могут приглушать свет с помощью фотосенсора из-за естественного уровня дневного света.

Внедрение светодиодов в коммерческом строительстве и стремление к экономии энергии способствовали увеличению количества средств управления освещением.

Другие коды, такие как Международный кодекс энергосбережения, используются в качестве модели и шаблона для энергетических кодексов в Соединенных Штатах, а также в некоторых других странах.Энергетический стандарт для зданий ASHRAE 90.1 также способствует более широкому внедрению средств управления освещением. В дополнение к обязательным кодам, несколько дополнительных элементов управления могут помочь владельцам и менеджерам зданий в достижении требуемой экономии энергии, например, уменьшение дневного света и институциональная настройка для снижения максимальной выходной мощности с помощью элементов управления освещением.

Изменение мотивации для внедрения

За последние пару лет возникла концепция ежегодных затрат на квадратные метры (SF) компании, при которой арендная плата на порядок превышает стоимость коммунальных услуг в коммерческом здании, а стоимость фонда заработной платы на порядок больше, чем стоимость аренды.Компания по управлению инвестициями в недвижимость JLL описывает это как правило 3-30-300, при котором коммунальные услуги стоят 3 доллара за SF, арендная плата — 30 долларов за SF, а заработная плата — 300 долларов за SF. Хотя эти цифры не высечены на камне, они помогают оценить распределение затрат компании на размещение. Это правило может помочь компаниям увидеть, как сокращение расходов в этих трех областях может повлиять на общие расходы. Например, если компания может сократить расходы по каждой категории на 10 процентов, она сэкономит 30 центов на коммунальных расходах, 3 доллара на аренде и 30 долларов на заработной плате на каждый SF.

Освещение, ориентированное на человека

Необходимость соответствовать строительным нормам и стремление снизить потребление энергии будет по-прежнему оставаться основными движущими силами при внедрении средств управления освещением для коммерческих зданий. Однако, учитывая вышеупомянутое правило 3-30-300, неудивительно, что наблюдается сдвиг от единственного внимания к сокращению потребления энергии к здоровью и благополучию жителей и сотрудников здания. Освещение, ориентированное на человека, может изменить разговор с смягчения плохого на усиление хорошего.

Вместо того, чтобы делать то же самое более эффективно, освещение, ориентированное на человека, может помочь увеличить доход, а не просто снизить затраты. Освещение, ориентированное на человека, такое как разработка и настройка светодиодов для улучшения здоровья, благополучия, производительности и производительности людей, — это глобальная растущая тенденция. Этот возможный сдвиг в сторону освещения, ориентированного на человека, можно увидеть на диаграмме ниже. Так же, как люди предпочитают разную температуру, они также предпочитают разный уровень освещенности, который может варьироваться в зависимости от конкретной задачи и места.Освещение, ориентированное на человека, обеспечивает общее улучшение качества жизни, а также помогает предприятиям сократить расходы за счет повышения производительности труда сотрудников.

Необходимость соответствовать строительным нормам и стремлению снизить потребление энергии будет по-прежнему оставаться основными движущими силами при внедрении средств управления освещением в коммерческих зданиях.

Многие осветительные компании предлагают решения по освещению, ориентированные на человека, поскольку исследования показали, что высокий уровень света в течение дня может помочь регулировать естественные циркадные ритмы.Высокий уровень естественного света может помочь улучшить сон пациентов и повысить производительность труда персонала больницы. Это также верно и для офисов, где освещение может имитировать естественный дневной свет или регулировать уровень освещенности при естественном дневном свете. Использование полного светового спектра с помощью светодиодов и элементов управления освещением может помочь повысить продуктивность и сосредоточенность на рабочем месте, и компании постепенно осознают важность этого, чтобы помочь сохранить таланты и повысить производительность (и, следовательно, прибыль).

Освещение, ориентированное на человека, стало возможным благодаря элементам управления освещением, которые позволяют источникам света регулировать свою яркость, цветовую температуру или цвета. Датчики, которые обеспечивают ориентированное на человека освещение, сегодня используются в коммерческих системах управления освещением, например, датчики присутствия / свободного места и датчики дневного света. В настоящее время все еще уделяется внимание снижению энергопотребления, которое обеспечивается за счет перехода на светодиоды и элементы управления освещением, а в большей степени — в сторону перехода к сетевым элементам управления освещением, которые обеспечивают большую экономию энергии, чем автономные элементы управления.

Однако датчики дневного света, которые могут снижать уровень освещенности из-за естественного дневного света для экономии энергопотребления, также могут работать в сочетании с ориентированными на человека системами освещения, чтобы помочь имитировать естественный свет дневного света. Кроме того, датчики могут регулировать уровень освещенности и цветовую температуру для различных задач.

Хотя интерес к средствам управления освещением сместился в сторону освещения, ориентированного на человека, его влияние на внедрение средств управления освещением остается ограниченным.По-прежнему необходимы дополнительные исследования и обучение, чтобы помочь продвинуть ориентированное на человека освещение и позиционировать его как постоянно растущий фактор управления освещением в коммерческом секторе. В целом, средства управления освещением продолжают получать все большее распространение в коммерческом секторе благодаря стремлению снизить потребление энергии, необходимости соблюдать строительные нормы и правила и надеяться на повышение производительности, здоровья и благополучия жителей.

Стоимость освещения промышленных зданий

С развитием науки о свете и видении инженер прилагает некоторые усилия, чтобы использовать дневной свет с большей пользой.В наших усилиях по более экономному использованию естественного и искусственного света возникает необходимость знать начальные и эксплуатационные затраты на каждый из них. Первоначальная стоимость естественного освещения определяется путем вычисления разницы в стоимости между зданием, оборудованным естественным и искусственным освещением, и зданием аналогичной конструкции, оборудованным только искусственным освещением.

Хотя можно обойтись без естественного освещения, вряд ли можно обойтись без искусственного освещения, если работа будет выполняться по восемь часов в день в течение всего года; поскольку естественный свет не более постоянен, чем сам дневной свет.

Основные позиции, входящие в начальную стоимость оборудования естественного освещения на 100 кв. Футов площади пола при нормальных условиях, варьируются от минимума в одном типе стандартного здания до максимума в другом типе, а именно:

5.

Годовые затраты на техническое обслуживание и эксплуатацию системы отопления для обеспечения потерь тепла в окнах варьируются от минимум 7 центов на квадратный фут оконной поверхности в Здании A до максимум 12,3 цента в Здании C .

Начальная общая стоимость электроосветительного оборудования на каждую розетку или на 100 кв. Футов площади пола с осветительными приборами, расположенными на 10-футовых центрах, варьируется от 10,20 долларов за 5,5 фут-свечей на рабочей плоскости до 17,50 долларов за 38. фут-свечи.

В средних условиях соотношение первоначальных затрат на естественное и электрическое осветительное оборудование колеблется от 2,25 для одноэтажного дома с плоской крышей до 6,3 для дома с пилой.

При тех же условиях отношение годовых затрат на естественное освещение к годовым затратам на электрическое освещение варьируется от 1,09 для одноэтажного здания с плоской крышей до 4,03 для здания с пилой.

При минимальной интенсивности освещения 13 фут-свечей на рабочей плоскости среднее время работы осветительной установки в год варьируется от 651 часа для одноэтажного здания с плоской крышей до 253 часов для здания с пилообразной крышей.Для минимум 13 фут-свечей среднее время работы осветительной установки в год в шестиэтажном здании, окруженном зданиями его собственной высоты, варьируется от 918 часов для 150-футовых световых кортов до 1762 часов для 30-футовых. световые корты.

Комбинированная стоимость естественного и искусственного освещения в час на минимальную фут-свечу на рабочей плоскости достигает минимума примерно в 38 фут-свечей для большинства типов стандартных зданий.

Поскольку стоимость потерь тепла из-за окон обычно компенсируется стоимостью электроэнергии, сэкономленной за счет входящего света, обычно кажется оправданным оснащение промышленных зданий простыми боковыми окнами.Однако с точки зрения экономии освещения было бы неоправданно нести большие расходы на световые площадки или окна в крыше здания, если минимальная интенсивность освещения на рабочей плоскости не должна превышать примерно 15 фут-свечей. .

Похоже, что практика мытья окон реже, чем два раза в год, неэкономична, за исключением случаев, когда минимальная интенсивность освещения на рабочей плоскости поддерживается на уровне менее 10 фут-свечей.

При определении просто стоимости освещения из этих результатов следует, что для любого типа стандартного здания, исследованного и работающего в средних условиях, никакие заметные затраты на оборудование естественного освещения не оправданы, когда электрическая энергия может быть куплена всего за 1.4 цента за кВт-час.

Методы управления системами освещения в коммерческих зданиях: текущие тенденции и будущие направления

В настоящее время во всем мире резко возросла потребность в энергии. В США потребление электроэнергии ежегодно увеличивается примерно на 1,6% [1]. Это явление отражается на численности населения, экономическом росте и развитии инфраструктуры. Следовательно, увеличение выбросов парниковых газов (ПГ) оказывает серьезное воздействие на глобальную окружающую среду (например,г., глобальное потепление и изменение климата). В строительном секторе значительная часть энергии, потребляемой во всем мире, составляет одну треть от общей потребляемой энергии с 40% и, следовательно, выбросы углекислого газа (CO ₂ ) с 30% [2]. В Европейском союзе (ЕС) потребление энергии зданиями составляет 40% от общего объема энергии и 36% от общего объема выбросов CO ₂ [3]. В 2017 году энергия, используемая в Соединенных Штатах в жилищном и коммерческом секторах, составляла около 39% от общего объема потребляемой энергии [4].Освещение — одна из энергосистем здания (BES), на которую приходится значительная часть энергопотребления коммерческих зданий, например, в США — 17% от общего потребления [5]. По этой причине Европейский совет реализовал план действий по повышению энергоэффективности по снижению потребления энергии на 20% к 2020 году в странах Европейского совета [6].

Для достижения энергоэффективности систем освещения в зданиях организации по стандартизации, такие как Европейский комитет по стандартизации, разработали стандарты для руководства и предоставления спецификаций и требований к техническим системам.Стандарты, относящиеся к системе освещения, включают европейский стандарт EN12464-1 (т. Е. Дизайн интерьера) [7], европейский стандарт EN12464-2 (т. Е. Внешний дизайн) [8] и европейский стандарт EN15193 (т. Е. оценка эффективности) [9].

Освещение является одной из подсистем BES и потребляет большое количество электроэнергии в зданиях после отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC). Три основных стратегии создания энергоэффективных и экологичных зданий [10] — это модернизация существующих светильников энергосберегающими светильниками, такими как светоизлучающие диоды (LED) [[11], [12], [13], [14], [15], [16]]; снижение проектной освещенности [[17], [18], [19]]; и внедрение систем управления (например,g., контроль занятости и дневного света). Что касается конструкции системы освещения, хорошо спроектированная система может сэкономить энергию и обеспечить максимальный визуальный комфорт для людей, находящихся в зданиях. Ламповые технологии также вносят свой вклад в энергоэффективность коммерческих зданий, в которых светодиоды являются выдающейся энергоэффективной лампой с более высокими фотометрическими характеристиками (например, световым потоком, индексом цветопередачи и светоотдачей), и ею легко управлять по сравнению с другими лампами. [20]. Управление системой освещения является основным фактором более высокой экономии энергии в зданиях и в последнее десятилетие привлекло большое внимание исследователей.

В связи с быстрым развитием сенсорных технологий, недавнее управление системами освещения приняло основанные на сенсорных сигналах стратегии в качестве важнейших исходных данных для улучшения характеристик систем освещения с точки зрения энергии и визуального комфорта людей в здании. Стратегии управления системой освещения на основе считывания можно разделить на категории в зависимости от типа входных данных: (1) стратегии на основе присутствия и (2) стратегии на основе освещенности. На рис. 1 представлены категории стратегий управления и схемы систем освещения, которые использовались в коммерческих зданиях.На рисунке желтый цвет представляет стратегии управления, а зеленый цвет представляет схемы управления. Краткое обсуждение стратегий и схем управления освещением на основе зондирования представлено в следующих разделах.

В стратегиях управления на основе присутствия пассивные инфракрасные (PIR) датчики обычно используются для обнаружения людей из-за их простоты и рентабельности [21]. Помимо датчиков PIR, используются современные технологии определения присутствия людей, такие как метки радиочастотной идентификации (RFID) [22] и мобильные устройства (MD) в среде Wi-Fi [23].Выходной сигнал датчика PIR является двоичным, то есть либо 0 (незанятый), либо 1 (занятый), и это значение отправляется контроллеру для управления искусственным освещением на основе его схем управления. Существует два типа схем управления, а именно включение / выключение, обозначаемое как OOF, и управление затемнением, обозначаемое как ODM. Схема OOF широко рассматривается в литературе. Эта схема включает освещение при получении сигнала «0» и выключает освещение при получении сигнала «1» на основе заданной настройки временной задержки (TD).Наиболее распространенные настройки TD находятся в диапазоне 5–20 минут [24,25]. Однако пока что самое короткое время ПД, рассматриваемое в литературе, составляет 1 мин [26]. Между тем, для схемы ODM искусственное освещение приглушается в зависимости от состояния людей (то есть незанятых и занятых). Эта схема соответствует стандарту EN12464-1, который предназначен для незанятых помещений, при этом средний уровень освещенности в комнате / пространстве, обеспечиваемый контролем уровня освещения, составляет 300 люкс. Между тем, в занятом состоянии уровень освещенности должен быть уменьшен до 500 люкс от среднего уровня освещенности в рабочей плоскости.На основании нашего поиска было обнаружено, что в нескольких опубликованных статьях были рассмотрены стратегии управления на основе занятости [21,24,25,27]. В исх. [21] они рассмотрели критерии оценки стратегий управления на основе занятости, дизайна управления освещением и их производительности. Обзор сенсорных технологий, стратегий управления искусственным освещением, их соответствующих характеристик и факторов, влияющих на производительность для каждой стратегии управления, представлен в работе. [24]. Различные сенсорные технологии, включая PIR, ультразвуковые, RFID, микроволновые и другие, а также эффективность стратегий управления на основе присутствия с точки зрения экономии энергии рассмотрены в Ref.[25]. Между тем, стратегии управления освещением на основе присутствия и их производительность, а также методы размещения датчиков рассматриваются в Ref. [27].

В стратегиях управления на основе освещенности датчики света (устройства ввода) используются для захвата значений освещенности в комнате / пространстве, и значения отправляются в контроллер. Значения (входной параметр) могут быть либо от искусственного освещения, либо от дневного света, либо от их комбинации (т. Е. Искусственного освещения и дневного света). Значения освещенности от комбинации искусственного освещения и дневного света рассматриваются большинством исследователей как входные данные для контроллера.Контроллер примет решение об управлении искусственным освещением. Эти стратегии можно сгруппировать в две схемы: включение / выключение, обозначенное как IOF, и управление затемнением, обозначенное как IDM. В первой схеме (IOF) искусственное освещение выключается, когда заданное значение освещенности достигается датчиком освещенности (например, 250 [28] и 300 люкс [29]). Между тем, освещение остается включенным, когда измеренные датчиками значения освещенности не достигают заданного значения освещенности. В последней схеме (IDM) уровни затемнения светильников рассчитываются контроллером на основе полученных значений освещенности от световых датчиков.Уровни затемнения варьируются от 0% до 100%, и эти уровни определяются, когда средний уровень освещенности в комнате / пространстве соответствует заданному значению (например, 500 люкс соответствует стандарту EN12464-1). Чтобы вычислить оптимальные уровни затемнения светильников, для этой цели требуется хорошо выполненная техника управления. Методы управления затемнением на основе освещенности можно разделить на три основные стратегии управления: стратегии управления на основе контроллера, стратегии на основе оптимизации и гибридные стратегии управления.Подробное обсуждение всех трех стратегий управления представлено в разделах 2, методы, основанные на контроллере, 3, методы управления, основанные на оптимизации, 4, гибридные методы. Насколько нам известно, до сих пор только в одной статье были рассмотрены стратегии управления затемнением на основе освещенности в офисах, что было сделано Ding et al. [30]. Однако они сосредоточились только на стратегиях на основе контроллеров, которые охватывали несколько методов управления, а именно пропорциональный (P), пропорциональный интегральный (PI), пропорциональный интегральный производный (PID), искусственная нейронная сеть (ANN), контроллер нечеткой логики (FL), адаптивное, Q-Learning и управление на основе моделей (MBC).

Для улучшения энергетических характеристик искусственного освещения в литературе, например, в [31], была рассмотрена смешанная стратегия [31] (т. Е. Комбинация стратегий, основанных на занятости и освещенности). [28, [32], [33], [34], [35]]. Эта стратегия получила широкое распространение, поскольку она повышает энергоэффективность и позволяет одновременно фиксировать структуру занятости и распределение освещенности.

На основании проведенного обзора исследование управления системами освещения можно разделить на три основные темы: функции управления, архитектуры и методы, как показано на рис.2. В этой статье подробно обсуждались методы управления затемнением искусственного освещения в коммерческих зданиях, а именно методы на основе контроллера, оптимизации и гибридные методы, как показано на рис. 2. Более того, функция управления была выделена для каждого из них. рассмотренный документ по всем трем методикам, основанным на контроллере, на основе оптимизации и гибридных разделах.

При управлении системой освещения основная цель — минимизировать потребление энергии и удовлетворить предпочтения людей, находящихся в зданиях, по уровню освещенности.Энергопотребление линейно зависит от уровня затемнения светильников с управлением на основе сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) [18, [36], [37], [38], [39]]. Действительно, экспериментальные результаты доказали, что степень затемнения светодиодных светильников линейна в зависимости от их выходной мощности [40,41]. Таким образом, в большинстве литературных источников уровни затемнения светильников рассматриваются в качестве целевой функции для алгоритмов управления и оптимизации. Широко использовалось следующее уравнение целевой функции и ее ограничения: Minf (d) = ∑k = 1Kdks.tE‾≥E‾mdkmin≤dk≤dkmax Где f (d) — целевая функция, которая представляет собой сумму уровней затемнения всех светильников, dk — уровень затемнения k -го светильника / зоны, E‾ — средняя освещенность уровни, измеренные на рабочей плоскости, dkmin и dkmax — это нижний и верхний пределы уровня затемнения светильника, соответственно, а E‾m — поддерживаемый средний уровень освещенности.

Помимо уровней затемнения светильников в качестве целевой функции, также учитывается визуальный комфорт (например, равномерность освещенности) людей, находящихся в помещении.Были приняты во внимание несколько исследований, которые объединили две целевые функции, включая потребление энергии искусственным освещением и визуальный комфорт пассажиров [37,42]. Более того, комбинация трех целевых функций, включая использование энергии, качество света и пространственную однородность, также рассматривается, чтобы одновременно минимизировать потребление энергии и улучшить визуальный комфорт [43].

Ограничения управления освещением можно разделить на два типа: ограничения на основе светильников и ограничения на основе визуального комфорта.В ограничениях на основе светильников учитывается диммирующая способность светильников, как показано в формуле. (1). Значения зависят от типов диммеров / светильников, и наиболее часто рассматриваемые значения находятся в диапазоне от 0 (т. Е. Dkmin) до 1 (т. Е. Dkmax). При ограничении, основанном на визуальном комфорте, уровень освещенности широко рассматривается как ограничение во многих литературных источниках. Однако яркость [44], показатели дневного света (например, коэффициент дневного света и коэффициент дневного света) [45], качество цвета (например, цвет RGB) [43,46,47], коррелированная цветовая температура (CCT) [[48], [ 49], [50]], индекс цветопередачи (CRI) и цветность [48,49] считаются удовлетворяющими визуальному комфорту и качеству света.Обширный обзор измерения качества освещения можно найти в работе Kruisselbrink et al. [51]. Кроме того, учитываются и другие проектные параметры в системах освещения, такие как эстетическое восприятие помещения [52] и циркадная стимуляция [53].

В литературе большинство исследователей рассматривают уровень освещенности как функцию ограничения алгоритмов управления и оптимизации. Помимо уровня освещенности, равномерность освещенности также широко используется в качестве параметра, отражающего качество распределения света в комнате.Более высокое значение означает лучшее качество распределения освещения (т. Е. Лучший визуальный комфорт пассажиров), а максимальное значение — 1. Оба параметра указаны в стандарте EN12464-1. Например, в дизайне офисного помещения минимальный уровень освещенности и равномерность составляют 500 люкс и 0,6 соответственно.

Большинство исследователей контролировали уровень затемнения по отношению к одному светильнику ( k в уравнении (1) относится к светильнику) [17,18,34,34,37, [54], [55], [ 56]], что означает, что каждому светильнику предоставляется уникальный уровень затемнения с помощью контроллера.Эта стратегия рассматривает датчик освещенности, расположенный рядом со светильником, и также известен как подход с несколькими датчиками. Существенным преимуществом этой стратегии является то, что она не требует дополнительной мощности для датчика, поскольку он интегрирован со светильником, и в то же время достигается более высокая экономия энергии, чем при использовании моносенсорного подхода [26]. Основным недостатком этой стратегии является то, что она требует большего количества световых датчиков (количество датчиков равно количеству светильников) и, как следствие, увеличивает сложность контроллера и стоимость установки.В другой стратегии светильники сгруппированы в несколько зон управления, где каждая зона управления имеет один датчик света [57]. В этом случае k в уравнении. (1) относится к зоне управления. В этой стратегии уровень затемнения, производимый контроллером, используется совместно с несколькими светильниками в зоне управления (группа светильников). Основным достоинством этой стратегии является меньшее количество устанавливаемых световых датчиков, что, соответственно, снижает стоимость установки и снижает сложность контроллера.Однако недостаток этой стратегии заключается в определении группового количества светильников (соответствует количеству используемых датчиков) и соответствующего положения световых датчиков.

В целом архитектуру управления системой освещения в зданиях можно разделить на две категории [58,59]: централизованные [17,34,35,38,56, [59], [60], [61]] и распределенные [ 34,35,59]. Технология систем освещения быстро развивается за счет перехода от традиционных конфигураций (т. Е. Датчики и светильники подключаются с помощью проводов и аппаратно) к сетевым системам для обеспечения управляемости, интеграции и рентабельности.В последнее время используются два типа сетевых системных архитектур [62]: беспроводная распределенная система и централизованная система с питанием через Ethernet (PoE). Выбор архитектуры управления системой освещения имеет решающее значение для определения стратегии управления системой освещения, особенно с точки зрения типов контроллеров и разработки алгоритмов управления.

Как подчеркивается в разделе 1.1, схемы управления OOF, ODM и IOF требуют только простой техники управления, которая включает / выключает или затемняет состояние x или y (т.е., состояние относится к уровню освещенности в люксах). С другой стороны, схема IDM требует хорошо выполненных методов управления (например, методов искусственного интеллекта) для определения оптимальных уровней затемнения светильников при удовлетворении визуального комфорта пассажиров. Поэтому в этой статье методы управления, в частности, сосредоточены на схеме управления затемнением на основе освещенности (IDM). На основе рис. 2 методы управления можно разделить на три категории: на основе контроллера, на основе оптимизации и гибридные методы.Эти категории основаны на концепции методов проектирования архитектуры и вычисления уровней затемнения светильников. В методике, основанной на контроллере, требуются определенные знания для проектирования архитектуры, например, пропорционального интегрального дифференциала (PID), контроллера нечеткой логики (FL) и искусственной нейронной сети (ANN). Помимо этого, необходимы экспертные знания о работе всей системы освещения, чтобы установить конкретные параметры методов, например, PID и FL, и полные системные данные, например.г., ИНН. FL требует настройки фаззификации (т. Е. На основе входов), дефаззификации (т. Е. На основе выходов) и правил (т. Е. Установления взаимосвязи между входами и выходами системы). ИНС, которая является наиболее популярным методом управления на основе прогнозирования, требует набора данных для целей обучения и тестирования. Данные необходимы для установления взаимосвязи между входами и выходами в нейронной сети. Следует отметить, что в системе освещения входы представлены значениями освещенности от датчиков света, а выходы представлены уровнями затемнения светильников от контроллера.В этих методах оптимальное решение (т.е. оптимальный уровень затемнения светильников) полностью зависит от качества настроек параметров (FL) и данных (ANN). Более того, качество проектной архитектуры и ее параметры являются другими факторами для определения качества решения (уровней затемнения), которые применимы для ИНС. Основным преимуществом этого метода является быстрая реакция для определения уровней затемнения светильников на основе значений освещенности, измеренных датчиками освещенности.Однако существенными недостатками этого метода являются необходимость достаточного количества данных для целей обучения и тестирования, множества настроек параметров и качества настройки параметров контроллера, что требует много времени. Более того, оптимальное решение (т. Е. Уровни затемнения светильников) этой стратегии полностью зависит от качества настройки параметров контроллера, где настройка уникальна, чем другие исследования, которые зависят от освещенности и параметров помещения (например, геометрии и коэффициенты отражения от поверхности).Подробный обзор этого метода, основанный на литературе, представлен в Разделе 2.

При управлении на основе оптимизации определение уровней затемнения светильников полностью оптимизируется с помощью метода в диапазоне нижнего и верхнего пределов регулирования яркости. уровни светильников (т. е. ограничение в уравнении (1)). Существенным достоинством этого метода является то, что он не требует каких-либо специальных знаний о работе всей системы и данных для процессов обучения и тестирования по сравнению со стратегиями на основе контроллеров.В этом методе оптимальное решение (т. Е. Уровни затемнения светильников) полностью зависит от его параметров настройки техники. Например, в методе оптимизации на основе роя параметры, которые необходимо установить, — это количество измерений проблемы, размер популяции, а также количество поколений и конкретные управляющие параметры метода (например, для PSO: коэффициенты ускорения, вес инерции , когнитивный и социальный компоненты). Основываясь на параметрах, чтобы вычислить оптимальные уровни затемнения светильников, время вычислений становится больше, чем у методов, основанных на контроллерах.Однако настройка параметров широко обсуждается в литературе. Примерами методов, используемых в литературе, являются линейное программирование (LP), выпуклая оптимизация (CO) и оптимизация роя частиц (PSO). Подробный обзор этого метода, основанный на предыдущих исследованиях, представлен в Разделе 3.

Гибридные методы представляют собой сочетание управления на основе контроллера и оптимизации, например, ИНС и нелинейной оптимизации с ограничениями (NCO). Цель этой техники — повысить эффективность одной техники.Обширный обзор этого метода, основанный на опубликованных статьях, представлен в Разделе 4.

В этом исследовании представлен всесторонний обзор предыдущих работ с 2010 по 2019 год в области методов управления системами освещения. Три основных метода были разделены на категории на основе различных подходов, предложенных предыдущими исследователями. По всем трем методикам и указанному периоду времени (т.е. девять лет), 37 опубликованных статей рассматриваются для понимания текущего состояния исследований и тенденций в методах управления системами освещения для коммерческих зданий.Отбор документов основан на рассмотренных параметрах, целях управления, схемах и методах, а также на их характеристиках. Новизна этой статьи заключается в систематическом и обширном обзоре существующих исследовательских работ, в которых основное внимание уделяется методам управления системой освещения в отношении входных параметров, методов, целевой функции и ее ограничений в подходах к контроллеру / оптимизации, а также их эффективности и формированию будущих направлений. к устойчивым коммерческим зданиям. Эта статья структурирована следующим образом.В разделах 2-4 подробно рассматриваются входные данные и параметры проектирования, цели и методы управления, а также производительность методов на основе контроллеров, методов оптимизации и гибридных методов, соответственно. В разделе 5 в графической форме представлен анализ тенденций обзора литературы. В Разделе 6 обсуждаются основные выводы из литературы и намечаются будущие направления в сторону более устойчивых и экологически чистых зданий. Наконец, заключение исследования представлено в Разделе 7.

Решения светодиодного освещения для промышленных зданий и складов

Решения для светодиодного освещения промышленных зданий и складов

Освещение необходимо для вашего производственного предприятия.Но знаете ли вы, насколько на самом деле важно инвестировать в правильное решение для производственного освещения? Если вы все еще используете традиционное освещение, то с таким же успехом можете тратить деньги на ветер. Светодиодное освещение для производственных предприятий предназначено для сокращения ваших затрат на электроэнергию и значительного уменьшения потребности в техническом обслуживании.

Если вы объедините эти преимущества с преимуществами, которые вы получите благодаря скидкам на электроэнергию, налоговым льготам и грантам на освещение, вы обнаружите, что задаетесь вопросом, почему не переключились раньше.

Освещение энергосбережения и эффективности

Появление экономичных белых светодиодов позволяет изменить то, как мы освещаем пространства, в которых живем, работаем и играем. Устойчивое светодиодное освещение заменяет устаревшее энергосберегающее HID-освещение в производственных, коммерческих и общественных помещениях. объекты по всему миру. Обладая в 3-5 раз более длительным сроком службы, чем традиционные источники освещения, светодиодное освещение может снизить потребление энергии на 40-70% и значительно снизить затраты на техническое обслуживание.

Производство осветительной продукции

Мы предлагаем комплексные решения светодиодного освещения для вашего производственного предприятия. Наши светодиодные светильники для высоких пролетов для производственных предприятий — это результат более чем 20-летнего опыта в области светодиодного освещения, а также 40-летнего опыта в обрабатывающей промышленности. Мы помогли бесчисленному количеству клиентов в обрабатывающей промышленности повысить эффективность и сократить свои счета за электроэнергию, помогая им поддерживать ответственный и экологически чистый имидж в обществе.Кроме того, непревзойденное качество предлагаемых нами решений для светодиодного освещения может повысить безопасность и производительность вашего производственного предприятия.

Услуги по оптимизации освещения

Помимо предоставления ведущих в отрасли светодиодных осветительных приборов для производственных предприятий, мы также предлагаем экспертные услуги по оптимизации освещения, чтобы обеспечить освещение вашего предприятия в соответствии с самыми безопасными и эффективными стандартами. Видимость является ключом к поддержанию безопасности и производительности на производственном предприятии.Неправильное размещение освещения или слишком мало или слишком много светильников может привести к серьезным проблемам и стоить вам денег. Мы проведем тщательный анализ вашего объекта и текущих световых решений, чтобы разработать стратегию для эффективного удовлетворения ваших потребностей.

Мы помогли бесчисленному количеству клиентов в обрабатывающей промышленности повысить эффективность и снизить энергопотребление, поддерживая при этом имидж ответственного и экологически безопасного предприятия.

Освещение общего назначения, производственные здания

Страна / регион — Пожалуйста, выберите -AfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua И BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia HercegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurmaBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCook IslandsCosta RicaCote D’ivoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEast TimorEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова Фарерские IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Южный TerritoriesGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard И Mc Donald IslandsHondurasHong КонгВенгрияИсландияИндияИндонезияИран (Исла микрофонный Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Корейская Народно-Демократическая Республика OfKorea, Республика OfKosovoKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Арабская JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMawiMexicoMicronesiaMoldova, Республика OfMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNeutral ZoneNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorth MacedoniaNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinaPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Киттс И NevisSaint LuciaSaint Винсент и GrenadinesSamoaSan MarinoSao Фолиант И PrincipeSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSt.Елена Пьер и MiquelonSudanSurinameSvalbard и Ян Майен IslandsSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwanTajikistanTanzania, Объединенная Республика OfThailandTogoTokelauTongaTrinidad И TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks И Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUnited StatesUnited Штаты Экваторияльная IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVatican City State (Святой Престол) VenezuelaViet NamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (США) Уоллис и Футуна IslandsWestern SaharaYemen, Республика Из Заира Замбия Зимбабве

Какая у вас должность? — Пожалуйста, выберите -AdministrationArchitectural TechnologyArchitectureComputer Aided Редакционный (CAD) Строительство MgmtContracts MgmtEducation / TrainingEngineering, Строительство ServicesEngineering, гражданское и StructuralEstimatingFacilities MgmtHousing MgmtInterior DesignLandscape ArchitectOtherPlanning & DevelopmentProject MgmtProperty & Estates MgmtPurchasing / BuyingResearch / LibrarianshipSales / MarketingSecuritySurveying, BuildingSurveying, Количество

Обновите свое освещение | ENERGY STAR Buildings and Plants

Преимущества эффективного освещения для вашего бизнеса

Если в вашем здании используется неэффективное освещение, такое как лампы накаливания, галогенные лампы, HID или флуоресцентные лампы T12, вы теряете значительную экономию.Обновление освещения может стать отличным первым шагом, когда дело доходит до создания эффективного здания. На освещение приходится 17% всей электроэнергии, потребляемой в коммерческих зданиях США, а это означает, что существует множество возможностей сделать ваше освещение более энергоэффективным.

Преимущества светодиодного освещения

С помощью светодиодного освещения вы можете значительно сократить потребление электроэнергии в коммерческом здании с помощью множества доступных осветительных приборов для самых разных нужд и применений.Существует бесчисленное множество возможностей перейти на светодиоды, в том числе уличные фонари, освещение гаража и рабочее освещение.

Переход на светодиоды может улучшить ваш бизнес и производительность. Светодиоды:

• Обеспечивают такую ​​же яркость, как традиционные лампы, но потребляют на 90% меньше энергии
• Срок службы в 15 раз дольше, что означает значительную экономию средств на эксплуатации и обслуживании.
• Вырабатывают очень мало тепла по сравнению с лампами накаливания, которые выделяют 90% своей энергии в виде тепла, и КЛЛ, которые выделяют 80% своей энергии в виде тепла

Светодиоды также наносят серьезный удар по окружающей среде.К 2027 году широкое использование светодиодов может сократить потребление электроэнергии в нашей стране, равное годовой выработке электроэнергии 44 крупными электростанциями, и приведет к общей экономии более 30 миллиардов долларов.

Подходящее время для обновления?

Никогда не бывает плохим временем для повышения энергоэффективности вашего коммерческого здания, и светодиоды имеют финансовый смысл в большинстве сценариев. Здания в регионах с высокими затратами на электроэнергию и здания с длительным режимом работы обеспечат наибольшую окупаемость инвестиций.Вот что может принести пользу вашему бизнесу:

• Снижение операционных расходов
• Повысьте приверженность вашей компании к энергоэффективности
• Воспользуйтесь скидками на коммунальные услуги

Скидки и льготы для ЖКХ

Коммунальные предприятия и другие спонсоры программ энергоэффективности предлагают стимулы (например, скидки при пересылке по почте, выкупы и мгновенные скидки) на всей территории США для продвижения ламп и светильников, сертифицированных ENERGY STAR, декоративных гирлянд, а также потолочных и вентиляционных вентиляторов с подсветкой. комплекты.Многие из этих программ предназначены специально для коммерческих зданий и позволяют сэкономить до 249 долларов на светодиодных светильниках.

Как начать работу с продавцом

Продавцы могут:

• Проведите аудит освещения вашего здания
• Изучите и предоставьте информацию о скидках
• Управление процессом бонуса
• Наблюдать за установкой вашего освещения
• Следите за своей экономией энергии

С чего начать DIY

DIYers, рассмотрите:

• Как качество цвета, оптические характеристики, возможность регулирования яркости и срок службы светодиодной лампы могут повлиять на стоимость ламп
• Каковы конкретные потребности в освещении вашего коммерческого здания?

Дополнительные ресурсы

Поиск сертифицированных специалистов по освещению
Найдите сертифицированных специалистов по освещению в вашем районе.

Найдите дизайнера освещения
Найдите дизайнера освещения, который поможет удовлетворить ваши потребности в освещении.