基于綠色設計思想的LED燈具產品全生命周期開發模型

文章來源:恒光電器

發布時間:2015-01-17

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 LED作為新一代光源，具有低功耗、無污染、適用性強、高可靠性和長壽命等優點，被認為是一種符合環保和節能的綠色照明光源。但是，當前LED燈具產品還存在一些問題，主要體現在：單個LED功率低，大功率的LED存在散熱問題，光衰比較明顯，實際壽命達不到設計要求，互換性和維修性差，顯色指數低，企業資訊，存在光輻射危害等。

LED作為新一代光源，具有低功耗、無污染、適用性強、高可靠性和長壽命等優點，被認為是一種符合環保和節能的綠色照明光源。但是，當前LED燈具產品還存在一些問題，主要體現在：單個LED功率低，大功率的LED存在散熱問題，光衰比較明顯，實際壽命達不到設計要求，互換性和維修性差，顯色指數低，存在光輻射危害等。

 

1傳統LED燈具產品開發模式及其弊端

 

    傳統的LED燈具產品開發是從市場需求到產品決策，到產品再決策的循環過程，如圖1所示。

 

    如上模式是以個人或是一部分人的利益為核心，主要把追求最大利潤作為開發產品的動力，僅僅考慮到產品實現的功能，或者是根據用戶的需要，設計一些相關的特性。廠家往往是追求短期最大利潤，未考慮產品全生命周期過程中對人和環境的影響，更未考慮工廠本身及人類的可持續發展。因此，開發的產品存在不足和隱患，戶外照明，如表1所示。

2基于綠色設計思想的LED燈具產品開發模型

 

2.1綠色設計思想的定義

 

    基于綠色設計思想的現代產品開發就是基于人類可持續發展的戰略目標，充分體現節能、減耗、環保等思想的一種現代產品開發模式。它的基本思想是：在一定時期、一定范圍內，無論是政府、社會還是企業，在產品的整個生命周期過程中，充分利用現代科技成果，在滿足產品應達到使用性能的同時，積極、主動做到高效率地利用自然資源和能源，對生態環境無污染或者是少污染，對制造者和使用者要具有好的友善性，報廢的產品要能夠回收利用，廢棄物要能夠清潔處理，以達到珍惜寶貴的自然資源和保護生態環境的目的，從而實現人類的可持續發展。

 

    基于綠色設計思想的現代產品開發不同于傳統的產品設計，它是從大的環境出發，更強調一種積極性、主動性和動態性，即我們的社會、政府、個人、企業都能夠聯合起來，積極主動地將節能、減耗、保護生態環境的理念充分結合先進科技成果，應用到產品全生命周期的各個階段，以期達到人類的可持續發展。

 

2.2基于綠色設計思想的LED燈具產品開發模型

 

     現代LED燈具產品開發，應充分利用先進設計理念，結合當代高科技成果，先進加工方法和設備，制造過程和使用過程節能、降耗，對環境無污染或少污染，運行性能穩定、高效，具有良好的維護性和使用性，報廢產品要便于再利用和綠色處理，從而實現產品在全生命周期對使用者、制造者和環境的友善性。

 

     基于綠色設計思想，電工照明，從LED燈具產品全生命周期過程出發，將綠色設計思想貫穿于產品開發的各個階段，從而形成切實可行的LED燈具產品綠色設計開發模型，如圖2所示。

3綠色設計思想在LED燈具產品全生命周期階段的應用

 

3.1決策階段

 

    決策階段，恒光電器,照亮您的生活，不僅要明確產品應達到的功能和性能指標及安全要求，整個設計制造過程中，還應遵守一些相關的法律、法規，更應該充分考慮人類的可持續發展戰略目標：

 

1) 根據國家的可持續發展的戰略目標，將我國頒布的《中國21世紀議程》作為一項基本設計準則，充分考慮節能、降耗、保護生態環境；

2) 電氣產品安全及性能要求。如出口到歐盟的低電壓指令(LVD)，電磁兼容指令(EMC)，ERP能效指令2009/125/EC等等。

3) 社會責任。LED燈具產品在生產制造過程中，企業應滿足安全生產標準及員工職業健康危害標準要求，同時考慮資源和能源的有效利用及對于環境的影響。

    產品決策者有工廠、用戶、社會，甚至政府的加入，通過各方的共同努力，使產品的決策方案更具有科學性和完整性，適合現代LED燈具產品的綠色設計需要。

 

3.2設計階段

 

    采用先進的設計方法和理論，結合當前LED燈具產品的最新研究及應用成果，實現綠色設計思想在LED燈具產品開發中的應用。

 

3.2.1長壽命設計

 

     LED燈具的壽命是一個總體概念，它包括模組、驅動和燈具支架。針對影響LED燈具壽命的主要因素，LED燈具長壽命設計的具體方案有：

 

1) 改進LED芯片的封裝材料、粘貼工藝，增加和改善散熱結構，降低封裝部件間的熱阻。

2) 采用恒流源驅動，車間照明，避免由于LED芯片工作電壓的波動，CCC認證，而導致工作電流劇增引起的LED芯片溫度短期聚積。特別是高壓線性恒流源驅動，由于沒有使用隔離變壓器及電解電容，降低了電源產生的熱量，可以增加驅動的實際壽命。

3) 選用高質量長壽命的電解電容器，改善電容器的安裝結構，降低電容器的使用溫度，增加電容器的實際使用壽命。

4) 優化燈具散熱結構：優化散熱器的表面積、安裝密度，改善散熱基板安裝結構。

5) 改善燈具的通風條件，優化驅動、芯片及散熱片的安裝位置，增加通風孔或風扇，降低燈具體內溫度，增加驅動和芯片的實際使用壽命。

6)戶外LED燈具，改善防塵防水結構，避免由于外殼進水影響燈具使用壽命。

7) 視覺作業場合的燈具，其頻閃限值應滿足相關標準要求，高質量，保證不會產生視覺疲勞。

 

3.2.2標準化設計

 

    不同廠家LED燈具產品間不能互換，可維護性差，一旦發生故障，只有返廠維修，造成諸多不便，制約了LED燈具行業的健康發展。標準化LED燈具產品機械、光、電、熱和控制五方面接口的設計，形成規范的接口，增強產品間的互換性。

 

1) 模組：規范模組的安裝接口、物理尺寸、串并聯方式、基板厚度、基板外形及尺寸，定義模組的輸入電參數、光性能參數、ta及tc值，保證LED模組間通用和互換。

2) 散熱器：針對不同用途的LED燈具，按照實際的使用功率和使用環境，定義散熱器與模組間的安裝方式或接口，規范對應功率的散熱器形狀、結構和尺寸。

3)反光罩和配光透鏡：不同用途的LED燈具，要求不同功能性應用的配光曲線和外部造型，按照實際用途，分別對應標準化燈具反光罩和配光透鏡的反光或透光性能、造型、尺寸、安裝方式及接口。

4) 驅動器：根據LED驅動的類別和用途，對應標準化驅動的類別、ta及tc值、輸入電參數、輸出電參數、尺寸及安裝，標準化驅動的輸入及輸出連接方式。

5) 控制系統：根據計算機和網路通信技術，規范LED燈具的控制協議和方法、數據采集和互動接口及LED燈具控制功能特性等。同時規范控制系統的硬件要求，如通信方式、控制端口、嵌入式控制芯片或控制模塊等。

6) 燈具的可回收性設計和可拆卸性設計：在燈具產品功能性標準化設計的基礎上，考慮零部件材料的可回收性與可拆卸性，在產品再利用和報廢階段，照明產品，店鋪照明，拆卸和分解相關材料，達到節約資源和能源、保護環境的目的。

 

3.2.3智能化設計

 

    LED光源是低壓微電子產品，便于計算機和網絡通信控制，通過智能化設計及應用，來實現節省能源、美化環境、方便維護的目的。

 

1) 智能開關。根據實際照明需要編制時間表來控制照明時間，或通過光電傳感器檢測照度值來開關燈，也可以通過紅外線感應器感應來開關燈。

2)太陽能LED燈具。通過太陽能發電原理和應用，將太陽能轉化成電能給LED燈具供電。

3)故障智能定位。通過計算機軟件技術和網絡技術，建立LED燈具監控系統，當芯片或燈具處于異常工作狀態時，能快速定位故障所在位置，方便維護。

4) 動態自動調光。根據實際場景需要，自動調節燈的亮度及色彩，營造出一種溫馨、舒適的環境。

 

3.2.4安全性設計

 

    根據歐盟燈具安全通用標準EN 60598-1定義，燈具在正常使用、可預見性誤操作及異常條件下，不應對人和周圍的環境造成危害。