基于绿色设计思想的LED灯具产品全生命周期开发模型

文章来源:恒光电器

发布时间:2015-01-17

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 LED作为新一代光源，具有低功耗、无污染、适用性强、高可靠性和长寿命等优点，被认为是一种符合环保和节能的绿色照明光源。但是，当前LED灯具产品还存在一些问题，主要体现在：单个LED功率低，大功率的LED存在散热问题，光衰比较明显，实际寿命达不到设计要求，互换性和维修性差，显色指数低，企业资讯，存在光辐射危害等。

LED作为新一代光源，具有低功耗、无污染、适用性强、高可靠性和长寿命等优点，被认为是一种符合环保和节能的绿色照明光源。但是，当前LED灯具产品还存在一些问题，主要体现在：单个LED功率低，大功率的LED存在散热问题，光衰比较明显，实际寿命达不到设计要求，互换性和维修性差，显色指数低，存在光辐射危害等。

 

1传统LED灯具产品开发模式及其弊端

 

    传统的LED灯具产品开发是从市场需求到产品决策，到产品再决策的循环过程，如图1所示。

 

    如上模式是以个人或是一部分人的利益为核心，主要把追求最大利润作为开发产品的动力，仅仅考虑到产品实现的功能，或者是根据用户的需要，设计一些相关的特性。厂家往往是追求短期最大利润，未考虑产品全生命周期过程中对人和环境的影响，更未考虑工厂本身及人类的可持续发展。因此，开发的产品存在不足和隐患，户外照明，如表1所示。

2基于绿色设计思想的LED灯具产品开发模型

 

2.1绿色设计思想的定义

 

    基于绿色设计思想的现代产品开发就是基于人类可持续发展的战略目标，充分体现节能、减耗、环保等思想的一种现代产品开发模式。它的基本思想是：在一定时期、一定范围内，无论是政府、社会还是企业，在产品的整个生命周期过程中，充分利用现代科技成果，在满足产品应达到使用性能的同时，积极、主动做到高效率地利用自然资源和能源，对生态环境无污染或者是少污染，对制造者和使用者要具有好的友善性，报废的产品要能够回收利用，废弃物要能够清洁处理，以达到珍惜宝贵的自然资源和保护生态环境的目的，从而实现人类的可持续发展。

 

    基于绿色设计思想的现代产品开发不同于传统的产品设计，它是从大的环境出发，更强调一种积极性、主动性和动态性，即我们的社会、政府、个人、企业都能够联合起来，积极主动地将节能、减耗、保护生态环境的理念充分结合先进科技成果，应用到产品全生命周期的各个阶段，以期达到人类的可持续发展。

 

2.2基于绿色设计思想的LED灯具产品开发模型

 

     现代LED灯具产品开发，应充分利用先进设计理念，结合当代高科技成果，先进加工方法和设备，制造过程和使用过程节能、降耗，对环境无污染或少污染，运行性能稳定、高效，具有良好的维护性和使用性，报废产品要便于再利用和绿色处理，从而实现产品在全生命周期对使用者、制造者和环境的友善性。

 

     基于绿色设计思想，电工照明，从LED灯具产品全生命周期过程出发，将绿色设计思想贯穿于产品开发的各个阶段，从而形成切实可行的LED灯具产品绿色设计开发模型，如图2所示。

3绿色设计思想在LED灯具产品全生命周期阶段的应用

 

3.1决策阶段

 

    决策阶段，恒光电器,照亮您的生活，不仅要明确产品应达到的功能和性能指标及安全要求，整个设计制造过程中，还应遵守一些相关的法律、法规，更应该充分考虑人类的可持续发展战略目标：

 

1) 根据国家的可持续发展的战略目标，将我国颁布的《中国21世纪议程》作为一项基本设计准则，充分考虑节能、降耗、保护生态环境；

2) 电气产品安全及性能要求。如出口到欧盟的低电压指令(LVD)，电磁兼容指令(EMC)，ERP能效指令2009/125/EC等等。

3) 社会责任。LED灯具产品在生产制造过程中，企业应满足安全生产标准及员工职业健康危害标准要求，同时考虑资源和能源的有效利用及对于环境的影响。

    产品决策者有工厂、用户、社会，甚至政府的加入，通过各方的共同努力，使产品的决策方案更具有科学性和完整性，适合现代LED灯具产品的绿色设计需要。

 

3.2设计阶段

 

    采用先进的设计方法和理论，结合当前LED灯具产品的最新研究及应用成果，实现绿色设计思想在LED灯具产品开发中的应用。

 

3.2.1长寿命设计

 

     LED灯具的寿命是一个总体概念，它包括模组、驱动和灯具支架。针对影响LED灯具寿命的主要因素，LED灯具长寿命设计的具体方案有：

 

1) 改进LED芯片的封装材料、粘贴工艺，增加和改善散热结构，降低封装部件间的热阻。

2) 采用恒流源驱动，车间照明，避免由于LED芯片工作电压的波动，CCC认证，而导致工作电流剧增引起的LED芯片温度短期聚积。特别是高压线性恒流源驱动，由于没有使用隔离变压器及电解电容，降低了电源产生的热量，可以增加驱动的实际寿命。

3) 选用高质量长寿命的电解电容器，改善电容器的安装结构，降低电容器的使用温度，增加电容器的实际使用寿命。

4) 优化灯具散热结构：优化散热器的表面积、安装密度，改善散热基板安装结构。

5) 改善灯具的通风条件，优化驱动、芯片及散热片的安装位置，增加通风孔或风扇，降低灯具体内温度，增加驱动和芯片的实际使用寿命。

6)户外LED灯具，改善防尘防水结构，避免由于外壳进水影响灯具使用寿命。

7) 视觉作业场合的灯具，其频闪限值应满足相关标准要求，高质量，保证不会产生视觉疲劳。

 

3.2.2标准化设计

 

    不同厂家LED灯具产品间不能互换，可维护性差，一旦发生故障，只有返厂维修，造成诸多不便，制约了LED灯具行业的健康发展。标准化LED灯具产品机械、光、电、热和控制五方面接口的设计，形成规范的接口，增强产品间的互换性。

 

1) 模组：规范模组的安装接口、物理尺寸、串并联方式、基板厚度、基板外形及尺寸，定义模组的输入电参数、光性能参数、ta及tc值，保证LED模组间通用和互换。

2) 散热器：针对不同用途的LED灯具，按照实际的使用功率和使用环境，定义散热器与模组间的安装方式或接口，规范对应功率的散热器形状、结构和尺寸。

3)反光罩和配光透镜：不同用途的LED灯具，要求不同功能性应用的配光曲线和外部造型，按照实际用途，分别对应标准化灯具反光罩和配光透镜的反光或透光性能、造型、尺寸、安装方式及接口。

4) 驱动器：根据LED驱动的类别和用途，对应标准化驱动的类别、ta及tc值、输入电参数、输出电参数、尺寸及安装，标准化驱动的输入及输出连接方式。

5) 控制系统：根据计算机和网路通信技术，规范LED灯具的控制协议和方法、数据采集和互动接口及LED灯具控制功能特性等。同时规范控制系统的硬件要求，如通信方式、控制端口、嵌入式控制芯片或控制模块等。

6) 灯具的可回收性设计和可拆卸性设计：在灯具产品功能性标准化设计的基础上，考虑零部件材料的可回收性与可拆卸性，在产品再利用和报废阶段，照明产品，店铺照明，拆卸和分解相关材料，达到节约资源和能源、保护环境的目的。

 

3.2.3智能化设计

 

    LED光源是低压微电子产品，便于计算机和网络通信控制，通过智能化设计及应用，来实现节省能源、美化环境、方便维护的目的。

 

1) 智能开关。根据实际照明需要编制时间表来控制照明时间，或通过光电传感器检测照度值来开关灯，也可以通过红外线感应器感应来开关灯。

2)太阳能LED灯具。通过太阳能发电原理和应用，将太阳能转化成电能给LED灯具供电。

3)故障智能定位。通过计算机软件技术和网络技术，建立LED灯具监控系统，当芯片或灯具处于异常工作状态时，能快速定位故障所在位置，方便维护。

4) 动态自动调光。根据实际场景需要，自动调节灯的亮度及色彩，营造出一种温馨、舒适的环境。

 

3.2.4安全性设计

 

    根据欧盟灯具安全通用标准EN 60598-1定义，灯具在正常使用、可预见性误操作及异常条件下，不应对人和周围的环境造成危害。