基于綠色設計思想的LED燈具產品全生命周期開發(fā)模型

文章來源:恒光電器

發(fā)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(yōu)點，被認為是一種符合環(huán)保和節(jié)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(xiàn)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(shù)低，企業(yè)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(yōu)點，被認為是一種符合環(huán)保和節(jié)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(xiàn)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(shù)低，存在光輻射危害等。

 

1傳統(tǒng)LED燈具產品開發(fā)模式及其弊端

 

    傳統(tǒng)的LED燈具產品開發(fā)是從市場需求到產品決策，到產品再決策的循環(huán)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(fā)產品的動力，僅僅考慮到產品實現(xiàn)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(huán)境的影響，更未考慮工廠本身及人類的可持續(xù)發(fā)展。因此，開發(fā)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(fā)模型

 

2.1綠色設計思想的定義

 

    基于綠色設計思想的現(xiàn)代產品開發(fā)就是基于人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標，充分體現(xiàn)節(jié)能、減耗、環(huán)保等思想的一種現(xiàn)代產品開發(fā)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(yè)，在產品的整個生命周期過程中，充分利用現(xiàn)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(tài)環(huán)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(tài)環(huán)境的目的，從而實現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。

 

    基于綠色設計思想的現(xiàn)代產品開發(fā)不同于傳統(tǒng)的產品設計，它是從大的環(huán)境出發(fā)，更強調一種積極性、主動性和動態(tài)性，即我們的社會、政府、個人、企業(yè)都能夠聯(lián)合起來，積極主動地將節(jié)能、減耗、保護生態(tài)環(huán)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(xù)發(fā)展。

 

2.2基于綠色設計思想的LED燈具產品開發(fā)模型

 

     現(xiàn)代LED燈具產品開發(fā)，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(jié)能、降耗，對環(huán)境無污染或少污染，運行性能穩(wěn)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(xiàn)產品在全生命周期對使用者、制造者和環(huán)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(fā)，將綠色設計思想貫穿于產品開發(fā)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(fā)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(guī)，更應該充分考慮人類的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標：

 

1) 根據國家的可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)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(jié)能、降耗、保護生態(tài)環(huán)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(yè)應滿足安全生產標準及員工職業(yè)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(huán)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(xiàn)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(xiàn)綠色設計思想在LED燈具產品開發(fā)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(yōu)化燈具散熱結構：優(yōu)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(yōu)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(yè)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(fā)生故障，只有返廠維修，造成諸多不便，制約了LED燈具行業(yè)的健康發(fā)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(guī)范的接口，增強產品間的互換性。

 

1) 模組：規(guī)范模組的安裝接口、物理尺寸、串并聯(lián)方式、基板厚度、基板外形及尺寸，定義模組的輸入電參數(shù)、光性能參數(shù)、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(huán)境，定義散熱器與模組間的安裝方式或接口，規(guī)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(shù)、輸出電參數(shù)、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(tǒng)：根據計算機和網路通信技術，規(guī)范LED燈具的控制協(xié)議和方法、數(shù)據采集和互動接口及LED燈具控制功能特性等。同時規(guī)范控制系統(tǒng)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(jié)約資源和能源、保護環(huán)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(xiàn)節(jié)省能源、美化環(huán)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(fā)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(jiān)控系統(tǒng)，當芯片或燈具處于異常工作狀態(tài)時，能快速定位故障所在位置，方便維護。

4) 動態(tài)自動調光。根據實際場景需要，自動調節(jié)燈的亮度及色彩，營造出一種溫馨、舒適的環(huán)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(huán)境造成危害。