加油站照明中LED灯具的模拟

摘要：本文探讨了LED灯具应用于加油站照明中的可行性与优越性。根据加油站的平面布局及不同功能区域的划分，选择合适的LED灯具并用专业的照明模拟软件进行了照明设计。模拟结果表明合理布置LED灯具的位置，不仅能满足各个区域的照度要求，并且能大大提高照明的均匀性。

关键词：LED灯具；加油站；照明设计

引言

随着半导体照明技术的发展与光效的提高，LED灯具几乎在各个照明领域都得到了应用，包括城市夜景，高校图书馆，机场航站楼，医院，商业街，高铁站候车厅等[1-6]，但是有一个领域还没有引起人们的重视，渗透率也非常低，就是加油站照明。我国的机动车保有量正在快速增加，作为城市交通的基础服务设施的加油站也在不断发展和壮大，数量从10年前的50，000左右猛增到现在的超过100，000，并且建设速度还在不断加快，照明需求非常庞大。由于加油站特殊的结构以及使用环境，对照明灯具有特殊要求，而LED灯具是非常适合应用于这样的环境的，具体体现在以下几个方面。（1）防尘防水等级设计灵活加油站是属于半开放的区域，对灯具的防尘防水等级要求既不像室内灯具那样低，也不像室外灯具那样高。LED由于体积小，排布灵活，在灯具外壳设计方面有很大的灵活度，可以实现既满足IP等级的要求，又不会因为密封过度而造成资源的浪费及成本的上升。（2）防眩光性能好加油站由于是车辆行驶区域，对防眩光的要求比较高。传统灯具为了提高灯具效率，通常采用透明材料作为出光面，眩光严重，带来安全隐患。LED灯具可以通过二次光学设计，将光线投射到需要照明的区域，在提高灯具利用率的同时也有效地减少了眩光。（3）灯具配光可按需求设计加油站的照明不仅要求地面有足够的水平照度，而且要求在加油机表面有足够的垂直照度，以使用户能清楚地看到已加油量，消费金额等信息。传统灯具所使用的反光杯将大部分光线都反射到地面上，造成加油机表面的照度不足。LED灯具可以通过合适的二次光学设计，将光线同时投射于地面（水平面）与加油机表面（垂直面），以使加油站照明达到最优效果。（4）防爆性能好加油站由于汽油、柴油的挥发，处于爆炸性气体环境中，对灯具的防爆要求特别高。金卤灯在启动时的电压高达上千伏，工作时灯泡表面温度超过400oC，存在极大的安全隐患。LED是低压直流器件，单颗LED电压在3V左右，整个灯具的电压通常不会超过50V，而且LED是固态冷光源，表面温度低，从根本上降低了气体由于高温高电压而爆燃的风险。（5）寿命长LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。油站的顶棚高度通常都超过5m，灯具的安装与更换都需要有资质的专业人士进行，所以长寿命的LED灯具对于降低加油站的运营成本是非常有利的。本文以某新建的加油站为例，根据加油站的平面布局选择了灯具，确定了数量，设计了安装位置，并且对于实际安装后的照明效果进行了测量。同时还进行了传统灯具与LED灯具的能耗分析对比。

1加油站的照明要求

加油站内主要分为以下几个区域，加油区，连接区，加油机。各区域因为功能不同，所以照度的要求也不同，国家标准GB50034－2004对加油站照明提出了具体要求，但是各个运营商为了提高企业形象及客户的舒适度，通常提出的照明要求都会比国家标准略高一些，本文所设计的加油站具体照明要求及参考平面如下表1所示。

2加油站的照明灯具选择

在本加油站的照明设计中，按照业主原有的经验，需要使用12盏250W的金卤灯，现我们用某LED厂家生产的LED灯代替，灯具的配光曲线如下图1所示。此款灯具在0-30o角度范围内光强基本保持一致，可以保证在地面上的照度的均匀性；在30o-60oo角度范围内光强也基本保持一致，可以保证在加油机表面的照度的强度及均匀度；在60o-90o角度范围内光强为零，既消除了杂散光，提高了灯具利用率，又降低了眩光。除了光形适合用于加油站之外，此款灯具还具备以下几个特点，使其比金卤灯更适合用于加油站照明中：（1）合适的IP等级防尘防水等级为IP65，适合用于加油站这种半开放的环境中。（2）卓越的抗高压性能最高可以承受10KV的浪涌电压，有效保护灯具不会受到因恶劣环境而引起的巨大脉冲电压的冲击。（3）优越的表面镀膜独有的表面镀膜技术使灯具具有优越的抗紫外线，抗盐雾，抗机械损伤的性能。（4）长寿命灯具的设计寿命为50，000小时，即50，000小时后的光通维持率为88%，大大长于金卤灯的15，000小时的寿命。

3加油站的照明设计

3.1确定灯具功率及数量

加油站的灯具数量不宜过多，否则会增加成本；也不宜过少，否则均匀度达不到要求。一般以每两个加油机之间安装2盏灯为宜。本加油站共有4个加油机，则需要10盏灯。加油区的照度要求为300lx，考虑到随着使用时间的加长LED的光衰特性，在初始安装时照度应为350lx左右；加油区的面积为280m2,则灯具的总输出流明约为98，000lm，计算得知每盏灯的输出流明至少为9，800流明。考虑到边缘的灯具会有一部分光投射到加油区之外，还有加油机，支撑柱等造成的阴影，我们选择功率为144W的灯具，每盏灯的输出光通量为13，000lm。根据同样的方法可计算得知连接区需要2盏LED灯。

3.2确定灯具位置

灯具位置的确定需要借助照明模拟软件，本文作者使用的是美国LightingAnalysts公司出产的专业照明模拟软件AGI32。首先将灯具安放在关于加油机对称的位置，然后根据模拟结果（各个不同区域的照度以及均匀度，尤其是加油机表面的均匀度）再调整灯具位置，以求达到最佳的照明效果。本加油站的高度为6m，在参考了加油站的平面尺寸图及加油机位置图之后，本文作者利用照明模拟软件AGI32进行多次灯具排布方式和安装位置的调整之后，最终确定灯具的安装位置如图2所示（红色小方块为灯具）。将整个照明区域划分成为0.2mx0.2m的小网格，在每一个网格点上放上一个计算点，就可以计算该点的照度。将所有的照度计算点进行统计分析以后，可以得到加油区，连接区，以及加油机表面的照度和均匀度，结果如下表2所示。模拟结果表明，按照设计的灯具数量及位置进行安装的话，各功能区域都能满足照明标准的要求，又不会超出标准太多，造成能源的浪费。

4结论

本文以某新建的加油站为例，根据加油站的平面布局选择了灯具，确定了灯具功率与数量，设计了安装位置，并且进行了照度模拟。实际安装测试的结果表明，设计结果完全满足了客户提出的既有足够的照度，又不会超出太多的照明要求。能耗分析表明，如果新建加油站选择LED灯具的话，将在2.1年左右收回成本，并且随着加油站投入使用的时间加长，所节省的电费将会越来越多，带来可观的经济效益。

参考文献

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作者：郑盛梅 单位：衢州职业技术学院信息工程学院