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月神照明:LED燈具結構及外觀設計問題分析
發布時間:2020-03-02 17:10????瀏覽數::

以LED路燈為例,LED路燈的應用受到諸多企業的關注與青睞,但在結構設計,照明創意、造型設計等方面存在一些問題,給業主的使用與挑選造成了不小的困惑。本文論述了LED燈具結構及外觀設計存在的五點問題并提出了相應的解決方案,當前市面上單一的“裸體”路燈存在的主要問題如下:

    第一,材料表面處理(含電源),難以經受長時間惡劣環境的侵蝕。所謂的“裸體”路燈一般是散熱器直接裸露在外面的路燈。有些廠家認為這樣更有利于散熱,但這樣的前提是燈具必須安裝在一個比較干凈、不受外界惡劣條件影響的環境中,而實際應用中燈具都是直接安裝在戶外,可能遭遇酸雨、沙塵暴、暴雪、暴曬等各種惡劣環境。

    其次,由于鋁合金比重較小,散熱性能優越,所以LED路燈的散熱器一般都選用鋁合金,但鋁合金的化學性能非?;钴S,極易和酸堿發生反應,暴露在空氣中也非常容易氧化。雖然經過陽極氧化處理后其耐腐蝕性能得到大幅提高,但燈具安裝時仍不可能保證氧化膜不受到破壞,當氧化膜受到破壞后,鋁合金活躍的化學性能就能表現出來。在一些污染比較大的地方容易出現酸雨,酸水會積聚在燈體上的某些縫隙和凹槽里,雨過天晴后縫隙或凹槽里的酸水的揮發會腐蝕燈體,受腐蝕的燈體不僅影響美觀、散熱,更影響機械性能。另外,“裸體”式的路燈由于散熱器本身的結構特性致使它非常容易積累沙塵和雪。覆蓋在散熱器上的灰塵會使鋁合金的散熱性能大打折扣,而積雪表面上看起來更利于散熱,但實際上在寒冷的天氣里燈具的散熱是足夠的,大量的積雪反而會對燈桿造成巨大的壓力。

    第二,矩形狀外觀設計不符合防風阻要求。這里所說的矩形狀是指燈具呈近四方體形狀,每個面都呈大面積的平面。這樣的平面比較好受力,當風力從某個平面垂直吹過來時,其平面不能將風力分化,從而給燈桿及燈具固定結構造成壓力。這種壓力在一般情況下表現不明顯,但當燈具燈桿經過長時間的老化和腐蝕以后,如若在沿海地區碰上臺風,可能會有燈桿傾斜或者折彎或者燈具掉落的危險。

    第三,熱島效應致LED路燈故障率高。熱島效應主要是指城市氣溫較四周郊區為高,好像一個溫暖的島嶼分布于農村較涼的“海洋”之中,這種現象稱為熱島效應。其實在較大的LED路燈散熱器上也存在這種現象,尤其是單純靠自然對流的時候。LED燈具的散熱過程最主要的還是靠散熱器和空氣的對流換熱,在排除外界風力影響下主要靠自然對流。自然對流是靠和散熱器接觸的冷空氣被散熱器加熱后自然上升,旁邊的冷空氣繼續補充進來,通過這樣不斷循環把熱量帶走。如果散熱器過大的話其中間部分的熱空氣上升后傍邊沒有足夠的冷空氣可以補充(旁邊也有光源在發熱,空氣也相對比較熱),這樣就會導致中間部分散熱效率下降,溫度升高,形成熱島效應。熱島中心的LED比周圍的LED老化更快,故障率更高。

    第四,整體設計帶來后期維護的困難。整體式設計是指將燈具整個光源腔設計成一個不可維護的整體,或者光源腔和電源腔一起設計成一個不可維護的整體。近幾年的實踐說明LED燈具不可能做到免維護。而這種整體式燈具恰恰是無法維護的,一般上路以后出現故障在高架車上沒法完成維護任務,要將整個燈換下帶回廠家修理。這種方式會迫使廠家從一個制造商變成兼備制造商和服務商的角色,需要付出巨大的代價。

    第五,棱角鋒利的裸體散熱塊,不符合燈具安全標準要求。棱角鋒利是指燈體某些金屬零部件出現多個銳利的尖角。這種尖角的存在至少有三點弊處。其一,加工及搬運過程難以保護,容易卷曲。其二,表面處理困難,不管是電鍍還是噴塑,工件本身都要帶電,在尖角處容易出現“聚電”現象,或者導致該處燒壞,或者導致涂層(鍍層)過厚。其三,容易傷及操作工人,某些廠家的燈因棱角太鋒利導致轉配工人經常被刮破手,更危險的是如果工人在高架車上裝燈時被刮傷可能會由于本能反應將手松開,后果將不堪設想。

    針對以上五個問題,本文探討了一些解決方案。對第一、二個問題,筆者認為可以給燈具加一個流線型的上蓋,流線型的上蓋不要有大面積的平面,并且是中間高,周邊低。當然蓋子上要有設計合理的散熱孔和導流面。這樣有4點好處:第一,蓋子可以減輕暴曬的紫外線對散熱器表面保護層的破壞;第二,流線型的形狀不利于雨水在上面停留積聚,能大部分的水直接導向地面,減少酸堿物質對燈具的腐蝕;第三,流線型面能大幅減少積聚在上面的沙塵和雪,利于散熱也減少燈桿和燈具壓力;第四,流線型面能將風力分化成多個方向的力,減少燈桿和燈具壓力。

    對第三、四個問題筆者建議將燈具“化整為零”,放棄整體式設計,改為模塊化設計。對第五個問題建議燈具設計工程師站在操作工人的角度考慮,在設計中盡量關注細節性的問題。

    另外,在設計方面,傳統照明在造型設計方面積累了多年的經驗,半導體照明設計工程師要吸取傳統照明的精髓。與傳統照明相比,LED光源具有個頭小,陣列方式靈活的特點可以實現多樣的、精美的產品設計。另外,半導體照明的設計工程師應結合地域文化開發具有工業化的又有藝術品味的設計產品。地方都有自己獨特的地域文化和風情,只有根據地方特色設計的燈具才能更受人們的歡迎,也能讓來客更了解當地的特色。例如,筆者幾年前構思創意設計的“長空利劍”、“古箏情緣”以及近期構思創意設計的“UFO”、“拳擊手”、“葫蘆娃”等得到了眾多客戶及同行的青睞。

    與此同時,作為照明燈具設計師,除精通照明常識外,也應不斷的提高自身的綜合素質,深入生活,懂得發現、感受生活的美,把情感融入作品設計中,這樣才能實現有生命力、有思想的燈具設計。

    筆者認為,隨著競爭日益加劇,中國市場日趨國際化,很多中小企業缺乏市場網絡和品牌的支撐,應走專業化發展之路,注重產品品質。企業的發展重心放在如何開發高品質、長壽命、低價格的產品上,才能創造消費者、企業與政府多贏的局面。


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