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LED灯具结构及外观设计问题分析

2020-10-30 15:30:00

LED灯具厂家的LED路灯为例。 LED路灯的应用引起了众多企业的关注和青睐,但结构设计,照明创意,造型设计等方面存在一些问题,给业主的使用和选择造成极大的困扰。本文讨论了LED灯的结构和外观设计中存在的五个问题,并提出了相应的解决方案。市场上单个“裸”路灯存在的主要问题如下:


材料表面处理(包括电源),很难长时间承受恶劣环境的侵蚀。所谓的“裸”路灯是指散热器直接暴露在外面的那些。一些制造商认为这更有利于散热,但前提是必须将灯具安装在相对清洁的地方,不受外界环境的不利影响,并且灯具的实际应用应直接安装在室外,可能会遇到酸雨,沙尘暴,暴风雪,日晒和其他不利环境。


其次,由于铝合金的比例小,散热性能优越,因此LED路灯散热器一般选择铝合金,但铝合金的化学性能非常活跃,容易与酸和碱反应,暴露于空气也很容易被氧化。尽管经过阳极氧化处理后其耐腐蚀性得到了极大的提高,但仍无法确保在安装灯时不会损坏氧化膜。当氧化膜损坏时,可以显示铝合金的活性化学性质。在一些污染较大的地方,容易发生酸雨,酸水会在灯体内积聚在一些裂缝和凹槽上,雨后的透明间隙或凹槽内的酸水挥发会腐蚀灯体,由灯体的腐蚀不仅影响美观,散热,更影响机械性能。另外,由于散热器本身的结构特性,“裸”路灯非常容易积聚灰尘和雪。散热器上的灰尘覆盖将使铝合金的散热性能大大降低,而雪表面看起来更有利于散热,但实际上在寒冷的天气灯中散热已足够,大量的积雪会在灯上造成巨大的压力极。


    第二,矩形状外观设计不符合防风阻要求。这里所说的矩形状是指灯具呈近四方体形状,每个面都呈大面积的平面。这样的平面比较好受力,当风力从某个平面垂直吹过来时,其平面不能将风力分化,从而给灯杆及灯具固定结构造成压力。这种压力在一般情况下表现不明显,但当灯具灯杆经过长时间的老化和腐蚀以后,如若在沿海地区碰上台风,可能会有灯杆倾斜或者折弯或者灯具掉落的危险。


    第三,热岛效应致LED路灯故障率高。热岛效应主要是指城市气温较四周郊区为高,好像一个温暖的岛屿分布于农村较凉的“海洋”之中,这种现象称为热岛效应。其实在较大的LED路灯散热器上也存在这种现象,尤其是单纯靠自然对流的时候。LED灯具的散热过程最主要的还是靠散热器和空气的对流换热,在排除外界风力影响下主要靠自然对流。自然对流是靠和散热器接触的冷空气被散热器加热后自然上升,旁边的冷空气继续补充进来,通过这样不断循环把热量带走。如果散热器过大的话其中间部分的热空气上升后傍边没有足够的冷空气可以补充(旁边也有光源在发热,空气也相对比较热),这样就会导致中间部分散热效率下降,温度升高,形成热岛效应。热岛中心的LED比周围的LED老化更快,故障率更高。


    第四,整体设计带来后期维护的困难。整体式设计是指将灯具整个光源腔设计成一个不可维护的整体,或者光源腔和电源腔一起设计成一个不可维护的整体。近几年的实践说明LED灯具不可能做到免维护。而这种整体式灯具恰恰是无法维护的,一般上路以后出现故障在高架车上没法完成维护任务,要将整个灯换下带回厂家修理。这种方式会迫使厂家从一个制造商变成兼备制造商和服务商的角色,需要付出巨大的代价。


    第五,棱角锋利的裸体散热块,不符合灯具安全标准要求。棱角锋利是指灯体某些金属零部件出现多个锐利的尖角。这种尖角的存在至少有三点弊处。其一,加工及搬运过程难以保护,容易卷曲。其二,表面处理困难,不管是电镀还是喷塑,工件本身都要带电,在尖角处容易出现“聚电”现象,或者导致该处烧坏,或者导致涂层(镀层)过厚。其三,容易伤及操作工人,某些厂家的灯因棱角太锋利导致转配工人经常被刮破手,更危险的是如果工人在高架车上装灯时被刮伤可能会由于本能反应将手松开,后果将不堪设想。


    针对以上五个问题,本文探讨了一些解决方案。对一、二个问题,笔者认为可以给灯具加一个流线型的上盖,流线型的上盖不要有大面积的平面,并且是中间高,周边低。当然盖子上要有设计合理的散热孔和导流面。这样有4点好处:一,盖子可以减轻暴晒的紫外线对散热器表面保护层的破坏;第二,流线型的形状不利于雨水在上面停留积聚,能大部分的水直接导向地面,减少酸碱物质对灯具的腐蚀;第三,流线型面能大幅减少积聚在上面的沙尘和雪,利于散热也减少灯杆和灯具压力;第四,流线型面能将风力分化成多个方向的力,减少灯杆和灯具压力。


    对第三、四个问题笔者建议将灯具“化整为零”,放弃整体式设计,改为模块化设计。对第五个问题建议灯具设计工程师站在操作工人的角度考虑,在设计中尽量关注细节性的问题。

中山LED灯具

    另外,在设计方面,传统照明在造型设计方面积累了多年的经验,半导体照明设计工程师要吸取传统照明的精髓。与传统照明相比,LED光源具有个头小,阵列方式灵活的特点可以实现多样的、精美的产品设计。另外,半导体照明的设计工程师应结合地域文化开发具有工业化的又有艺术品味的设计产品。地方都有自己独特的地域文化和风情,只有根据地方特色设计的灯具才能更受人们的欢迎,也能让来客更了解当地的特色。例如,笔者几年前构思创意设计的“长空利剑”、“古筝情缘”以及近期构思创意设计的“UFO”、“拳击手”、“葫芦娃”等得到了众多客户及同行的青睐。


    与此同时,作为照明灯具设计师,除精通照明常识外,也应不断的提高自身的综合素质,深入生活,懂得发现、感受生活的美,中山LED灯具把情感融入作品设计中,这样才能实现有生命力、有思想的灯具设计。


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