1 引言

航天器試驗廠房是衛星和飛船研制、試驗、總裝的主要場所，其內部的照明環境對型號試驗安全有序進行起到非常重要的作用，照明系統是提供明亮、舒適的照明環境的重要保障設施。近年來，隨著我國航天事業的不斷發展，為滿足日益增長的型號任務的需求，航天器試驗廠房的建設規模逐漸擴大，試驗廠房燈光設備的配置也越來越多，燈光系統產生的能源消耗也越來越大。因此，如何節約能源，打造綠色航天器試驗廠房的重要性日益凸顯。對于高大廠房燈光產品來說，隨著近年來LED光源技術的迅速發展，將LED光源應用到高大廠房燈光產品中，已經成為光源行業大力發展的方向。

2 照明系統現狀及存在問題

目前，航天器試驗廠房照明系統主要采用大功率高壓鈉燈和金屬鹵化物燈(金鹵燈)的雙光源組合燈具，燈位距地標高均在20m左右，最高可達25m。由于燈具的更新換代，原雙光源產品購買困難，且雙光源系統存在發熱量大，燈具燒毀頻繁、維修更換難度大等一系列問題。部分雙光源燈具均已被單光源(金鹵燈)燈具取代。單光源照明系統雖解決了雙光源照明系統存在的部分問題，但仍存在一些問題主要表現如下：

1)照明質量欠佳。

經測量得知，航天器試驗廠房內最小照度為60lx，最大照度為168lx，廠房平均照度約為138.6lx，照度值已遠低于QJ2574-93《衛星總裝安全要求》及GJB2204A-2005《衛星總裝通用規范》中“AIT大廳工作區內照度應不低于300lx”的要求，且單光源照明系統色溫不穩定，光衰大，已無法為型號試驗提供良好的照明環境。

2)能耗及維保成本高。

高壓鈉燈和金鹵燈均屬于高壓氣體放電光源，功率大能耗高，據粗略統計，試驗廠房照明系統27盞混光燈一天的電耗約為518kWh(一天按24h計算);燈具維修更換困難，且頻繁的更換與維修需要更多的人力、物力，維護保養成本較高。

3)壽命短。

高壓鈉燈和金鹵燈的理論壽命約為5000小時，但電壓波動、環境溫度、燃點時間等因素均會影響燈具的使用壽命。由于試驗廠房吊頂內溫度較高，燈具本身散熱性差，且未能做到“在24小時連續燃點后，每周必須關閉至少15分鐘”的使用要求，故燈具的實際使用壽命遠低于5000小時。據統計，燈具的燈泡、鎮流器年燒毀率高達30%。

4)存在安全隱患。

由于金鹵燈及鎮流器點燃后要產生大量熱，燈具本身散熱性差，且試驗廠房吊頂內溫度過高等原因，使燈具、電纜等元器件的絕緣性能下降，存在火災隱患;在更換與維修燈具的高空作業過程中存在安全隱患。

3 LED光源及優越性

LED是“發光二極管”的縮寫，LED是一種可以將電能轉化為光能的電子器件，且具有二極管的特性。在一定條件下，它還具有發光特性，當在發光二極管PN結上加正向電壓時，處于高能態的電子與空穴相遇復合時會把多余的能量釋放并以發光的形式表現出來，從而把電能直接轉化成光能。

作為新型照明燈具，LED燈具相比于傳統燈具有著巨大優勢，其主要優點有：

1)發光效率高。

白熾燈光效為12-24lm/w、熒光燈50-70lm/w，大部分的耗電變成熱量損耗，而LED光效可達到50-200lm/w，而且發光的單色性好，光譜窄，無需過濾，可直接發出有色可見光。

2)節能。

LED單管功率0.03-0.06w，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5-3.5v。電流15-18mA，反映速度快，可以高頻操作，用在同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈的萬分之一，熒光燈的二分之一。

3)壽命長。

白熾燈、熒光燈都是采用電子輻射發光，燈絲易燒，熱沉積、光衰減等特點，而LED燈體積小，重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強機械沖擊和震動，不易破碎，平均壽命達10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上。LED燈具使用壽命可達5-10年，可以大大降低燈具的維護費用避免經常換燈。

4)安全可靠性強。

LED燈具是完全封裝在環氧樹脂里面，不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點。發熱量低、無熱輻射性，能精確控制光型及發光角度、光色、眩光、不含汞，鈉元素等可能危害健康的物質。

4 應用措施

LED照明在景觀照明中應用較多，且技術較為成熟，但在高大廠房中應用仍處于初級階段。為確保收獲良好的應用效果，特將本次應用安裝分階段進行，嚴格按照方案論證、產品安裝、照度測試、數據分析幾步完成。

方案論證。為確保應用方案的可行性，在安裝前對試驗廠房進行區域劃分與測量點布置，并對現有燈具的照度進行了測量。并采用照明計算軟件DIALux對試驗廠房LED照明系統的照度進行模擬。將試驗廠房幾何尺寸、燈具參數作為輸入，并選擇四角布點法對照度進行測量，選取168個測量點，通過軟件模擬得出試驗廠房各測量點的照度值，照度模擬效果見圖1。

圖1 照度模擬效果圖

產品安裝。對燈具進行安裝調試。選用燈具產品為BGK300W-A型LED高懸掛燈，具體參數見表1。

表1 LED高懸掛燈參數表

安裝采取維持原燈孔數量及位置不變的方法，采用原有吊頂嵌入式暗裝對LED高懸掛燈進行安裝，燈位平面圖見圖2。燈具的控制方式及導線均不做改動。

圖2 燈位平面圖

照度測試。針對試驗廠房測量區域采取“四角布點法”進行測量。即在照度測量區域內將測量區域劃分成矩形網格，網格為邊長為3m的正方形，在矩形網格4個角點上測量照度，網格四角布點示意圖如圖3所示。

圖3 四角布點示意圖

針對測量區域而言，四角點指測量區域四個角落，共4個測量點;邊線點指測量區域四條外邊線上的點，每條邊線上選取6個點，每點之間距離約為3米，共有24個測量點;場內點指對測量區域四條外邊線內的測量點，每點之間距離約為3米，共有114個測量點。針對已布置好的測量點，嚴格按照測量條件在夜晚對照度進行測量，按測量數據填寫照度測量計量表。由于新照明燈具存在散熱、光衰等問題，故本次測量試驗需持續一段時間，擬定每周測量2次，至少持續8周。以保證把新換燈具的優點、缺點充分暴露出來，以達到測量的目的。

數據分析。對照度測量值嚴格按四角布點法計算公式計算出平均照度及照度均勻度，并對不同燈具的參數、照明效果、節能效益進行詳細對比分析。

四角布點法的平均照度按式(1)計算：

式(1)

式中：

E——平均照度，單位為勒克斯(lx);

M——縱向網格數;

N——橫向網格數;

E□——測試區域四個角處的測點照度，單位為勒克斯(1x);

EΔ——除E□外，四條外邊上的測點照度，單位為勒克斯(1x);

Eo——四條外邊以內的測點照度，單位為勒克斯(1x)。

照度均勻度按式(2)計算：

式(2)

式中：

U——照度均勻度(均差);

Em——最小照度，單位為勒克斯(1x);

E——平均照度，單位為勒克斯(lx)。

計算結果顯示采用LED高懸掛燈后工作面最大照度達470 lx，平均照度達到310lx。由此可見，試驗廠房的照明質量顯著提高，不僅保證了試驗廠房照度值滿足QJ574-93《衛星總裝安全要求》，而且色溫及顯色指數更加宜人，長期使用不會出現色差變化，無偏色現象。

5 節能分析

經計算，在保證試驗廠房照度要求的情況下，新型LED燈具用電功率大幅降低，節電率高達62.5%，節能效益分析見表2，最大限度的節省了電費開支，且新型燈具的壽命成倍延長，大幅降低了燈具維修更換的人力、物力成本。

表2 LED燈與原燈具節能效益分析

通過以上計算得知，改用新型LED燈具后，由于用電功率大幅降低，該大廳每年可節省照明電費約10.88萬元，維護費1.5萬元，每年可節約總費用達12.38萬元。

6 結束語

隨著LED光源技術的迅猛發展，LED光源在高大廠房中的應用也得到了長足的進步。不僅改善了航天器試驗廠房的照明環境，加速了陳舊用電設備、落后工藝的更新換代，還可以大大提高能源利用率，大幅度的降低能源損耗，從而高效地為型號試驗保駕護航，使有限的能源用于更多的科研生產。若今后將LED照明技術與調光技術相結合，LED技術在航天器試驗廠房中的應用必將得到更大的發展。