照明技術(shù)的發(fā)展和建筑照明設(shè)計(jì)應(yīng)用

任元會(huì)

(中國(guó)航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100120)

1 照明技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的發(fā)展,以及科技的進(jìn)步，當(dāng)今照明技術(shù)有以下幾種發(fā)展趨勢(shì)，值得照明產(chǎn)業(yè)和照明工程設(shè)計(jì)給予特別關(guān)注。

1)更加重視和突出照明節(jié)能。這是我國(guó)和全世界都特別關(guān)注的重大問(wèn)題，不僅只是在照明產(chǎn)業(yè)界和照明科技領(lǐng)域，政府部門(mén)也采取了多項(xiàng)實(shí)際有效的措施，推進(jìn)照明節(jié)能和環(huán)境保護(hù)。

2)在照明科技和工程領(lǐng)域，不僅重視照度水平，更關(guān)注保證良好視覺(jué)環(huán)境的照明質(zhì)量，以及照明對(duì)人身心健康的影響。

3)在滿(mǎn)足照明功能的條件下，關(guān)注照明功能和裝飾美觀的有機(jī)結(jié)合，提高照明舒適性、裝飾性和景觀效果。

4)重視新光源、新技術(shù)的研制、發(fā)展和應(yīng)用。上世紀(jì)70年代末到世紀(jì)末，熒光燈研制成效卓著，出現(xiàn)六大進(jìn)步(細(xì)管徑，緊湊型，稀土三基色熒光粉，高頻電子鎮(zhèn)流器，固汞和低汞、微汞，其他工業(yè)進(jìn)步)，使其光效、顯色性能、頻閃效應(yīng)、使用壽命和維護(hù)都取得了重大進(jìn)步，獲得廣泛應(yīng)用。另一個(gè)領(lǐng)域就是固體發(fā)光的半導(dǎo)體器件——發(fā)光二極管(LED)的崛起，自研制出白光LED燈的近20年來(lái)，發(fā)展迅速，LED燈以其高光效、長(zhǎng)壽命、起點(diǎn)快捷、調(diào)光方便等諸多優(yōu)勢(shì)，受到照明產(chǎn)業(yè)界，科技領(lǐng)域和政府部門(mén)的高度重視，前景廣闊。

縱觀今日國(guó)際和國(guó)內(nèi)照明學(xué)術(shù)界科技機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)界以及照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的制(修)訂、學(xué)術(shù)交流、推廣應(yīng)用，無(wú)不顯示和突出以上這些特點(diǎn)，正說(shuō)明這些確系今日照明發(fā)展的潮流和走向。

2 照明節(jié)能是當(dāng)今之首要主題

2.1 照明節(jié)能的意義

從1997年京都協(xié)定書(shū)到2011年哥本哈根世界氣候大會(huì)，全世界對(duì)節(jié)能減排給予了極大重視。照明領(lǐng)域從美國(guó)環(huán)保署1992年提出“綠色照明”到我國(guó)1996年發(fā)布“綠色照明工程實(shí)施計(jì)劃”；從澳大利亞2007年1月計(jì)劃5年禁止使用白熾燈，到我國(guó)2011年11月發(fā)布“淘汰普通照明白熾燈路線(xiàn)圖”，說(shuō)明全世界都對(duì)照明節(jié)能非常重視，并采取了實(shí)際有效的實(shí)施步驟，已經(jīng)產(chǎn)生十分顯著的效果。

2.2 光源的應(yīng)用是照明節(jié)能的第一要素

1)照明節(jié)能是關(guān)系到多方面的系統(tǒng)工程，涉及設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化、照明方式的選取、正確的計(jì)算、照明控制方式的應(yīng)用以及光源、燈具和電器附件的正確應(yīng)用等，然而作為電能轉(zhuǎn)換的第一要素，高效優(yōu)質(zhì)的光源選用無(wú)疑是最主要的因素。

2)應(yīng)淘汰和限制使用的低效光源

(1)不應(yīng)再選用普通照明白熾燈。按我國(guó)淘汰白熾燈路線(xiàn)圖，已于2012年淘汰100W及以上白熾燈，2016年全部淘汰白熾燈；設(shè)計(jì)中，除其他光源不能滿(mǎn)足要求的個(gè)別特殊場(chǎng)所，不應(yīng)再選用白熾燈；對(duì)于現(xiàn)有使用白熾燈的場(chǎng)所，主要是賓館客房、大堂，應(yīng)逐步改造，用LED燈和自鎮(zhèn)流熒光燈取代。

(2)嚴(yán)格限制鹵素?zé)舻膽?yīng)用。主要指低電壓冷光反射燈杯(如MR16)，用于商場(chǎng)照射水晶、金銀首飾等反光性強(qiáng)的商品，能顯示其特殊光彩和商品的華貴品質(zhì)。但由于其光效低(僅高于白熾燈)，僅適用于商場(chǎng)以及博物館、畫(huà)廊等場(chǎng)所的重點(diǎn)照明，而不應(yīng)在賓館客房、大堂以及餐廳、走廊、電梯、電梯大堂、會(huì)議室等場(chǎng)所使用。

(3)不應(yīng)選用熒光高壓汞燈，特別是不使用自鎮(zhèn)流高壓汞燈。這種光源光效低(30lm/W～35lm/W)，顯色性差(Ra=35),已經(jīng)沒(méi)有任何優(yōu)勢(shì)，因此不應(yīng)再選用。目前仍有不少城鄉(xiāng)小路、老企業(yè)等在使用，應(yīng)逐步改造，用LED燈、金鹵燈及高壓鈉燈等高效優(yōu)質(zhì)光源取代。

3)應(yīng)推廣應(yīng)用高效光源。當(dāng)前高效光源主要有：三基色直管熒光燈、緊湊型熒光燈(CFL)、金鹵燈和陶瓷金鹵燈、高壓鈉燈、無(wú)極熒光燈及LED燈。這些光源的共同特點(diǎn)是光效高，但顯色指數(shù)、起點(diǎn)性能及調(diào)光性能等各有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)場(chǎng)所的特點(diǎn)和要求合理應(yīng)用。

三基色直管熒光燈仍是應(yīng)用最廣的高效光源，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)都比較優(yōu)異，其性?xún)r(jià)比高，經(jīng)濟(jì)合理。如何正確使用，應(yīng)堅(jiān)持以下幾項(xiàng)要求：

(1)細(xì)管徑：即采用光效更高、環(huán)保性能好的T8和T5型燈管。

(2)三基色：即采用稀土三基色熒光粉的燈管，其顯色指數(shù)(Ra)大于80，滿(mǎn)足使用要求，其光效比鹵粉燈管高18%～30%，不僅有極好的節(jié)能效果，而且減少了需要的燈具數(shù)量，所節(jié)省的費(fèi)用不僅可彌補(bǔ)三基色燈管增加的費(fèi)用，還有剩余。

(3)長(zhǎng)燈管：即選用長(zhǎng)度約為1 200mm的燈管(T8-36W,T5-28W)，不應(yīng)選擇長(zhǎng)度約為600mm的燈管(T8-18W,T5-14W)，特殊需要者除外。因?yàn)榍罢弑群笳吖庑Ц?5%～40%(含鎮(zhèn)流器)，而且按《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》(GB 17625.1-2003)的規(guī)定：P>25W放電燈的3次諧波不得超過(guò)30λ(λ為功率因數(shù))，P≤25W者，其3次諧波不應(yīng)超過(guò)86%，而高次諧波導(dǎo)致多種危害，特別是3次諧波電流在中性線(xiàn)(N線(xiàn))中呈三倍疊加，致使導(dǎo)體(相導(dǎo)體和N線(xiàn))截面成倍乃至幾倍增加，而且使線(xiàn)路功率因數(shù)大大降低(從0.95降至0.5～0.6)，所以必須嚴(yán)格限制這種長(zhǎng)度約為600mm的燈管的應(yīng)用。近年來(lái)，由于一些寫(xiě)字樓、商場(chǎng)、學(xué)校、控制室等類(lèi)場(chǎng)所的照明設(shè)計(jì)由裝飾公司完成，他們往往注重裝飾效果、觸效重視度不夠，大量使用了長(zhǎng)度約為600mm的燈管，導(dǎo)致能效低、諧波大等諸多惡果，必須大力糾正。

2.3 關(guān)于照明功率密度(LPD)限值的降低與應(yīng)用

1)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2004)制訂了各類(lèi)場(chǎng)所的LPD限值，并作為強(qiáng)制性條文發(fā)布，已實(shí)施8年多，對(duì)建筑照明節(jié)能起到了很大的推動(dòng)。其中規(guī)定了LPD限值的目標(biāo)值，更為綠色建筑和節(jié)能建筑所引用。

2)鑒于光源、燈具技術(shù)的發(fā)展，能效的提高和照明工程設(shè)計(jì)對(duì)節(jié)能的重視，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LPD最大限值仍存在進(jìn)一步緊縮(降低)的條件，這也是2004年發(fā)布《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)所預(yù)計(jì)到的。因此，新修訂《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》時(shí)，進(jìn)一步降低LPD最大限值的規(guī)定，完全符合實(shí)際情況，必將進(jìn)一步推動(dòng)照明節(jié)能的發(fā)展。

3)LPD限值的實(shí)施

(1)LPD限值是最大允許值，并非優(yōu)化值。一個(gè)場(chǎng)所應(yīng)安裝多個(gè)光源，應(yīng)按場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)值和場(chǎng)所面積及其室形指數(shù)(RI)等因素，經(jīng)計(jì)算確定光源數(shù)量和需要的安裝功率(即實(shí)際LPD值)，并要求此值不能大于規(guī)定的LPD最大限值，最好是低于甚至大大低于LPD限值，更有利于節(jié)能。某些設(shè)計(jì)不作照度計(jì)算，而利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的LPD限值以簡(jiǎn)單地推導(dǎo)出實(shí)際安裝功率，則是違背標(biāo)準(zhǔn)制定LPD限值的初衷。

(2)LPD限值是一個(gè)推動(dòng)節(jié)能的宏觀指標(biāo)，對(duì)于不同大小、不同高度的房間、場(chǎng)所，其利用系數(shù)相差可能較大。為此，標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)定當(dāng)該房間、場(chǎng)所的RI值小于某一值(即代表其面積很小或高度很大)時(shí)，將加大LPD限值一定比例。

(3)LPD限值是針對(duì)特定使用場(chǎng)所(如辦公室)和相應(yīng)的照度標(biāo)準(zhǔn)值(如300lx)而規(guī)定的，當(dāng)照度標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)定提高或降低一級(jí)時(shí)，LPD限值應(yīng)按比例增減。但由于照度計(jì)算值與照度標(biāo)準(zhǔn)值的偏差(允許不超過(guò)±10%)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定LPD限值不應(yīng)增減。

(4)照明設(shè)計(jì)中應(yīng)采取多種措施降低實(shí)際LPD值：首先是采用高效光源、高效鎮(zhèn)流器和高效燈具；其次是理解標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的均勻度是作業(yè)面的均勻度，并非指整個(gè)房間的均勻度，對(duì)一些非作業(yè)面可以降低照度，而將來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)也不要求所有場(chǎng)所均勻度都不低于0.7，而將分別為0.7、0.6和0.4幾類(lèi)；再就是場(chǎng)所內(nèi)的通道，其照度允許降低，只要求不低于作業(yè)面照度標(biāo)準(zhǔn)的1/3即可。

3 照明視覺(jué)功能與裝飾美觀的結(jié)合

3.1 照明視覺(jué)功能與美觀的雙重要求

照明要滿(mǎn)足視覺(jué)要求，是最基本的條件，包括必要的照度水平和良好的照明質(zhì)量，后者又涵蓋光源的顯色性能和相宜的色溫、眩光限制、必要的照度均勻度和空間亮度。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生活新的需求，一些公共建筑和居住建筑，要求燈具作為房間或場(chǎng)所內(nèi)裝飾的一部分，增加美感是必然的發(fā)展。

3.2 照明工程設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持的原則

1)安全：是基本保證。

2)適用：滿(mǎn)足使用要求，即前述的視覺(jué)功能條件。

3)節(jié)能：是全國(guó)乃至全世界的重大方針。

4)經(jīng)濟(jì)：包括建設(shè)費(fèi)用和使用期間的運(yùn)行費(fèi)用。

5)美觀：體現(xiàn)社會(huì)生活前進(jìn)的新訴求。

應(yīng)該堅(jiān)持以上五項(xiàng)原則的有機(jī)結(jié)合。對(duì)于不同的建筑有所區(qū)別。如工業(yè)建筑場(chǎng)所，特別是冶金、石化、水泥等生產(chǎn)車(chē)間，美觀的考慮就很少；對(duì)于民用建筑，特別是四、五星賓館，高檔次會(huì)所、會(huì)議中心、美術(shù)館等，美觀的因素占十分重要的地位，即使如此，也不能忽視使用要求和節(jié)能等原則。

3.3 當(dāng)前的傾向

1)最突出的問(wèn)題是注重了裝飾美觀，忽視了節(jié)能，主要表現(xiàn)是：

(1)過(guò)高地選用了光效低的光源：如賓館仍使用了很多白熾燈；大量的水晶吊燈使用了多燈頭白熾燈(如某五星級(jí)賓館大堂安裝了五套大吊燈，最大者安裝了180只40W白熾燈泡)；不少場(chǎng)所不恰當(dāng)?shù)厥褂昧朔瓷涫桨姿責(zé)舯?，如賓館客房的陽(yáng)臺(tái)和床頭閱讀燈、走廊燈、電梯大堂燈、電梯內(nèi)燈、餐廳燈等場(chǎng)所。究其原因，有的是客房需要2 700K的暖色溫，有的要求可調(diào)光，有的要求定向性照射，有的要求顯色性好，有的要求輝煌多彩的觀感。其實(shí)今日的高效光源，如熒光燈、LED燈分別具有暖色溫、高顯色、可調(diào)光、定向性等特點(diǎn)?？梢曰蚧究梢源姘谉霟艉望u素?zé)簦涔庑Э商岣哌_(dá)3～6倍。當(dāng)然，有些指標(biāo)仍有差距，如顯色性能和多彩感，仍需要在應(yīng)用中不斷改進(jìn)，根本原因還是沒(méi)有很好地把裝飾美觀和節(jié)能統(tǒng)一，這個(gè)問(wèn)題必須認(rèn)真解決。

(2)燈具設(shè)計(jì)對(duì)裝飾考慮多，對(duì)效能較少顧及。如五星級(jí)賓館客房和洗浴間使用的背板后暗藏?zé)?，光的利用率相?dāng)?shù)?；賓館、餐廳、會(huì)議室等使用的暗槽燈，對(duì)暗槽高度、深度以及頂棚表面反射比，暗槽內(nèi)是否要燈具，什么配光等，從光的利用率計(jì)及甚少，很大程度上影響了能效。

2)其次，考慮裝飾美觀，忽視使用要求。如不少賓館客房活動(dòng)區(qū)(標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定照度為75lx)和床頭(規(guī)定照度為150lx)達(dá)不到照度標(biāo)準(zhǔn)，造成閱讀和作業(yè)的困難；床頭、餐廳、電梯等部位設(shè)置的定向反射式鹵素?zé)?，有的直接眩光過(guò)大，使人很不舒服。

3)再次，為了裝飾美觀，導(dǎo)致維護(hù)不便。如大堂、中庭、自動(dòng)扶梯等的上部，燈很高，高梯難以置放，使換燈和擦拭燈具困難。

4 關(guān)于LED的應(yīng)用和技術(shù)要求

近20年來(lái)，白光LED燈的研制成功，引起了照明產(chǎn)業(yè)界、科研單位、工程設(shè)計(jì)人員和政府主管部門(mén)的極大關(guān)注，投入了大量的資金和人力，進(jìn)行了很多研究，取得了很大進(jìn)展。建筑照明中如何應(yīng)用LED燈，是關(guān)注的重點(diǎn)。

4.1 LED燈的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題

1)LED燈具有光效高、壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，更突出的是起點(diǎn)快捷、可靠，調(diào)光性能是其他光源不可比擬的。其多種顏色的光，可組合成百上千種色彩，以及具有調(diào)整色溫的獨(dú)特性能，使其在城市景觀照明中的建筑藝術(shù)特色表現(xiàn)中，顯示出獨(dú)特的功效。

2)LED燈作為一種新的光源，必然要迎接諸多新的挑戰(zhàn)，如燈具的組成形式、散熱效果、驅(qū)動(dòng)電源方案等都在實(shí)踐中前進(jìn)；LED燈的色表和顯色，以及其光譜分布，藍(lán)色光譜份量大的問(wèn)題，都可能對(duì)建筑內(nèi)場(chǎng)所的應(yīng)用帶來(lái)不良影響，而這些問(wèn)題的解決，又必將降低其光效，提升成本。

4.2 LED燈在建筑照明應(yīng)用的技術(shù)要求

LED燈這種有發(fā)展前景的新型高效光源，正處在步入建筑照明領(lǐng)域的重要時(shí)刻，應(yīng)及時(shí)提出必要的技術(shù)要求，以保證照明質(zhì)量，有利于人的身心健康。這些要求將有效引導(dǎo)LED燈制造商提高產(chǎn)品質(zhì)量，步入正確軌道，也指導(dǎo)照明設(shè)計(jì)師合理選用LED燈。

參照《一般照明用LED模塊—性能要求》(IEC/PAS 62717)和《燈具性能 第2-1部分 LED燈具的特殊要求》(IEC/PAS 62722-1)，以及美國(guó)能源署DOE《LED燈具能源之星認(rèn)證的技術(shù)要求》等文件，對(duì)LED燈在建筑照明的應(yīng)用做出以下技術(shù)要求：

1)長(zhǎng)時(shí)間工作或停留的場(chǎng)所，其顯色指數(shù)(Ra)不應(yīng)低于80。

2)同上場(chǎng)所，其色溫不宜高于4 000K。

3)要求LED燈對(duì)飽和色的特殊顯色指數(shù)R9>0。

4)同一場(chǎng)所內(nèi)同類(lèi)LED燈之間的顏色偏差不應(yīng)大于4SDCM。

5)LED燈在空間的色品不應(yīng)相差太大，要求在大于峰值光強(qiáng)10%的區(qū)域內(nèi)，在不同方向的色品坐標(biāo)與其加權(quán)平均值的偏差，在CIE 1976(u′v′)圖中，不應(yīng)大于0.004。

6)LED燈在壽命期內(nèi)的色品坐標(biāo)與初始值的偏差在CIE 1976(u′v′)圖中，不應(yīng)超過(guò)0.007。

7)LED燈的光通維持率在10 000h時(shí)，不應(yīng)低于90%。

8)LED燈的表面亮度高，應(yīng)更注意限制眩光，LED射燈有漫射罩，并不得任意拆除，遮光角不應(yīng)小于30°。

4.3 更科學(xué)地推進(jìn)LED燈在建筑照明的應(yīng)用

1)LED燈有諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)積極、科學(xué)、穩(wěn)步推動(dòng)其應(yīng)用。

2)LED燈還是在前進(jìn)中的產(chǎn)品，將在應(yīng)用中逐步完善，應(yīng)利用其優(yōu)勢(shì)，首先在更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)所應(yīng)用，如：

(1)高檔民用建筑的裝飾性照明，需要彩色光、彩色變幻燈光、色溫變化等場(chǎng)所。

(2)需要定向照射的場(chǎng)所，如博物展覽、美術(shù)館、照射壁畫(huà)、工藝品等。

(3)需要自動(dòng)調(diào)光或手動(dòng)調(diào)光的場(chǎng)所，首選是根據(jù)人體紅外，感應(yīng)調(diào)光達(dá)到節(jié)能的目的，如：走廊、樓梯間、電梯大堂、電梯內(nèi)、衛(wèi)生間、地下車(chē)間以及沒(méi)有人長(zhǎng)時(shí)間工作、只進(jìn)行短時(shí)檢查、巡視的工業(yè)和民用場(chǎng)所。

3)應(yīng)該循序漸進(jìn)，穩(wěn)步發(fā)展，切忌一哄而起，盲目“跟風(fēng)”，不切實(shí)際地夸大其詞，既不利于LED在建筑照明中的應(yīng)用，也容易損害LED的自身形象。