LED照明燈在現代建筑中的應用

吳壽良

(無錫市申新工程技術有限公司，江蘇 無錫 214073)

1 引言

近年來由于半導體技術的發展，LED照明已被越來越多的人所接受，LED俗稱發光二極管，是上世紀八十年代發展起來的，起初色彩比較單一，常見的只有紅色、綠色，主要用于儀器設備的指示燈，替代傳統的燈絲指示燈。到了九十年代后期,藍色的LED發光技術使LED照明的實現有了可能，近年來LED燈的生產有了飛速的發展，應用也越來越廣泛，已成為當今照明的必然發展趨勢。

2 LED照明燈的原理及其照明應用

2.1 LED燈的原理

LED發光二極管的核心技術是在一塊單晶半導體的兩部分慘雜不同材料，一邊是p型半導體，另一邊是n型半導體，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種利用注入式電致發光原理制作的二極管稱發光二極管，它是制作LED照明燈的基本器件。

在可見光譜特性中沒有白光(見圖1)，可見光波長范圍為380 nm～780 nm，其中770nm～622nm為紅色，622nm～597nm為橙色，597nm～577nm為黃色，577nm～492nm為綠色，492nm～455nm為藍靛色，455nm～390nm為紫色，可見光譜沒有精確的范圍。人眼所能見的白光，需至少兩種光的混合，即二波長發光(藍色光+黃色光)或三波長發光(藍色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光都需要藍色光，所以在藍色LED出現之前，白光LED是不能實現的。

2.2 LED燈的應用

1)在公共建筑中的應用

在現代公共建筑中大多數的照明采用傳統的熒光日光燈和用于局部照明的新型節能燈(又稱為緊湊型熒光燈，有U型、H型、螺旋型等)，白熾燈已逐漸退出市場。

傳統型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在放電過程中輻射紫外線從而使熒光粉發出可見光的原理發光，因此屬于低氣壓弧光放電光源，輻射出波長為253.7nm和185nm的紫外線(主峰值波長是253.7nm，約占全部輻射能的70%～80%；次峰值波長是185nm，約占全部輻射能的10%)以釋放多余的能量。熒光粉吸收紫外線的輻射能后發出可見光。熒光粉不同，發出的光線也不同，這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。由于熒光燈所消耗的電能大部分用于產生紫外線，因此，熒光燈的發光效率遠比白熾燈高，所以與白熾燈相比，是一種節能的電光源。但熒光燈的最大缺點是會引起汞污染，除了加強廢舊熒光燈的回收和降低熒光燈含汞量，沒有其他辦法。

在尋找替代熒光燈的新光源的過程中，綠色無污染的新型照明LED燈產生了，近年來，由于LED技術的迅速發展，LED燈已成為替代熒光燈的必然趨勢。

LED燈具有高效節能、健康、綠色環保、保護視力、光效率高、安全系數高及使用壽命長等特點，完全符合現代建筑的需求。

在公共建筑中，常見的室內公共照明為走廊照明、辦公室照明、地下停車庫照明、環境照明等，而傳統的照明燈具已不能滿足現代建筑的要求，具體分析如下：

(1)走廊照明：照度不需要很高，一般≥50lux，但連續使用時間長，傳統小型節能筒燈或小功率的白熾燈，易發熱、使用壽命短、更換率極高。

(2)辦公室照明：照度要求比較高，一般≥300lux，照明燈的布置密度大，傳統使用熒光格柵燈較多，但有頻閃現象，容易使眼睛產生疲勞，電感整流器會產生50Hz交流聲，電子鎮流器產生電磁干擾，熒光還存在汞污染等，這些多不利于人體健康。

(3)地下停車庫照明：由于現代建筑都設有地下停車庫，而它的照明是24h的，連續使用時間特別長，傳統使用鈉燈或熒光燈，鈉燈需有較大的散熱空間、消耗功率很大，熒光燈更換率極高。

(4)環境照明：在會議室(會場)一般多采用格柵日光燈或筒燈，雖然會議室使用照明燈的時間不長，節能效果不明顯，但傳統燈具調光困難，會議場景不易控、不柔和。

從上述的分析中可以看出，傳統的照明存在著能耗高、使用壽命短、不環保、不易控等缺點。LED燈是與現代建筑相匹配的新型燈源，解決了現代建筑照明中許多難以解決的問題。

LED燈應用于走廊照明，不僅解決了燈具的發熱問題，提高了安全性，還延長了使用壽命，降低了燈具的更換率，節約了電能的消耗。

LED燈應用于辦公室照明，解決了頻閃，降低了環境噪聲，消除了電磁干擾和汞污染，同時也節約了電能的消耗。

LED燈應用于地下停車庫照明，大大降低了電能的消耗和燈具的更換率，改變了照明環境。

LED燈應用于會議室等環境照明，易控制，可組成不同的照明場景，給會議室(會場)營造一個舒適溫馨的環境。

2)在民用建筑中的應用

現在的民用建筑更追求節能、環保、安全，家庭照明中的傳統白熾燈、熒光燈與LED燈是無法相比的，LED燈的優勢遠大于傳統的熒光燈，在上述公共照明分析中已體現出來。為了具體說明，將1.2m T8 LED燈與1.2m T8普通日光燈(熒光燈)作一比較。見表1。

從表1中可見，LED燈具有響應速度快、功耗低、照度高、使用壽命長、無污染、年更換率低等突出優點，最終支出成本低。

表1 1.2m普通熒光燈與LED燈的比較

雖然，目前LED燈的前期投資略大于熒光燈，但在很短的時間內就可以收回投資成本，且目前LED燈的價格在大幅度的下降。

3)在室外場合的應用

在室外，LED在建筑體的景觀亮化和航空障礙照明等方面更能體現出優勢，由于LED燈色彩絢麗、易控制、電壓低、安全可靠，已在亮化工程中廣泛使用。亮化工程中所采用的1.2m燈管功率一般為9W～11W，而點光源燈功率一般只有3W～5W，與傳統的霓虹燈相比節電是可觀的，從可靠性和安全性來比，LED燈高于霓虹燈，而且LED燈的色彩比霓虹燈豐富，從控制技術角度來講LED燈控制容易，繁多的變化花樣只需通過軟件的修改就能實現。所以LED燈在亮化工程中已基本替代了霓虹燈。

隨著現代建筑中高層建筑的崛起，航空障礙照明也必不可少。高層建筑航空障礙照明采用LED燈后，頻率(燈閃次數/秒)極易控制，標識明顯，且由于低電壓供電，安全性高，防水易滿足要求，維修率很低。此外，LED燈消耗功率低，可以與太陽能電池配合使用，真正體現節能環保的理念。

3 LED照明燈不足及其現狀

LED燈雖然有很多優點，但還有其不足之處，如：照射角度有限制，一般LED只能照射180°以下，而普通節能燈幾乎可照射360°；LED燈的光線過亮，會強烈刺激眼睛，而普通節能燈相對柔和；生產過程中，每個批次的LED波長不易一致，造成顏色的一致性差，如要求顏色一致，則會增加成本。LED燈由于采用直流電源供電，電源的可靠性和質量也有待研究。

目前，LED燈具沒有統一標準，而LED燈具的生產廠家又很多，生產質量參差不齊，會影響到LED燈的產業發展。

4 結束語

目前國家越來越重視照明的節能及環保，已經在大力推行LED燈的使用。尤其是公共建筑中，《建筑照明設計標準》(GB 50034-2013)和《中國照明學會地下車庫智能照明技術指導意見(試行)》明確提出了推廣使用LED燈。若LED燈的成本隨LED技術的不斷提高而降低，民用建筑中LED燈的使用也會越來越多，白熾燈、熒光燈及節能燈必然會被LED燈所取代。

綜上，LED照明符合節能、環保、安全、綠色、健康的建筑新理念，必將在公共建筑、民用建筑及其他領域中得到廣泛應用。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部,中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.建筑照明設計標準(GB 50034-2013)[S].北京：中國建筑工業出版社,2013.

[2] 北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 陳永強，魏金成，吳昌東編著.模擬電子技術[M].北京：人民郵電出版社，2013.