住宅環(huán)境LED燈具最適化照明設(shè)計(jì)策略的研究

馬存華(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250101)

住宅環(huán)境LED燈具最適化照明設(shè)計(jì)策略的研究

馬存華(山東同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南250101)

0 引言

近年來，受全球環(huán)境變暖影響，地球環(huán)境已開始產(chǎn)生能源枯竭、生態(tài)危機(jī)及資源迅速短缺等負(fù)面問題，人們也逐漸重視環(huán)境及資源保育。資料顯示我國(guó)照明用電量占全國(guó)用電量的13%左右[1]，因此住宅照明節(jié)能在我國(guó)節(jié)能減碳計(jì)劃中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

在節(jié)能減碳的趨勢(shì)下，美、英、日及歐盟等國(guó)家相繼宣布，自2014年起全面禁用與禁止生產(chǎn)白熾燈。我國(guó)也在2009年～2015年分三階段積極推動(dòng) “十城萬盞”計(jì)劃，在全國(guó)21個(gè)試點(diǎn)城市使用100萬盞LED燈具，以全面落實(shí)節(jié)能用電目標(biāo)。第一階段的目標(biāo)為使用省電燈泡取代傳統(tǒng)照明燈具 (白熾燈泡)；第二階段則是以LED燈做為最終照明解決方案 (耗能)，并預(yù)估在LED普及之后可大幅降低我國(guó)的照明用電量約40%[1]的能耗。

由于LED發(fā)光效率的提升，以及其不含汞、光源體積小、耐震、耐沖擊及不易碎裂等優(yōu)勢(shì)，LED已成為目前最受矚目的節(jié)能與環(huán)保新光源。然而，以LED光源結(jié)合既有傳統(tǒng)燈具的應(yīng)用方式，并未讓LED燈具成為令人滿意的室內(nèi)建筑照明裝置[2]。換言之，目前照明市場(chǎng)的LED燈具以替代已有的傳統(tǒng)燈具型式居多，忽視傳統(tǒng)建筑照明具有的燈具性能基本要求，因而并未出現(xiàn)符合室內(nèi)照明環(huán)境需求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)LED燈具。LED燈具若要在住宅環(huán)境中有效展現(xiàn)其多重效能，就必須重視其與所屬環(huán)境條件的適配問題。本文主要探討不同室內(nèi)環(huán)境及空間使用性質(zhì)對(duì)照明性能的要求，并對(duì)LED燈具照明設(shè)計(jì)在不同居住環(huán)境下的限制因素進(jìn)行評(píng)估，提出了最適化的LED燈具設(shè)計(jì)策略。

1 住宅空間照明使用頻率

住宅空間照明的使用頻率，會(huì)因家庭成員的生活習(xí)性以及空間性質(zhì)的不同而有很大的差異。換言之，會(huì)因個(gè)人工作性質(zhì)、家庭結(jié)構(gòu)及生活習(xí)性等影響空間使用時(shí)間的長(zhǎng)短。通過調(diào)查結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為使用照明頻率最高的空間依序?yàn)榭蛷d、臥室、玄關(guān)、走廊、樓梯間、書房、洗手間；廠商則認(rèn)為使用照明頻率最高的空間依序?yàn)榭蛷d、玄關(guān)、走廊、樓梯間、臥室、書房、洗手間。

這些空間照明使用時(shí)間長(zhǎng)短的分布中，客廳是以4h～6h以上為主；玄關(guān)、走廊、樓梯間是以4h～6h為主；臥室是以6h～8h以上為主；書房是以4h～6h以上為主；洗手間是以4h以上為主[3]。依據(jù)上述空間使用照明時(shí)間的比例，對(duì)住宅而言，客廳、臥室、玄關(guān)、走廊及樓梯間應(yīng)是使用LED進(jìn)行節(jié)能減碳的主要空間。依據(jù)這些空間的性質(zhì)與其在照明設(shè)計(jì)部分的需求，將LED燈作為基本的燈具設(shè)計(jì)考量，以便能滿足消費(fèi)者的視覺舒適及節(jié)能需求。

2 不同住宅空間LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

住宅室內(nèi)空間在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮不同時(shí)段的照明要求，因?yàn)樯钚袨榛蚧顒?dòng)的不同，需要不同的照明設(shè)計(jì)。例如，在進(jìn)行住宅空間燈具選擇時(shí)，目前大部分人都是習(xí)慣于一室一燈的照明方式，并以直接照明為主，其次是只要求室內(nèi)空間的整體照度必須足夠，但又不知如何用局部照明來滿足局部空間的照度要求。在燈具長(zhǎng)期使用、維護(hù)方面，雖然光源亮度已明顯衰減，卻不及時(shí)更換，導(dǎo)致室內(nèi)照度明顯不足。這種采用全般照明模式，但室內(nèi)照度過高或明顯不足已是常見現(xiàn)象。室內(nèi)照度不足或室內(nèi)照明環(huán)境品質(zhì)被忽略的問題，也可能是由于室內(nèi)色彩或家具擺設(shè)并未與照明燈具樣式及裝設(shè)位置相互配合。對(duì)住宅環(huán)境照明的需求是要提供比較休閑或溫暖的居家生活感覺，照明設(shè)計(jì)通常采用間接光源的建筑式照明方式，因?yàn)榫蛹疑钍且宰屓朔潘蔀橹?，過多的直接光不易消除在辦公室環(huán)境下工作所導(dǎo)致的緊繃感。傳統(tǒng)光源在塑造住宅照明環(huán)境品質(zhì)方面已能提供非常優(yōu)異的效果。新興的LED光源，因LED在光線色彩方面的多變化性，對(duì)情境氛圍的塑造的確可讓居家生活增添不少新鮮感。對(duì)于需要專注的視覺作業(yè)可輔以局部照明來增加照度。總之，在住宅環(huán)境中，LED燈具足以擔(dān)負(fù)一種與人們?nèi)粘Ｉ罨?dòng)的角色，讓生活增添不一樣的樂趣[4-7]。

2.1 客廳LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

此空間的主要功能是接待客人，但也經(jīng)常是家人齊聚的主要空間。換言之，客廳通常是住宅空間中人們逗留時(shí)間最長(zhǎng)的場(chǎng)所。在客廳中的活動(dòng)以半動(dòng)態(tài)的休閑行為較多，但也可以是靜態(tài)的閱讀。因此，對(duì)客廳照明的提供，若能依活動(dòng)的不同而改變，讓使用者擁有空間光線選擇的可能性，自然能給人們帶來不同的感覺，溫暖且輕松愉快。像這種使用機(jī)能彈性較大的客廳，對(duì)燈具組合運(yùn)用的要求也較多。可依使用區(qū)域的不同來選用照明燈具，讓空間有不一樣的表情，而不再是一成不變[4-7]。

問卷 (參考表1)結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為燈泡的更換方便性與售價(jià)高低為主要的設(shè)計(jì)考量。若考慮此設(shè)計(jì)因子，客廳不能使用完全替換型的LED燈具，必須使用光源可替換型的LED燈具。LED燈基本都已具備省電與壽命長(zhǎng)的特性，如何降低售價(jià)成為關(guān)鍵性因素。然而在符合更換方便性與較低售價(jià)期望的同時(shí)，確保品質(zhì)以維持持久性與省電特性也是必須重視的因素。

表1 客廳空間目標(biāo)構(gòu)面評(píng)估指標(biāo)與燈具設(shè)計(jì)因子優(yōu)先次序匯整

2.2 玄關(guān)、走廊、樓梯LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

玄關(guān)為住宅主要入口，其照明燈具創(chuàng)造的舒適及和諧氣氛，足以影響并改變家人在忙碌一天之后回家的心情，也能讓家人及賓客愉快及安全地進(jìn)入室內(nèi)空間。走廊及樓梯間屬于一種與動(dòng)線相關(guān)的過渡空間，其照明使用時(shí)間比較短且不固定。但若這些空間的燈具使用管理不當(dāng)，很容易造成能源浪費(fèi)[4-7]。

問卷 (參考表2)結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為售價(jià)高低為最主要考量，其次為藝術(shù)造型。一般而言，在玄關(guān)、走廊、樓梯空間使用的燈具，屬指引或裝飾性燈具，并非以足夠照度為主要考量，因此售價(jià)應(yīng)在合理范圍內(nèi)，即消費(fèi)者能接受的價(jià)格，讓LED燈具在這種空間可發(fā)揮最大效益。在藝術(shù)造型方面，不建議使用完全替換型LED燈具，即使是有創(chuàng)意的 LED燈具，若采用的光源可替換，將成為吸引消費(fèi)者的主要競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。換言之，如何設(shè)計(jì)兼具藝術(shù)造型及低成本的燈具是此空間的燈具設(shè)計(jì)策略要項(xiàng)。

表2 玄關(guān)、走廊、樓梯空間目標(biāo)構(gòu)面評(píng)估指標(biāo)與燈具設(shè)計(jì)因子優(yōu)先次序匯整

2.3 臥室LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

臥室屬于休息及讓身心放松的空間，需要考慮舒適性及實(shí)用性，特別是運(yùn)用燈光來營(yíng)造一種能完全釋壓的氛圍。這種氛圍會(huì)因使用者習(xí)性的不同而改變，例如閱讀、睡眠或其他活動(dòng)所需燈光要求，理論上，可調(diào)光燈具是較常使用的[4-7]。

問卷 (參考表3)結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為售價(jià)高低是最主要考量。在臥室空間使用的燈具，雖然燈罩可變換是消費(fèi)者重視的因子，但售價(jià)還是必須制定在合理范圍內(nèi)。由于LED體積小且不發(fā)熱，燈罩設(shè)計(jì)可使用的材料也更加廣泛 (如紙、布或其他的柔性材料)，讓臥室空間能不受傳統(tǒng)燈具材料束縛。此外，運(yùn)用可調(diào)節(jié)光量或光線顏色的LED光源也有助于創(chuàng)造更多不同氛圍的光環(huán)境。同樣，在兼顧可變換燈罩效果的同時(shí)，合理價(jià)格是廠商必須重視的因素，若其材料為可回收或自然分解材質(zhì)，就更易引起消費(fèi)者購(gòu)買興趣。

表3 臥室空間目標(biāo)構(gòu)面評(píng)估指標(biāo)與燈具設(shè)計(jì)因子優(yōu)先次序匯整

2.4 書房LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

書房是人們書寫、閱讀及業(yè)余學(xué)習(xí)或在家工作的空間，通常是以局部燈光照明為主。書房照明應(yīng)讓人們能夠穩(wěn)定且活力充沛地工作和學(xué)習(xí)，因而提供的光線需要柔和、明亮且能避免眩光出現(xiàn)。書房通常會(huì)選用間接照明方式的燈具提供主體的環(huán)境照明，另外，在書桌或工作面上放置可移動(dòng)式燈具 (例如臺(tái)燈)，作為局部照明用，此類燈具同樣也必須考慮功能性及眩光問題[4-7]。

問卷 (參見表4)結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為最主要的考量為眩光控制，其次為省電。由于近距離閱讀或書寫是最常見的書房活動(dòng)，在書房空間使用的LED燈具，必須是無重影的，即必須能提供比較均勻且無陰影的光線來輔助視覺作業(yè)。若為多顆LED陣列的LED燈具，通常會(huì)在燈罩表面利用霧化設(shè)計(jì)來消除重影的影響程度。原則上，LED燈已具備省電與壽命長(zhǎng)的特性，眩光控制或避免重影現(xiàn)象自然成為關(guān)鍵性設(shè)計(jì)因素。此外，LED光源的體積相對(duì)很小，構(gòu)成的LED燈具自然也能符合消費(fèi)者對(duì)于體積小的要求。

表4 書房空間目標(biāo)構(gòu)面評(píng)估指標(biāo)與燈具設(shè)計(jì)因子優(yōu)先次序匯整

2.5 洗手間LED燈具照明設(shè)計(jì)策略

洗手間的主要功能包括生理需求、身體清潔，所需光線以柔和為主，照度要求雖然不高，但光線必須均勻。此外，洗手間內(nèi)會(huì)經(jīng)常用水，因而必須注意燈具防水性以及因水氣而導(dǎo)致的燈具表面污垢積聚。有時(shí)為了臉部清潔或化妝必須使用均勻且無陰影的燈光來輔助，對(duì)演色性的需求也相對(duì)較高[4-7]。

問卷 (參考表5)結(jié)果顯示，消費(fèi)者認(rèn)為最主要因素是智能控制，其次為產(chǎn)品有節(jié)能標(biāo)識(shí)。由于LED是一種節(jié)能的綠色光源，通常符合節(jié)能的光效標(biāo)準(zhǔn)。洗手間濕氣較重，若濕氣排風(fēng)不足易滋生霉菌。在一般的洗手間設(shè)計(jì)中，排風(fēng)與電燈控制是同時(shí)切換，因此當(dāng)電燈關(guān)閉時(shí)，排風(fēng)扇也被關(guān)閉。智能控制的燈具除能依據(jù)不同環(huán)境濕度而自動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)外，對(duì)于燈的亮度、顏色及投光角度也做了重要考慮。

表5 洗手間空間目標(biāo)構(gòu)面評(píng)估指標(biāo)與燈具設(shè)計(jì)因子優(yōu)先次序匯整

3 結(jié)束語

綜合上述，在客廳、玄關(guān)、走廊、樓梯及臥室等空間的LED照明設(shè)計(jì)中，比較受重視的設(shè)計(jì)因子是售價(jià)的高低以及燈泡更換方便性。藝術(shù)造型、可變換燈罩及燈具材料三項(xiàng)也與售價(jià)高低有某種程度的關(guān)聯(lián)性。燈具廠商在開發(fā)LED燈具時(shí)，可在衡量消費(fèi)者對(duì)價(jià)格合理范圍的要求下，提供多變化且適用性高的可調(diào)整再使用燈具。

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Study on theOptimalLightingDesign Strategies of LED Lamps for Residence

Ma Cunhua

目前，低碳節(jié)能建筑已是我國(guó)執(zhí)行長(zhǎng)期減碳計(jì)劃的重要項(xiàng)目之一。據(jù)電力公司統(tǒng)計(jì)顯示，住宅照明用電占全國(guó)電燈用電的21.0%[1]。政府也期望在未來能以LED燈做為住宅照明節(jié)能最終解決方案。LED是一種節(jié)能環(huán)保新光源，但以替代傳統(tǒng)光源的方式來結(jié)合傳統(tǒng)燈具，是否能確定改善居住環(huán)境的照明品質(zhì)，即LED燈具與住宅環(huán)境適配問題是本研究的主要目的。

LED燈具 住宅照明 最適化設(shè)計(jì) 照明節(jié)能

The project of low carbon and energy efficient buildings currently has become an important item of Long-term Carbon Reduction Commitment in China.According to the statistics of the Power Company，residential lighting took 21%of total national lighting electric power consumption.The government expects the energy saving of residential lighting can be finally settled by LED lamps.LED lamp is a kind of new green light source. However，whether the way of substituting traditional light source with LED lamps can specifically improve the lighting quality in residence.In another word，the adaptation of the LED lamps to the residential environment is the motivation of the study.

LED lamps，residential lighting，optimal design，energy-saving lighting