LED照明在建筑中的節(jié)能應(yīng)用

岳永亮

（思頤科技（上海）有限公司，上海 201100）

1 LED的照明原理以及LED照明的特性

LED是英文light emitting diote的縮寫，即發(fā)光二極管。這種二極管的基本結(jié)構(gòu)就是一塊芯片，這種芯片的構(gòu)成也很簡單，是一塊由電帶動(dòng)發(fā)光的半導(dǎo)體材料，這種材料可以將電能轉(zhuǎn)化成光能［1］。正如人的生存需要心臟時(shí)時(shí)刻刻為全身進(jìn)行供血一樣，LED的持續(xù)工作也離不開這一小塊芯片的作用，換言之，這塊芯片就是LED的心臟。

作為當(dāng)下一種被普遍使用的照明工具，LED有其獨(dú)特的性質(zhì)。首先是LED的可靠性，數(shù)據(jù)才是最有力的證據(jù)，當(dāng)我們?yōu)楣?jié)能熒光燈光源擁有5千小時(shí)的使用壽命感嘆時(shí)，LED的5萬小時(shí)足以讓我們尖叫。如此，LED的可靠性毋庸置疑。其次就是LED的綠色環(huán)保特性，眾所周知，許多的照明工具中都會(huì)含有汞、鉛等對環(huán)境造成很大污染的重金屬，而LED不含有這些“危險(xiǎn)元素”；而且LED發(fā)光時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生紫外線，這樣，之前我們見到的“蚊蟲圍著燈泡轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象就不會(huì)發(fā)生，同時(shí)，LED照明采用恒流驅(qū)動(dòng)，這一設(shè)計(jì)使得電能轉(zhuǎn)化成光能的效率提高至50%以上，傳統(tǒng)的白熾燈泡的轉(zhuǎn)化效率只有4%。

2 建筑物對照明的要求

建筑物的修建歸根到底是為大眾修建的，它的外貌、構(gòu)成都應(yīng)該體現(xiàn)的是消費(fèi)者、大眾的意愿［2］。換言之，建筑物對照明的要求也就是大眾對照明的要求。現(xiàn)如今，人們對燈具、照明的要求已不僅僅是最初的“亮”那么簡單，人們追求的是適宜，安全，節(jié)約。

所謂適宜，就是燈具的照明效果應(yīng)該與建筑物的功能，與人們的認(rèn)知相吻合，針對不同的建筑物，我們使用不同的照明燈具。在追求光明的同時(shí)，安全也是大眾對建筑物內(nèi)燈具的要求；這里的安全不僅僅是指安裝過程中的安全，更加重要的是對人的眼睛、身體的影響程度；建筑物對燈具的選擇中，也要考慮這個(gè)“安全系數(shù)”。所謂節(jié)約，這里的節(jié)約不僅僅是省錢那么簡單，在現(xiàn)在追求低碳生活的情況下，節(jié)約更多的是節(jié)能，節(jié)能不是我們個(gè)人的追求，也是我們整個(gè)社會(huì)的追求，LED燈能很好地將這些需求體現(xiàn)出來。

3 LED照明的節(jié)能特性

有人將LED燈與普通白熾燈、節(jié)能燈以及稀土三基色熒光燈做了比較，結(jié)果顯示“普通白熾燈的光效為12-24lm/w，壽命不超過2000h；螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/w，壽命小于8000h；稀土三基色熒光燈則為50-70lm/w，壽 命 大 約 為 10000h；而 白 光 LED為100-200lm/w，壽命可大于100000h。”據(jù)此，LED的節(jié)能不言而喻。那么，LED照明的節(jié)能原理是怎樣的呢？

LED的核心零件就是一塊半導(dǎo)體材料的芯片，其發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。微小的半導(dǎo)體芯片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當(dāng)電子經(jīng)過該芯片時(shí)，帶負(fù)電的電子移動(dòng)到帶正電的空穴區(qū)域并與之復(fù)合，電子和空穴消失的同時(shí)產(chǎn)生光子，電子和空穴之間的能量(帶隙)越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應(yīng)，可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍(lán)色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少；由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。由此可知，LED可以將電能直接轉(zhuǎn)化為光能，其發(fā)光原理顯然不同于傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈加熱燈管燈絲的形式，這樣就大大減少了電能轉(zhuǎn)化為熱能而白白浪費(fèi)掉的情況，而且LED高度的光線能量集中，超強(qiáng)的發(fā)光指向性也是其節(jié)能的重要推動(dòng)力量。在發(fā)光用電方面，LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A，也就是說，1只LED消耗的電不超過0.1W。在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢琇ED的使用壽命可達(dá)10萬h。

4 LED照明與建筑物修建的結(jié)合以及節(jié)能應(yīng)用

建筑物的照明工程是整個(gè)建筑物修建工程中的一個(gè)重要組成部分［3］。美國著名設(shè)計(jì)師沙利文說過這樣一句話，“形式由功能而來”，在建筑物中使用LED燈，其顏色、位置得根據(jù)這棟建筑物的功能而定。比如說，在電影院中，我們知道電影院是很少需要燈光的，所以在電影院的修建過程中對光線的考慮就很少。在選擇LED燈時(shí)，就不需要選擇明亮的燈光，偏暗即可，只要達(dá)到在電影散場后觀眾可以看見道路的標(biāo)準(zhǔn)即可。

目前，人們在建筑物中安裝照明工具時(shí)，“節(jié)能”是其必須要考慮的因素，特別是在大型的工程項(xiàng)目中。由于LED燈具有高發(fā)光率、高轉(zhuǎn)化率，選擇LED照明顯然是一個(gè)很好的方案。開發(fā)商在進(jìn)行建筑物的設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到LED燈的特點(diǎn)并與安裝場所相結(jié)合，選擇最適宜的燈具和布局，這樣在滿足建筑使用功能、觀感效果的同時(shí)，達(dá)到了節(jié)能的目的。例如：與傳統(tǒng)的3X36W熒光燈相比，功耗為80W的LED燈具無論在光通量、顯色指數(shù)，還是瞬時(shí)響應(yīng)速度上，都更勝一籌。那么如果將傳統(tǒng)的熒光燈全部換成等效的LED燈，不僅燈具數(shù)量減少，照明燈具的總功率也降低至少20%～30%，算下來每年就會(huì)節(jié)省出一筆可觀的費(fèi)用。

在具體的LED燈具選擇上，不同功能的建筑物、不同功能的建筑空間對照明的需求程度是不同的，我們要選擇安裝與之相適應(yīng)的LED燈，只有做到“因地制宜”，才能在最大程度上節(jié)能。

需要注意的是，在目前的工程應(yīng)用上，傳統(tǒng)的熒光燈可以單管加裝蓄電池，作為帶有應(yīng)急照明的燈具使用；而LED燈具由于其芯片整體性的特點(diǎn)，無法為其選配足夠大的蓄電池模塊，即使做非標(biāo)應(yīng)急模塊，也很難通過相關(guān)主管部門的認(rèn)可，這不得不說是一個(gè)遺憾。根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，一般會(huì)采用成熟的應(yīng)急燈燈具，如在有吊頂?shù)膮^(qū)域采用筒燈與應(yīng)急蓄電池模塊的組合，與LED燈具進(jìn)行互補(bǔ)，從而達(dá)到滿足應(yīng)急照明設(shè)計(jì)要求的目的。

5 結(jié)語

建筑物中LED燈的安裝與使用是每一個(gè)開發(fā)商或建筑團(tuán)隊(duì)必須考慮的一大問題，因?yàn)檫@個(gè)不僅關(guān)乎消費(fèi)者的利益，也關(guān)乎商家的利益，更高層次來說，它也符合我國提倡的節(jié)能宣傳。當(dāng)然，LED照明也存在一定的缺陷，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，LED照明在技術(shù)上也在不斷地進(jìn)行改進(jìn)，相信在不遠(yuǎn)的將來，LED燈具會(huì)隨著成本的降低以及更加優(yōu)異的性能走進(jìn)千家萬戶。

［1］阿爾伯蒂.論建筑［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］安騰忠雄.安騰忠雄論建筑［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］王其鈞.古典建筑語言［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.