LED照明在建筑中的節能應用

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，即發光二極管。這種二極管的基本結構就是一塊芯片，這種芯片的構成也很簡單，是一塊由電帶動發光的半導體材料，這種材料可以將電能轉化成光能［1］。正如人的生存需要心臟時時刻刻為全身進行供血一樣，LED的持續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。

作為當下一種被普遍使用的照明工具，LED有其獨特的性質。首先是LED的可靠性，數據才是最有力的證據，當我們為節能熒光燈光源擁有5千小時的使用壽命感嘆時，LED的5萬小時足以讓我們尖叫。如此，LED的可靠性毋庸置疑。其次就是LED的綠色環保特性，眾所周知，許多的照明工具中都會含有汞、鉛等對環境造成很大污染的重金屬，而LED不含有這些“危險元素”；而且LED發光時也不會產生紫外線，這樣，之前我們見到的“蚊蟲圍著燈泡轉”的現象就不會發生，同時，LED照明采用恒流驅動，這一設計使得電能轉化成光能的效率提高至50%以上，傳統的白熾燈泡的轉化效率只有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、構成都應該體現的是消費者、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，節約。

所謂適宜，就是燈具的照明效果應該與建筑物的功能，與人們的認知相吻合，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，安全也是大眾對建筑物內燈具的要求；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“安全系數”。所謂節約，這里的節約不僅僅是省錢那么簡單，在現在追求低碳生活的情況下，節約更多的是節能，節能不是我們個人的追求，也是我們整個社會的追求，LED燈能很好地將這些需求體現出來。

3 LED照明的節能特性

有人將LED燈與普通白熾燈、節能燈以及稀土三基色熒光燈做了比較，結果顯示“普通白熾燈的光效為12-24lm/w，壽命不超過2000h；螺旋節能燈的光效為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。”據此，LED的節能不言而喻。那么，LED照明的節能原理是怎樣的呢？

LED的核心零件就是一塊半導體材料的芯片，其發光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體芯片被封裝在潔凈的環氧樹脂物中，當電子經過該芯片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴區域并與之復合，電子和空穴消失的同時產生光子，電子和空穴之間的能量(帶隙)越大，產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，可見光的頻譜范圍內，藍色光、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，從而能夠發出不同顏色的光。由此可知，LED可以將電能直接轉化為光能，其發光原理顯然不同于傳統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化為熱能而白白浪費掉的情況，而且LED高度的光線能量集中，超強的發光指向性也是其節能的重要推動力量。在發光用電方面，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。在恰當的電流和電壓下，LED的使用壽命可達10萬h。

4 LED照明與建筑物修建的結合以及節能應用

建筑物的照明工程是整個建筑物修建工程中的一個重要組成部分［3］。美國著名設計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，就不需要選擇明亮的燈光，偏暗即可，只要達到在電影散場后觀眾可以看見道路的標準即可。

目前，人們在建筑物中安裝照明工具時，“節能”是其必須要考慮的因素，特別是在大型的工程項目中。由于LED燈具有高發光率、高轉化率，選擇LED照明顯然是一個很好的方案。開發商在進行建筑物的設計時就要考慮到LED燈的特點并與安裝場所相結合，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，達到了節能的目的。例如：與傳統的3X36W熒光燈相比，功耗為80W的LED燈具無論在光通量、顯色指數，還是瞬時響應速度上，都更勝一籌。那么如果將傳統的熒光燈全部換成等效的LED燈，不僅燈具數量減少，照明燈具的總功率也降低至少20%～30%，算下來每年就會節省出一筆可觀的費用。

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的LED燈，只有做到“因地制宜”，才能在最大程度上節能。

需要注意的是，在目前的工程應用上，傳統的熒光燈可以單管加裝蓄電池，作為帶有應急照明的燈具使用；而LED燈具由于其芯片整體性的特點，無法為其選配足夠大的蓄電池模塊，即使做非標應急模塊，也很難通過相關主管部門的認可，這不得不說是一個遺憾。根據筆者的經驗，一般會采用成熟的應急燈燈具，如在有吊頂的區域采用筒燈與應急蓄電池模塊的組合，與LED燈具進行互補，從而達到滿足應急照明設計要求的目的。

5 結語

建筑物中LED燈的安裝與使用是每一個開發商或建筑團隊必須考慮的一大問題，因為這個不僅關乎消費者的利益，也關乎商家的利益，更高層次來說，它也符合我國提倡的節能宣傳。當然，LED照明也存在一定的缺陷，隨著科學技術的不斷發展，LED照明在技術上也在不斷地進行改進，相信在不遠的將來，LED燈具會隨著成本的降低以及更加優異的性能走進千家萬戶。

［1］阿爾伯蒂.論建筑［M］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［2］安騰忠雄.安騰忠雄論建筑［M］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［3］王其鈞.古典建筑語言［M］.機械工業出版社，2010.