淺析LED應用于室內照明設計的技術要求

葉文加（廣州市設計院　廣東廣州　510620）

淺析LED應用于室內照明設計的技術要求

葉文加
（廣州市設計院廣東廣州510620）

《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）增加了發光二極管燈應用于室內照明的技術要求，本文對LED的優缺點進行了介紹，計算了LED的效能，對色溫、顯色指數進行了說明，分析了LED的照明節能應用。

LED；燈具效能；色溫；顯色指數；照明節能

1　引言

《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）與《建筑照明設計標準》（GB50034-2004）相比增加了發光二極管燈應用于室內照明的技術要求。

發光二極管（LED）燈light emitting diode lamp是由電致固體發光的一種半導體器件作為照明光源的燈。LED被稱為第四代光源，廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。

本文以《標準》[指《建筑照明設計標準》（GB50034-2013），下文同]所列條文對LED作出的規定為依據，分析其應用于室內照明的技術要求。

2　光源選擇

《標準》3.2.2規定：商店營業廳的一般照明宜采用細管直管形三基色熒光燈、小功率陶瓷金屬鹵化物燈；重點照明宜采用小功率陶瓷金屬鹵化物燈、發光二極管燈；旅館建筑的客房宜采用發光二極管燈或緊湊型熒光燈。

此處簡單分析幾種常用光源的優缺點：

（1）熒光燈：具有光效高，光線柔和，光色宜人，壽命長等優點，缺點是含汞等有害元素、不可調亮度、紫外輻射、閃爍現象、啟動較慢、稀土原料漲價、反復開關影響壽命；

（2）陶瓷金鹵燈：優點是發光效率特別高發熱少，顯色指數高，色溫高，在同等亮度條件下，色溫越高，人眼感覺越亮；

缺點是相對壽命較短，由于材料、工藝的限制，另一個缺點是啟動必須用專門的觸發器。啟動后亮度系逐漸增加，如果啟動能量過大，啟動速度過快，會影響燈泡壽命；

（3）LED優點：電光轉化效率高，綠色環保、壽命可達10萬小時、反復開關無損壽命、體積小、發熱少、亮度高、堅固耐用、易于調光、色彩多樣、光束集中穩定、啟動無延時；

LED缺點：起始成本高、顯色性差、大功率LED效率低、恒流驅動（需專用驅動電路）。

《標準》3.2.2條文說明指出：近年來半導體照明技術快速發展，然而產品尚未成熟，在諸如顏色一致性、色漂移以及光生物安全等諸多領域還存在爭議，因此對于辦公室等室內空間暫不將發光二極管燈作為推薦使用光源。

此處簡單描述這幾項爭議：

（1）LED的制造，從上游的芯片外延，到中游的熒光粉搭配、封裝，每一步都會影響最終的光色。在外延部分，主要是LED芯片的波長對最終的LED光色有影響。在封裝端，主要是熒光粉的調配、熒光粉的厚度、均勻度和與LED芯片主波長匹配的問題，由于LED光色在封裝端受到了多個參數的影響，其光色一致性非常難以控制。

（2）LED在工作50，000h或更久后，其光輸出會逐漸下降到其標稱值的70%，相關色溫會發生變化，隨著熒光粉的老化而升溫，趨近于藍色。即使是RGB LED解決方案也會有類似的問題，隨著三色發光器以不同的速度按照不同的曲線緩慢的老化，還是一樣會產生相關色溫的色度漂移。

（3）LED與傳統光源相比在發光原理、制造光源所用的材料以及光學設計上都有很大差異。因此更需要了解這種新興光源產生的光輻射是否會對人體有害，比如產生的紫外線對人體是否會產生皮膚癌、白內障。產生的藍光，熱量是否能灼傷視網膜，皮膚。對于如何評判LED光輻射的危害性，國際電工委員會（IEC）于2006年就出版了相關的標準IEC62471。在光安全的標準化和測量方面，國際、國內都已在做著大量的研究工作，IECTC-76和 CIED6正在對 IEC62471/CIES009進行修訂，IECTC-76也正在草擬IEC62471系列標準的兩個附件，包括第四部份的有關測量方法的指導意見。

3　燈具效能

《標準》3.3.2對發光二極管筒燈、平面燈燈具的效能作出規定。

《標準》3.3.2條文說明介紹了LED效能的計算方法：傳統的熒光燈燈具、高強度氣體放電燈能夠單獨檢測出光源和整個燈具所發出的總光通量，這樣可以計算出燈具的效率；但發光二極管燈不能單獨檢測出發光體發出的光通量，只能計算出整個燈具所發出的總光通量，因此總光通量除以系統消耗的功率就得到了效能。

此處對某品牌LED燈管為例作簡單計算：

色溫3000K，光通量600lm，額定功率9W，因此該燈具效能為：600÷9=66.66lm/W。對照《標準》中的表3.3.2-6，若燈盤為反射式，則符合規范要求；若為直射式則低于規范要求。

4　光源顏色

《標準》4.4.4規定：長期工作或停留的房間或場所當選用發光二極管燈光源時，色溫不宜高于4000K，特殊顯色指數R9應大于零。

《標準》4.4.4的條文說明指出，考慮到室內照明的舒適以及目前發光二極管燈光生物安全的考慮，國外的研究證明色溫大于4000K可具有光生物的不安全性，提出色溫不宜高于4000K。如果光譜中紅色部分較為缺乏，會導致光源復現的色域大大減小，也會導致照明場景呆板、枯燥，從而影響照明環境質量。而這一問題對于藍光激發黃光熒光粉發光的發光二極管燈問題尤為突出。如果不加限制勢必會影響室內光環境質量，美國對于用于室內照明的發光二極管燈也限定其一般顯色指數Ra不低于80，特殊顯色指數R9應為正數。

此處對條文提及的幾個專業術語作出說明：

（1）光生物安全：在《標準》3.2.2已提及，而《標準》4.4.4進一步規定色溫不宜高于4000K；

（2）一般顯色指數是光源對國際照明委員會（CIE）規定的第1～8種標準顏色樣品顯色指數的平均值，通稱顯色指數，符號是Ra；特殊顯色指數是光源對國際照明委員會（CIE）選定的第9～15種標準顏色樣品的顯色指數，符號是Ri，其中R9是飽和紅色。若R9為負數，表示該燈光嚴重缺少650nm附近的紅光。這是藍色芯片加黃熒光粉的LED的通病。

5　節能措施

《標準》6.2.7規定：下列場所宜選用配用感應式自動控制的發光二極管燈：

（1）旅館、居住建筑及其他公共建筑的走廊、樓梯間、廁所等場所；

（2）地下車庫的行車道、停車位；

（3）無人長時間逗留，只進行檢查、巡視和短時操作等的工作的場所。

此項節能措施利用了LED的優點：易于調光、反復開關無損壽命及啟動無延時。若采用一般熒光燈，一來亮度不可調，二來感應式反復開關也會影響熒光燈壽命。

但對于車庫面積較大，如全部采用LED燈則投資較大，而采用T8熒光燈管較為經濟。為滿足節能需求，對燈列間隔分組并進行分時段、分區域控制。

6　總結

發光二極管燈將成為室內照明應用中的主流產品之一，但現階段在相關產品還沒完全成熟前，我們需要注意其存在一定的缺陷，因此在設計當中應做到：

（1）需嚴格按照規范所述的場所選用LED燈，且燈具效能須滿足標準。《標準》中沒有提及的場所不推薦使用LED燈；

（2）LED燈尤其須注意光源顏色的選擇，色溫不宜高于4000K，一般顯色指數Ra不低于80，特殊顯色指數R9應為正數，確保符合光生物安全性；

（3）配用感應式自動控制的LED燈在大部分時間無人通過或工作的場所有很大的節能效果。

[1]《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）.

[2]《建筑照明術語標準》（JGJ/T119-2008）.

TU113.6+6

A

1673-0038（2015）06-0029-02

2015-1-22

葉文加（1986-），男，工學碩士，畢業于華南理工大學，主要從事建筑電氣設計工作。