LED燈在公共建筑照明節(jié)能方面的應(yīng)用研究

雒秦光

摘要：目前建筑領(lǐng)域以綠色節(jié)能為主要特征的LED光源得到了廣泛應(yīng)用，在發(fā)光效率提高、價格逐漸降低的背景下，LED燈在照明方面的節(jié)能優(yōu)勢也逐漸凸顯。文章基于以上背景，結(jié)合目前LED燈具的發(fā)展、智能控制方式以及與常規(guī)光源的性能特征對比，探討了LED燈在公共建筑照明設(shè)計中的節(jié)能應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：LED燈；公共建筑照明；照明節(jié)能；能源消耗；社會發(fā)展資源 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU745 文章編號：1009-2374（2017）08-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.056

能源消耗往往處于社會發(fā)展資源占比中的首要地位，在相關(guān)部門的統(tǒng)計中表明，我國公共建筑能耗量高出民用建筑20多倍，在總耗能體系中照明耗能約占30%。在估算研究中也指出，我國現(xiàn)階段公共建筑照明設(shè)備約有1億多臺，若這些設(shè)備均為白熾燈則會消耗巨額能源。若使用熒光燈，雖然達(dá)到了節(jié)能目的，但其中所含的汞物質(zhì)會對人體健康造成不良影響，且廢棄的熒光燈會破壞生態(tài)環(huán)境，因此使用效果也不理想。而LED燈以光色飽滿、耐震耐潮、使用壽命長、體積小等優(yōu)勢，成為公共建照明節(jié)能設(shè)計的首選光源。

1 公共建筑“綠色照明”概念的提出與內(nèi)涵要求

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)保主義浪潮的興起，保護(hù)全球環(huán)境、節(jié)約自然能源成為全球共識，“綠色照明”的概念就是在這種形勢下提出的，是指通過科學(xué)合理的照明設(shè)計，以安全穩(wěn)定、耐用、高效率的光源、電器附件、燈具、配線材料和控光器件等照明產(chǎn)品來改善人們工作生活的照明條件，從而創(chuàng)造高效舒適、安全節(jié)能的現(xiàn)代化照明環(huán)境，其核心內(nèi)涵就是在保證基礎(chǔ)照明質(zhì)量的同時注重節(jié)能環(huán)保。

我國目前提倡的“綠色照明”計劃指出，一個優(yōu)秀的照明設(shè)計需滿足照明質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保、滿足人們正常工作生活需求三個標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)涵包括以下諸多方面：（1）節(jié)能節(jié)材。不僅照明光源設(shè)備運(yùn)行需節(jié)電，且光源和燈具從原材料到成品的生產(chǎn)過程也要符合節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，例如光源和附件制造需盡量減少黑色金屬、有色金屬、稀有金屬的耗用，以綠色生產(chǎn)、排放無污染的工藝為主，提倡多使用水溶性樹脂等無毒材料；（2）無汞。減少汞物質(zhì)對環(huán)境的污染；（3）無有害射線。要求光源無紫外線等有害射線成分；（4）耐用性佳，使用壽命長；（5）無電網(wǎng)傷害和環(huán)境電磁干擾。要求照明設(shè)備電抗分量小，功率因數(shù)大，且啟動時的浪涌小，運(yùn)行過程中不存在高次諧波分量泄漏問題；（6）廢棄無污染。失效后的光源設(shè)備廢棄物可綠色回收，不存在環(huán)境污染后患。

2 LED光源在公共建筑照明中的應(yīng)用優(yōu)劣勢

2.1 LED的應(yīng)用優(yōu)勢

LED燈照明主要靠發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)，在少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合作用下，會將多余能量通過光的形式釋放出來，實(shí)現(xiàn)電能到光能的轉(zhuǎn)換。LED在使用過程中與傳統(tǒng)照明設(shè)備比較具備很多優(yōu)點(diǎn)：（1）光效高。傳統(tǒng)白熾燈光效僅有10Lm/W，而LED燈的最低光效為80Lm/W，因此LED燈的節(jié)能優(yōu)勢更為明顯，在照度一致的前提下，其消耗的電能只有普通白熾燈的10%；（2）環(huán)保特征，LED燈不存在汞類和輻射物質(zhì)，不會對生態(tài)環(huán)境造成后患影響，且LED燈使用壽命長，正常使用時間平均可達(dá)60000小時，而傳統(tǒng)白熾燈通常使用3000小時后就會報廢；（3）安全可靠，在低電壓狀態(tài)下LED燈仍然可正常工作，例如驅(qū)動單個發(fā)光二極管時僅需3V左右的電壓即可，這樣不僅提高了整個照明系統(tǒng)的普適性，而且能避免火災(zāi)發(fā)展，保證照明系統(tǒng)的安全性；（4）免維護(hù)。LED燈具以環(huán)氧樹脂封裝，內(nèi)部不存在松動部分，因此可避免白熾燈與熒光燈熱沉積、燈絲易燃的特點(diǎn)，且在正常使用壽命期限內(nèi)無需任何維護(hù)措施，在某些有24小時持續(xù)照明需求或維護(hù)不方便的公共建筑中有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.2 LED的應(yīng)用劣勢

（1）成本過高。LED照明燈具初次購買成本是傳統(tǒng)燈具的3倍之多，針對普通用戶而言不具備成本優(yōu)勢，且目前大功率LED照明燈具中，光源部分所占成本比重過大，有限的節(jié)能本身難以支持LED光源高價格，因此針對大功率LED光源而言，降低單位流明成本是提高LED普適性的關(guān)鍵所在；（2）光譜質(zhì)量問題。目前白光LED光譜存在顯色性低、色溫偏高的問題，考慮到人類眼睛習(xí)慣于連續(xù)光譜的自然光，但白光LED的光譜連續(xù)性不足，因此開發(fā)寬光譜、高顯色指數(shù)的LED光源是滿足光譜質(zhì)量需求的首要條件。

3 低電壓照明條件下LED燈在公共建筑照明節(jié)能中的應(yīng)用原則

公共建筑照明系統(tǒng)都是380/220V的交流供電系統(tǒng)，如道路照明、庭院照明以及大型車庫、辦公場所的照明等，只有危險場所和重要場所才會采用安全高電壓等級的照明系統(tǒng)，因此LED燈在安全電壓等級下具備良好的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

3.1 配電線路經(jīng)濟(jì)性

在相同照度和電壓等級的條件下，12W的LED燈與100W白熾燈和36W普通節(jié)能燈效果基本相同，且LED燈所需的供電電流僅為白熾燈的1/10，普通節(jié)能燈的1/3，因此LED燈日常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性尤為明顯。例如在36V的安全電壓等級下，LED燈供電電流是交流220V常規(guī)照明的6倍，因此在相同場所使用低電壓照明并未增加供電線路的線徑要求，不影響供電的經(jīng)濟(jì)性，但安全性能卻得到了質(zhì)的提升。

3.2 設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性

在市電條件下（220V），LED燈必須配備交直流轉(zhuǎn)換恒流驅(qū)動電源，與每個熒光燈配備一個鎮(zhèn)流器類似，這就需要對各種規(guī)格的接插件進(jìn)行設(shè)計，并制造出適應(yīng)不同電流和功率的LED光源驅(qū)動器，以便于LED燈的正常使用與互換。使用36V低電壓照明的交直流轉(zhuǎn)換恒流驅(qū)動電源結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單，更容易散熱，因此可大幅度降低LED燈具成本。

3.3 設(shè)備運(yùn)行安全性

在低電壓照明的運(yùn)行基礎(chǔ)上，可充分保證LED燈具的安全性能，無需擔(dān)憂觸電風(fēng)險。

4 LED燈在公共建筑照明節(jié)能方面的應(yīng)用策略

4.1 應(yīng)用技術(shù)

4.1.1 LED燈的“隱藏”應(yīng)用。LED光源的緊湊結(jié)構(gòu)和小體積特征決定了其應(yīng)用的靈活性，在公共建筑照明設(shè)計時即使空間狹小，也能采取隱藏式透光，且能耗并不高，便能營造出“見光不見燈”的藝術(shù)效果。隱藏應(yīng)用具體包括以下三點(diǎn)：（1）點(diǎn)式隱藏。例如在大型建筑空間天棚上嵌入燈槽，根據(jù)照明需求選擇多顆LED組成光源陣列，暗燈槽既可局部分設(shè)也可排列成行，更加便于維護(hù)檢修；（2）帶式隱藏。例如在公共建筑空間天棚四周嵌裝燈槽，以條帶形LED射燈組成光源，在多個燈具串聯(lián)的狀態(tài)下從上至下照明，這種方法也可運(yùn)用在外墻中上部、墻檐等位置，且光源和燈具可隱藏于暗槽當(dāng)中，起到提高照度、節(jié)省空間、裝飾環(huán)境的作用；（3）面式隱藏。在大型影劇院、娛樂場所等公共建筑中，需要照亮的發(fā)光面以外墻、地板和天棚為主，用LED作為光源時需將線性發(fā)光條安裝在吊頂棚骨架、地板以及外墻面對應(yīng)的室外地面上，從而達(dá)到照明

效果。

4.1.2 LED燈與建筑的“一體化”應(yīng)用。在優(yōu)秀的建筑照明設(shè)計中，照明可以說是建筑的一部分，人們更愿意體會的是照明與建筑的有機(jī)結(jié)合，將燈具、空間、所處環(huán)境協(xié)調(diào)起來，使其相互滲透和促進(jìn)，并利用現(xiàn)代化手段解決應(yīng)用過程中的各種矛盾。例如在LED與建筑構(gòu)件相結(jié)合的前提下，以科學(xué)合理的封裝結(jié)構(gòu)最大程度減少光衰，提高光源和散熱效率，并通過二次配光滿足公共建筑中的室內(nèi)照明要求。

4.1.3 室外照明的應(yīng)用。LED燈在公共建筑空間室外照明應(yīng)用中主要包括泛光照明和內(nèi)透光照明兩種：泛光照明通過建筑外表面的凹凸與LED投光燈的結(jié)合，將光線射向建筑物外墻，另一種則是在離建筑物一定距離的位置裝設(shè)投光燈進(jìn)行立面照明；內(nèi)透光照明則是通過充分利用透射式室內(nèi)光源來獲得良好的室外照明效果，例如在窗位或透光部位安裝LED燈具，將這部分光源作為夜晚的泛光照明使用，燈光從內(nèi)外泄，照明更為通透，既不會對建筑立面造成損壞，又可減少室外定點(diǎn)設(shè)置投光燈的成本，是一種節(jié)能與效果并存的完美照明手段，例如美國紐約的曼哈頓金融區(qū)、上海金貿(mào)大廈均是通過內(nèi)透光照明來達(dá)到照明與節(jié)能并存的目的。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

以某城市廣場建筑照明景觀工程為例，該工程要求光源和燈具符合綠色節(jié)能的環(huán)保原則，例如避免光線散射、控制眩光等。在實(shí)際施工時采用196W的LED燈替代了原本設(shè)計的250W高壓鈉燈，照明功率密度值LPD約為0.63W/m2，平均照度達(dá)到了34.05x，總均勻度為0.75。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地考察表明，LED光源顯色性高，在夜間可營造良好的景觀效果。

節(jié)能效果對比：該工程1000盞196W的LED燈年耗電量約59.03萬千瓦時，折合72.56噸標(biāo)準(zhǔn)煤，相比高壓鈉燈可減少92.47噸標(biāo)準(zhǔn)煤，節(jié)能率將近57.83%，10年電費(fèi)約540.7萬元，相比高壓鈉燈可節(jié)省電費(fèi)529.86萬元和維護(hù)費(fèi)110.20萬元。從照明效果、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益等角度來看，LED燈在公共建筑照明中均要比高壓鈉燈更為實(shí)用。

5 結(jié)語

綜上，與傳統(tǒng)光源相比，LED燈具備許多優(yōu)勢，但也存在成本高、光譜質(zhì)量等關(guān)鍵問題，因此在當(dāng)前階段需從長遠(yuǎn)角度考慮LED燈的使用價值，不斷優(yōu)化LED光源的封裝、散熱環(huán)節(jié)，使其與公共建筑的綠色照明需求更為貼合，從而更好地實(shí)現(xiàn)公共建筑照明節(jié)能減排的

目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 余雪飛.LED燈在公共建筑照明節(jié)能方面的應(yīng)用研究

[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016，（24）.

[2] 劉虹.中國綠色照明工程20年[A].中國照明工程二十

年專刊[C].2012.

[3] 李運(yùn)闖.施工臨時照明LED燈具的綠色施工應(yīng)用技術(shù)

研究[A].中國中西部地區(qū)土木建筑學(xué)術(shù)年會論文集

[C].2015.

[4] 郭裕婷.LED燈具在民用建筑綠色照明設(shè)計中的應(yīng)用

[J].工業(yè)b，2015，（21）.

[5] 陳大偉.LED燈具在民用建筑綠色照明設(shè)計中的應(yīng)用

[J].商品與質(zhì)量，2015，（33）.

[6] 陳昊琳.建筑照明應(yīng)用LED燈的技術(shù)要求[J].城市建

設(shè)理論研究：電子版，2016，（9）.

（責(zé)任編輯：王 波）