綠色建筑照明設計中LED光源的應用

朱為東

(湖南省建筑設計院有限公司，長沙 410012)

0 引言

隨著我國建筑行業快速發展，對建筑照明設計的要求越來越高。科學合理的照明設計對實施綠色照明起著關鍵性的作用。1991年綠色照明的概念由美國環保局(EPA)率先提出，1993年11月我國啟動了中國綠色照明工程，1996年制定了《中國綠色照明工程實施計劃》，并在北京、上海、廣東等地區試點實施。在國家相關政策的引導下，綠色照明工作得到了大力推行，在產品研發、工程設計、運行維護等方面不斷完善，形成了主要包括高效節能、環保、安全、舒適4項指標的系統工程。

1 LED光源的特點及存在問題

作為我國“十一五”十大重點節能工程之一，綠色照明工程在提高全社會節能減排意識、有效削減電力峰荷、節省電力建設投資，減少發電用煤、減排CO2等方面，均取得了顯著成效。基于LED具有的環保節能、長壽命、高光效、低輻射、可控性強等特點，LED光源的應用已是一項重要的綠色照明措施。

1.1 高效性

LED燈具是由發光二極管組成的發光半導體陣列，結構簡單，可以通過調節電流的強弱完成光控制，封裝技術的發展也使得LED具備更優的發光效率和散熱環境。與傳統燈具相比，LED燈具工作電壓較低，工作電流較小，具有較好的抗沖擊和抗震性，可靠性高、壽命長。

1.2 LED燈具與傳統燈具對比

近幾年，LED光源在顏色、種類、亮度和功率上都發生了巨大的變化，其在建筑照明中與常規燈具光源相比，具有長壽、環保、節能等優勢。民用建筑領域節能環保的逐漸重視，以及LED光源技術的不斷發展，與傳統燈具相比，LED燈具結構簡單、緊湊、可塑性強、應用中便于隱藏等特點，使其更好地融入了現代建筑與城市建筑一體化中。表1為LED燈具與傳統熒光燈性能比較。

LED燈具與傳統熒光燈性能比較 表1

從表1可知，LED燈具有節能、保護眼睛、響應速度快、功耗低、照度亮、使用壽命長、無污染、年更換率低等突出優勢，最終折算支出成本低。雖然LED燈具的前期投資略大于熒光燈，但是在很短的時間內就可以收入前期投資的成本。同時隨著LED燈具自身技術的不斷發展其價位也在不斷下降，這將為LED燈具的普及提供更為有利的條件。

1.3 存在的問題

1.3.1 燈具不一致的問題

理論上LED都是能發光的二極管，但實際上所有LED的電性能都是有差異的，每個廠家甚至同一廠家在不同時間的工藝都有所不同，不同廠家使用的半導體原材料的純度、封裝工藝和封裝材料等更是不同，導致LED的發光強度與驅動電流、整體的散熱能力參差不齊，且短期內這種差異無法消除，這也是制約其發展的因素之一。

1.3.2 光健康問題

LED燈具產生的光健康問題(LED燈具藍光溢出)一直在行業內備受爭議，照明界與醫療衛生部門的觀點存在差異。當前市場上大多數LED燈具是通過芯片發出藍光，激發黃色的熒光粉，來調和成白光。因此，LED的藍光問題尤其突出。目前國際方面關于此類問題還在研究過程中，LED光健康的問題短時間內很難得出結論。為了避免因使用高色溫富藍光的LED照明產品對人體健康可能造成的不利影響，室內LED照明產品的色溫不宜超過4 000K，一般顯色指數應達到80以上。

1.3.3 性價比

LED是2～3V的低電壓驅動，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈要配備不同的電源。LED的正常工作電流為18～20mA，供電電流<15mA時，LED的發光強度不夠；供電電流>20mA時，發生光衰而導致LED老化，同時發熱增大、老化加快、壽命縮短；供電電流>50mA時，LED燈壽命會快速縮短。為了延長LED照明燈的使用壽命，常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，大電流驅動時，要配大功率管或可控硅器件，另加保護電路，要恒流、恒壓電路供電，這樣電源電路復雜，故障率、元件成本、生產成本、服務成本都將升高。因此LED各個生產廠家除了提高產品性能外，還需要不斷地更新技術降低成本，進而降低售價，提升LED燈具的性價比。

2 照度計算

在照明設計中，勢必要對建筑空間進行照度計算，驗證設計是否符合規范要求。照明設計中平均照度的計算通常采用利用系數法。利用系數法考慮了由光源直接投射到工作面上的光通量和經過室內表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。計算結果為工作平面上的平均照度。利用系數法適用于燈具均勻布置、墻和頂棚反射系數較高、空間無大型設備遮擋的室內一般照明和燈具均勻布置的室外照明。該計算方法簡便，比較準確。

(1)利用系數是指投射到工作面上的光通量與自光源發射出的光通量之比。用U表示，詳見式(1)。

(1)

式中，φ為光源的光通量，lm；φ1為自光源發射，最后投射到工作面上的光通量，lm。

利用系數是燈具光強分布、燈具效率、房間形狀、室內表面反射比的函數，計算比較復雜。為此，在各類設計手冊中常按一定條件編制燈具利用系數表供設計查詢使用。

(2)利用系數法計算平均照度的基本公式見式(2)、(3)。

(2)

(3)

式中，Eav為工作面上的平均照度，lx；φ為光源的光

通量，lm；N為光源數量；U為利用系數；A為工作面積，m2。K為燈具的維護系數，其值可查詢相關表格，室內K一般取0.7。

根據公式(2)、(3)即可計算出，建筑空間內的照度值。

下面以建筑尺寸為5.2m×6.2m的標準辦公室，計算分別使用LED燈具與節能型熒光燈后，照度計算結果，詳見表2。

LED燈具與節能型熒光燈照度對比 表2

依據規范，辦公場所要求照度標準值300lx，功率密度值目標值為8W/m2。從計算結果來看，選用LED燈具，耗電量少，照度值符合規范要求，更加經濟、節能。

3 結束語