淺談LED在建筑照明設計中的應用

李洪偉

摘要：據統計，地球每年為照明消耗的電量占所有電量消耗的五分之一，在環境問題日益嚴峻的今天，我們需要在盡量少消耗的情況下獲取足夠的照明，在滿足使用的前提下減少對環境的污染。LED作為一種能將電能轉化為光能的半導體器件，具有光效高、壽命長、啟動時間短、低壓安全等特點，成為未來綠色照明的主要解決手段。

關鍵詞：LED;建筑照明設計;應用

引言

LED作為一種新型光源，具有能耗低、光效高等特點，在照明行業已經逐步替代傳統光源，隨著LED工藝的不斷升級，半導體技術的不斷發展，LED在檢測儀器的應用也越來越普遍，對LED光照度的檢測精度也有了更高的要求。

1 LED光源優勢

1.1顯色效果高

LED光源顯色性在70以上，在高壓鈉燈顯色方面表現在20左右，同時LED光源接近自然光，與自然光接近的物質，視覺接受能力越強，應用LED光源，可以為人們提供舒適、安全的視覺環境。

1.2安全系數高

LED光源電壓在于24伏以下，這樣可以應用于眾多場所，且安全性較高，照度效果好。LED光源雖然是固體冷光源，但是采用密閉材料環氧樹脂構成，一般不會出現松動的情況，同時產生光衰積碳發熱的可能性較低。與傳統燈具相比LED光源燈具的壽命較長，一般可以維持在5萬小時之上。

1.3節能、環保

在節能環保為主題的時代背景下，LED光源與自然光非常接近，同時節能環保，應用范圍廣，LED光源通過半導體芯片發光，使用的材料不含汞，所以在光源工作期間，不會產生污染環境的物質，同時燈具材料可以循環利用，是一種節能型材料。

1.4組合能力強

LED燈光源顆粒較小，組合方式多樣，可以根據實際要求，應用于不同型號的燈具中，應用范圍較廣，LED燈具在橋梁、高架橋、城市建筑等方面都有較好的應用，可以采用點線面結合的方式，提升光照效果。

2 LED照明燈具技術問題

首先就是LED燈具在設計中散熱結構還需要優化，LED發光效率與溫度是成反比的，因此其溫度越高那么發光效率越低，這也是LED照明燈具在當下需要解決的主要難題。如果燈具出現散熱不良等狀況，就會加快整個燈具的老化，同時也會使其不穩定。其次就是在LED照明燈具設計時驅動電源設計難度較大，需要對相關燈具進行恒流供電。當前對LED照明燈具驅動電源的主要設計方案是線性或者開關型穩壓器結合特定的反饋電路。最后就是在LED燈具進行設計時，其外觀以及相應的材料工藝還需要進一步改善，有效的選擇材料可以優化燈具的散熱系統，由于LED照明燈具的光源是單向性的，因此在選用材料時應當保證其功能，在此基礎之上來確保LED照明燈具的外觀。同時要在其中進行二次光學設計，需要結合光源模組所散發出的光度、光通量大小、光強大小、光強分布等狀況來選擇合適的材料，要有效的將二次光學設計理念融入其中，進而實現LED照明燈具結構設計上的創新。

3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）。

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）。

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。

表2 LED燈具與節能型熒光燈照度對比

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。

4 LED在建筑照明設計中的應用

目前，LED已廣泛應用在走廊、樓梯、大廳、衛生間、地下室等一系列公共場所，在這些場所，燈具一直處于開啟狀態非常的不節能，而如果采用感應型燈具其頻繁的啟動又會大大減少熒光燈的壽命。LED燈具能夠完美的客服這些困難，得以取代傳統的白熾燈及熒光燈。下面以某學校正在進行改造的教學樓為例，對LED等和傳統的熒光燈進行一系列比較。

4.1走廊區域

公共走廊的特點是工作時間人員流動大，常規的做法是采用長明燈，但這勢必造成能源的浪費，而采用感應型熒光燈又會因為其頻繁的啟動大大減少使用壽命。考慮到LED電源是恒流電源，不會在啟動時有大電流對其壽命進行影響，且啟動速度快，在本項目的走廊區域，均選擇設置LED燈具。

4.2地下機房

很多地下車庫以及停車樓的照明光源基本是采用傳統的照明方式，不但耗電量大，損耗也大，且控制方式基本采用集中人工控制，但是由于地下車庫需要24小時不間斷照明，車庫照明經常處于長開狀態，這就極易損壞照明燈管，需經常更換，無形當中也加大了維護工作的力度，并且維護費用也比較高。有些車庫為了省電，只打開一半燈照明，照度不僅達不到標準值要求，而且易發生安全事故。現在隨著智能照明系統的普及率日益增大，應用范圍也越來越廣泛，有些地下車庫已經開始采用智能的LED光源作為照明方式了，如此一來，管理起來不僅方便、簡單，還可以隨意控制，也可以節約不少電，可以說是兩全其美。

4.3節能效益

4.3.1初始投資

LED燈具的初始投資為29.7萬元，熒光燈初始投資為9.9萬元，可以看出，LED燈具的初始投資是傳統熒光燈的3倍。

結語

LED照明在節約能源等方面比傳統燈具擁有更多優勢，LED能夠進一步提高光效、降低價格，并解決目前存在的一系列問題，從而引起照明領域的巨大變革，成為真正能夠全面推廣的環保、安全、節能、舒適的綠色照明。

參考文獻：

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