LED在办公室照明中的应用探讨

蔡珍红，胡英奎，张青文

（重庆大学a.土木工程学院；b.建筑城规学院，重庆400045）

随着“十城万盏”工程的全面推进[1]和白炽灯淘汰线路图[2]的出台，LED逐渐在照明工程中得到普及应用，但目前的应用范围主要还是室外照明，如景观照明、道路照明、隧道照明、广场照明等，LED在室内照明中的应用还比较少。目前对办公室照明的研究主要集中在照明质量上[3－7]，对LED在办公室照明中应用的研究还比较少见[8]。由于在办公室工作的人在办公室照明环境中的工作时间长，每天的工作时间一般都在8h以上，办公室的照明质量对他们的生理和心理健康影响较大，如果不对LED在办公室中的适用性进行充分研究就盲目推广应用，不仅会对LED在办公室中的应用造成负面影响，还可能会对在其中工作的人的身体造成伤害。本文在分析LED的特点和办公室照明特殊需求的基础上，探讨LED在办公室照明中推广应用的具体措施。

1 LED照明的特点

随着发光材料和发光技术的不断进步，LED照明技术逐渐成熟，LED在功能照明领域以开始显示出取代传统照明光源的趋势，但LED照明技术毕竟是最近10多年才发展起来的新技术，在功能照明领域推广应用之前还需认真分析其适用性。

1.1 LED应用于办公室照明的优点

与传统光源相比，LED应用于办公室照明，主要有以下优点：

1）光效高、能耗低。随着技术的进步，从LED在照明领域推广应用到现在，其发光效率不断得到提高，LED照明产品的使用光效目前已达到70～90lm／W，已与传统光源相差不大，甚至已超过部分传统光源的发光效率。据美国能源部预测，LED照明产品的实验室光效未来可能超过200lm／W，使用光效也会超过160lm／W，将成为发光效率最高的照明光源。由于LED照明产品发光效率高，使用LED获得相同照明水平所需的能耗也比传统照明光源低。LED作为固体发光光源，其单颗功率较低，目前广泛应用的LED单颗功率一般都小于0.5W，有些用于室内照明的单颗LED的功率甚至小于0.1W，功率型LED的单颗功率一般为0.5～1W。在低碳经济时代，在室内照明中推广应用高光效低能耗的LED照明光源对于推动节能减排具有重要意义。

2）寿命长。LED作为发光二极管，其寿命比传统光源长得多。目前LED的实验室寿命为50 000～100 000h，以光通量衰减到80%时所经历的工作时间作为其寿命，其寿命也可达到25 000h，远远超过了传统光源的使用寿命。

3）光色丰富。LED的不同芯片材料可以产生不同的单色光，即使相同的芯片材料，其制造工艺不同也可能产生不同的光色。只要其芯片材料的成分有细微的变化，所产生光的颜色都可能发生较大变化。理论上LED可以产生可见光范围内任意颜色的单色光和白光。这使得LED能满足办公室照明对光色的要求。

4）响应快，调光方便。LED的电致发光原理使其只有几ms的响应时间，基本上能在瞬间达到全光输出。由于LED的光输出与其工作电流成正比，且其工作电流的范围较大，所以可以采用改变其工作电流的方法来达到调光的目的。此外，对LED频繁开关也不会对其产生较大的损伤，还可以采用调节脉冲宽度的方法实现调光。

5）驱动电压低。LED采用直流供电，单颗LED的驱动电压一般为2.5～3V，驱动电流一般也只有几十mA，所以在使用过程中不会造成触电事故，使用比较安全。

6）没有频闪效应。LED采用直流驱动，没有传统照明光源的频闪效应，比传统光源更有利于用户的生理健康，特别是有利于保护用户的视力。办公室中的用户，一般每天要在其中工作8h以上，从保护用户身体健康的角度而言，这一点尤其重要。

1.2 LED应用于办公室照明存在的问题

在办公室照明中用LED取代传统光源虽然是一个发展方向，但目前还有一些问题需要解决，主要表现在以下几个方面。

1）眩光问题。LED光效高、发光面积小，且光的方向性比较强，从而造成光线集中，峰值亮度大，LED的峰值亮度往往高于106cd／m2，远远大于荧光灯的峰值亮度。这使得其应用于室内照明时可能会产生眩光问题。

2）色温漂移。LED所发光的色温范围比较宽，且其色温受芯片成份的影响较大，在LED的生产过程中，不同批次甚至同一批次的LED的色温控制存在困难。在LED使用过程中，随着其芯片老化程度的加深，其光色可能会发生变化，但颜色漂移的范围难以控制。在LED的使用过程中，LED所发光的色温还会受到环境温度的影响，不同的LED颗粒所处的环境温度不同也会造成其老化程度不同，从而造成不同LED颗粒所发光的色温不同。这会造成在使用过程中室内出现不同的光色，从而影响照明效果和照明环境，甚至会影响用户的身心健康。

3）光谱不连续。一般认为太阳光是最健康的照明光源，其重要原因之一是其光谱为连续光谱，有利于保护视力。而LED的光谱却是不连续光谱，这种不连续光谱是否会影响在办公室长时间工作的人的视力，甚至是否会影响在办公室长时间工作的人的身心健康，目前都还没有定论。

4）价格高。目前阻碍LED在办公室推广应用的最大障碍之一是其高昂的价格。LED之所以能在室外功能照明中得到大范围推广应用，离不开政府部门的强力推进和财政补贴。而在办公室照明应用中，用于取代荧光灯管的LED灯管目前的市场价格为150～200元，用于取代普通白炽灯的LED灯珠一般也要100元左右，在目前缺乏政府政策支持和财政补贴的情况下，高昂的价格使得使用LED照明的建设初期投资较大，从而限制了LED在办公室照明中的推广应用。

2 办公室照明的要求

中国的办公室照明设计目前遵循的标准主要是《建筑照明设计标准（GB 50034—2004）》[9]。该标准详细规定了办公室照明设计的数量指标、质量指标、节能指标等。

2.1 照明数量指标要求

标准对照明数量的要求主要是对作业面或参考平面上的维持平均照度值提出了要求。办公室的参考平面（0.75m水平面）照度标准值要求为300～500lx。

2.2 照明质量指标要求

对照明质量指标的规定主要有照度均匀度、眩光、相关色温、显色指数等。

1）照度均匀度。办公室照明的照度均匀度一般不宜小于0.7，作业面临近周围区域内不宜小于0.5。

2）眩光。办公室的不舒适眩光采用统一眩光值（UGR）评价，要求为19。

3）相关色温。办公室照明宜采用中间色温光源，即相关色温为3 300～5 300K的光源。

4）显色指数。办公室的显色指数要求不小于80。

2.3 照明节能要求

对照明节能指标的要求主要为照明功率密度值，现行的办公室照明功率密度标准值为11～18W／m2，目标标准值是9～15W／m2。此外，标准还建议有条件时随室外天然光的变化调节室内人工照明的照度，以节省人工照明能耗。

2.4 其他要求

该标准还对光源的选择、配电及控制、维护管理等做出了规定。其中对于光源的选择，标准建议办公室采用细管径直管形荧光灯作为照明光源，这主要是考虑细管径（≤26 mm）直管形荧光灯光效高、寿命长、显色性好，适用于高度较低的房间，且有利于照明节能。

3 LED在办公室照明中推广应用的措施

与传统光源相比，LED应用于办公室照明有其优越性，也存在一定的缺陷。但如果在实际应用中采取合理措施，以充分发挥其优越性，设法尽量减小其固有缺点带来的负面影响，LED在办公室照明中的应用一定能取得较好的照明效果。

3.1 办公室照明应用的创新设计

由于LED自身的特点，对于办公室应用LED照明的设计，应采用创新的照明设计理念，而不应继续传统的照明灯具布置方式。如建筑化照明就是一种新颖的照明设计理念[10]。所谓建筑化照明，就是把建筑和照明融为一体，使建筑的一部分成为照明灯具的一部分的照明方式，即在建筑物里面安装光源或照明灯具，采用埋入、嵌入等方式，巧妙利用建筑物的表面反射、透射或利用照明光源的自发光。这种照明方式不但有利于利用顶面结构和装饰天棚之间的空间隐藏各种照明管线和设备管道，而且可以使建筑照明成为整个室内设计装修的有机组成部分，达到室内空间完整统一的效果。LED发光体体积小，单颗功率低，非常有利于采用这种照明方式。

在对既有办公室的照明改造时，考虑尽量减少照明线路的改造成本，如果既有办公室原来采用的是常见的栅格灯具中安装直管荧光灯的形式，则可以直接采用LED灯管取代荧光灯管。用LED灯管取代传统直管荧光灯，目前只需要传统直管荧光灯一般左右的能耗，就能达到甚至超过传统直管荧光灯照明效果，其节能效果比较明显。

考虑LED调光快、易于控制的特点，可以在办公室照明中采用智能化照明控制技术，以充分发挥LED的特性，减少照明系统的维护成本并节约能源、减少其运营成本。根据办公室照明的特点，在条件许可的情况下可以考虑将办公室设计成分区一般照明的照明方式，即整个办公室范围内布置一般照明，在办公室桌或办公桌周围增加局部照明以提高作业面的照度。配合智能照明技术，可以根据天然光强度或工作需要自动调整一般照明的水平，利用传感器感知办公桌前是否有工作人员、是否需要打开局部照明，从而控制局部照明的开闭，这样既能满足办公室工作照明的需要，又能合理降低照明能耗。

3.2 LED照明灯具的创新设计

与传统光源相比，LED有体积小、方向性强的特点。在设计LED灯具时，应充分发挥LED体积小、方向性强的特点，改变传统照明灯具设计的思维模式，进行创新设计。LED属于新型照明光源，LED灯具如果仅仅简单模仿白炽灯泡、节能灯泡、各种荧光灯管、筒灯、射灯的设计，其发展一定是没有前途的。LED照明产品工业化过程中，必须考虑LED自身特性和具体的照明需求以创新设计照明灯具，既体现其照明的功能性，又充分展现照明的艺术性。但需要注意的是，目前各种传统照明光源占据了照明应用的绝大部分市场，LED照明产品要想在既有的照明市场中抢占更大的份额，必须考虑与传统照明光源的互换性，特别是在对既有照明工程的改造中，如果LED照明产品能与传统照明光源互换，只需要取下传统照明光源换上LED照明光源这个简单操作，就能实现LED产品的应用，这将有利于LED产品在室内照明中的推广应用。

3.3 推进光对人的生理影响的研究

与天然光相比，LED的最大特征之一是其光谱的不连续性。虽然各国学者对光对人的生理和心理的影响已开展了大量的研究工作，但这些研究目前还集中在光的色温和照明水平对人的生理和心理的影响上，对于不同光谱组成对人的生理和心理的影响还比较少。长期在不连续光谱下工作是否会影响人的视力、是否会影响人的心情；如果不连续光谱对人的生理和心理有影响，那么何种光谱组成最有利于长期在其中工作的人的身心健康；如果这种影响是负面的，何种光谱组成能最大限度的减少这种影响，这些问题还都没有一个明确的结论。为了在办公室照明中推广应用LED，并保证办公室工作人员的身心健康，还必须进行深入的科学研究，解决这些问题，以为LED在办公室的推广应用提供理论指导。

3.4 政府给予政策支持

目前LED产品价格高昂是阻碍其推广应用的主要原因之一，造成LED价格高昂的原因是多方面的，既有研发生产成本高的原因，也有生产原材料成本高的原因。在目前LED照明产品还未得到大批量生产的情况下，产品的价格一时还难以有大幅度下降。在LED照明产品推广应用成败的紧要关头，如果能得到政府相关部门在政策上的支持，使消费者的购买成本能适当降低，将会推动LED在室内照明中的应用。

4 结 论

在对LED应用于办公室照明的优缺点进行分析和对现行国家标准对办公室照明数量、质量和节能指标要求的进行分析的基础上，提出了在办公室推广应用LED照明的建议：照明应用的创新设计、照明灯具的创新设计、推进光对人的生理影响的研究、政府给予政策支持。只要能设法充分发挥LED在办公室照明应用的优点，规避LED在办公室照明中应用的缺点，LED在办公室中推广应用一定能实现照明节能和健康舒适照明的目标。

[1]科技部启动“十城万盏”半导体照明应用工程试点[EB／OL].（2009－05－11）[2011－12－06].http：／／www.gov.cn／gzdt／2009－05／11／content＿1310133.htm.

[2]中国明年10月起禁售100瓦以上普通白炽灯[EB／OL].（2011－11－04）[2011－12－06].http：／／news.163.com／11／1104／10／7I0QEHP500014JB6.html.

[3]谷青.办公室灯光改造的新倾向[J].光源与照明，2005（2）：42.

[4]袁樵.办公室照明方式与视觉功效[J].照明工程学报，2006，17（3）：40－45.

[5]顾玲玲，陈大华.办公室照明设计理念的探讨[J].光源与照明，2008（3）：8－9.

[6]刘炜，王晓静，曾礼强.办公室光环境设计要素[J].照明工程学报，2007，18（3）：36－40.

[7]朱江，杨奕.照明节能在大面积办公室设计中的应用解析[J].电气技术，2009（12）：90－93.

[8]林怡，郝洛西，蔡烨震.半导体光源照明在办公空间中的应用分析[J].照明工程学报，2010，21（1）：58－63.

[9]GB 50034—2004建筑照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[10]赵建平.LED在室内照明中应用问题探讨[C]／／2011四直辖市照明科技论坛（天津）.天津，2011：45－49.