综合医院室内公共区域LED照明应用探讨

高永良，王 恒，刘兆海，刘 炼，雷小明

(重庆大学附属第一医院，重庆 400016）

0 引言

医疗系统室内公共区域主要包括候诊大厅、各种走廊过道、护士站等区域，这些区域往往是医院中人流量大，照明时间最长的区域。选择一种合理的照明方式，有助于提升医院形象，安抚病人在候诊期间的情绪，以及起到节能、减排，减少医院维护工作的作用。

近年来，随着 LED(Light Emitting Diode）技术的发展，LED已被越来越多地应用于显示屏、背光源、汽车车灯、景观照明等领域，同时也开始应用在室内照明领域。目前，LED凭借其高亮度、高可靠性、低使用成本、寿命长、环境适应能力强等特点，作为一种新型照明方式，已经成为当前新技术应用的热门话题。因此对于大型综合医院探讨采用LED照明的可行性，并进行尝试，显然是一件非常有意义的工作。

本次应用尝试选择了重庆医科大学附属第一医院，该院是一所集医疗、教学、科研、预防、保健为一体的重点大型综合性医院，具备充分的实验场地。本次试验将从三个方面进行统计，一是试验场地内照明用电量，二是照度值，三是通过三个月的照度测试统计出光衰值。通过这三个方面的数据统计，将分别得出采用LED照明相对传统照明产生的经济效益，以及光衰数据的对比，证明在综合医院采用LED照明的优势。

1 LED发光原理

发光二极管是由P型和N半导体组成的二极管，见图1。在LED的P－N结附近，N型材料中多数载流子是电子，P型材料中多数载流子是空穴。结上未加电压时构成一定的势垒，当加正向偏压时，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，构成少数载流子的注入，从而在P－N结附近产生导带电子和价带空穴的复合，同时释放出相对应的能量hυ(h为普朗克常数，υ为光子频率）而发光。该能量相当于半导体材料的带隙能量E g(E v），其与发光波长λ(nm）的关系为λ=1239.6/E g。因此，只要有理想的半导体材料就可以制成各种光色的LED。自1993年白光LED发明以来，光效逐年提升，目前批量生产的白光LED已经超过140 lm/W，远远高于目前节能灯的80 lm/W。

图1 LED发光原理示意图

2 照明对比试验方案的确定

为了尽快得出LED照明与传统照明之间的对比数据，兼顾数据科学翔实。本次试验选定两个场地，一是医院的1～4楼候诊大厅，这4层楼建筑结构完全相同，且大厅中的内部布局完全一致，每层楼面积为736 m2。1～2楼采用LED筒灯照明，一对一替换原有节能筒灯，3～4楼采用全新节能灯，也一对一替换原有节能灯，并保证四层楼电气回路完全相同。另选取外科大楼18～19楼过道及护士站，两层楼之间也满足环境相同，电气回路一致的原则，每层楼面积为258 m2。测试中18楼采用LED日光灯照明，19楼采用传统荧光灯照明。分别采用力创电工型号为LCDG－DG 110－60的单相电子式电能表测试各层楼的用电量;英雷科电子型号为ELR－R－H的型数显累时器测试各个回路的照明时间;泰仕型号为TES－1332A的照度计测试照度数据，并按照GB5700－2008规定的照明测试方式选择照度测试点。在照明测试方案中，测试时间设定为3个月，每10～20天记录一次数据。数据记录方案如表1所示。

表1 数据记录方案

在测试之前，规定原则上每个回路均每天24 h照明，并且在每个回路均安装了带累时器的电表，每个回路控制一个开关，只有当该回路通电时，累时器才工作，这样就很好地避免了因意外导致回路不通电，而记录时间依然在累积增加的情况发生。

3 测试结果

经过三个月(2375 h）共9次测试，共获取数据3780个，其中有效数据3775个。将各个回路的用电量相加，可计算出门诊大厅1，2楼共计耗电7059.4 kW/h;3，4楼共计耗电12789.5 kW/h。每次记录数据曲线图2所示。

从图2可以看出经过三个月的测试，LED用电量是节能灯用电量的55%。直接节能45%。

图2 重庆医科大学附属第一医院门诊大厅LED与节能灯用电量对比

门诊大楼各个楼层均设置了80个测试点，经过9次测试，将每次照度测试值进行平均。各个楼层的照度测试值如图3所示。其中一楼首次测试平均照度为114.6 lx，最后一次测试照度为113.06 lx，光衰为1.4%;二楼首次测试平均照度为119.15 lx，最后一次测试照度为114.31 lx，光衰为4.1%;三楼首次测试平均照度为102.14 lx，最后一次测试照度为 97.07 lx，光衰为5%;四楼首次照度测试平均照度为86.4 lx，最后一次测试平均照度为79.4，光衰为8.2%。

图3 重庆医科大学附属第一医院门诊大厅LED与节能灯照明照度测试对比

将各个回路的用电量相加，可计算出外科十八楼共计耗电3981.5 kW/h;十九楼共计耗电7624.7 kW/h。每次记录数据曲线图如图4所示。

图4 重庆医科大学附属第一医院外科楼LED与节能灯用电量对比

从图4中可以看出经过三个月的测试，LED用电量是荧光灯用电量的52%。直接节能48%。

18，19楼层均设置了80个测试点，经过9次测试，将每次照度测试值进行平均。各个楼层的照度测试值如图5所示。其中18楼首次测试平均照度为147 lx，最后一次测试照度为139.4 lx，光衰为5.2%。19楼首次测试平均照度为79.5 lx，最后一次测试照度为 64.4 lx，光衰为 19%。

图5 重庆医科大学附属第一医院外科楼LED与荧光灯照度测试对比

4 结果分析与讨论

根据测试结果，可以看出LED的光衰明显低于传统照明，尤其是LED照明与传统荧光灯比较，更是具有明显优势。将照度结果归一化处理，可以计算出LED相对于传统照明在相同照度条件下，产生的节能效益。

表2 LED比传统照明节能分析表

由表2可以看出，门诊大厅LED照明对比传统节能灯，节能率高达54.2%，LED照明对比传统荧光灯，节能率高达73.7%。

传统节能灯或荧光灯内有两个电极，在启动时产生高压，击穿汞蒸气。当汞原子在电场作用下，不断从原始状态被激发成激发态，继而发生跃迁到基态，并辐射出波长253.7 nm和185 nm的紫外线(主波长253.7 nm，约占全部辐射能的70% ～80%）。这些紫外线辐射到灯管壁上的的电子发射材料，即俗称的荧光粉。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。

LED则是通过P－N结附近产生导带电子和价带空穴的复合，同时释放出相对应的能量hυ(h为普朗克常数，υ为光子频率）而发光。由于发光原理的区别，两种光源的发光能力也不一样。

荧光灯开始走向市场并大规模应用是在上世纪40年代，光效为40 lm/W。经过几十年的发展，目前荧光灯光效可达80 lm/W。

1996年第一只白光LED光效为30 lm/W，随着半导体材料的迅速发展，目前 LED光效已达140 lm/W。

通过以上数据可以发现，LED相对传统灯具，有着明显的优势和广阔的发展空间。本次在综合医院公共室内区域LED应用的尝试，印证了LED相对于传统照明的节能效果。根据实验数据显示，节能效果达到55%～70%，这的确是一个令人振奋的实验结果，传统节能灯已经变得不节能。在自然资源日益紧张的时代，挖掘新型节能产品并应用在相应领域，合乎时代发展的需要，这是一次有意义的尝试。并且通过一段时间的观察，发现采用LED制作的灯具，光衰明显小于传统灯具，这也从实践证明了LED具有长寿命的特点。

［1］吴淑梅，谢彦明，徐梅.LED光源在照明中的应用［J］.光源与照明，2008(3）

［2］王声学，吴广宁，蒋伟.LED原理及其照明应用［J］.光源与照明，2006(12）

［3］李秀华.荧光灯寿命影响因素的探讨［J］.中国照明电器2010(11）

［4］吴海彬，王昌铃.白光LED封装材料对其光衰影响的实验研究［J］.光学学报，2005(8）