照明技术的发展和建筑照明设计应用

任元会

(中国航空规划建设发展有限公司，北京 100120)

1 照明技术的发展趋势

随着社会经济和社会生活的发展,以及科技的进步，当今照明技术有以下几种发展趋势，值得照明产业和照明工程设计给予特别关注。

1)更加重视和突出照明节能。这是我国和全世界都特别关注的重大问题，不仅只是在照明产业界和照明科技领域，政府部门也采取了多项实际有效的措施，推进照明节能和环境保护。

2)在照明科技和工程领域，不仅重视照度水平，更关注保证良好视觉环境的照明质量，以及照明对人身心健康的影响。

3)在满足照明功能的条件下，关注照明功能和装饰美观的有机结合，提高照明舒适性、装饰性和景观效果。

4)重视新光源、新技术的研制、发展和应用。上世纪70年代末到世纪末，荧光灯研制成效卓著，出现六大进步(细管径，紧凑型，稀土三基色荧光粉，高频电子镇流器，固汞和低汞、微汞，其他工业进步)，使其光效、显色性能、频闪效应、使用寿命和维护都取得了重大进步，获得广泛应用。另一个领域就是固体发光的半导体器件——发光二极管(LED)的崛起，自研制出白光LED灯的近20年来，发展迅速，LED灯以其高光效、长寿命、起点快捷、调光方便等诸多优势，受到照明产业界，科技领域和政府部门的高度重视，前景广阔。

纵观今日国际和国内照明学术界科技机构、产业界以及照明产品标准和照明设计标准的制(修)订、学术交流、推广应用，无不显示和突出以上这些特点，正说明这些确系今日照明发展的潮流和走向。

2 照明节能是当今之首要主题

2.1 照明节能的意义

从1997年京都协定书到2011年哥本哈根世界气候大会，全世界对节能减排给予了极大重视。照明领域从美国环保署1992年提出“绿色照明”到我国1996年发布“绿色照明工程实施计划”；从澳大利亚2007年1月计划5年禁止使用白炽灯，到我国2011年11月发布“淘汰普通照明白炽灯路线图”，说明全世界都对照明节能非常重视，并采取了实际有效的实施步骤，已经产生十分显著的效果。

2.2 光源的应用是照明节能的第一要素

1)照明节能是关系到多方面的系统工程，涉及设计方案的优化、照明方式的选取、正确的计算、照明控制方式的应用以及光源、灯具和电器附件的正确应用等，然而作为电能转换的第一要素，高效优质的光源选用无疑是最主要的因素。

2)应淘汰和限制使用的低效光源

(1)不应再选用普通照明白炽灯。按我国淘汰白炽灯路线图，已于2012年淘汰100W及以上白炽灯，2016年全部淘汰白炽灯；设计中，除其他光源不能满足要求的个别特殊场所，不应再选用白炽灯；对于现有使用白炽灯的场所，主要是宾馆客房、大堂，应逐步改造，用LED灯和自镇流荧光灯取代。

(2)严格限制卤素灯的应用。主要指低电压冷光反射灯杯(如MR16)，用于商场照射水晶、金银首饰等反光性强的商品，能显示其特殊光彩和商品的华贵品质。但由于其光效低(仅高于白炽灯)，仅适用于商场以及博物馆、画廊等场所的重点照明，而不应在宾馆客房、大堂以及餐厅、走廊、电梯、电梯大堂、会议室等场所使用。

(3)不应选用荧光高压汞灯，特别是不使用自镇流高压汞灯。这种光源光效低(30lm/W～35lm/W)，显色性差(Ra=35),已经没有任何优势，因此不应再选用。目前仍有不少城乡小路、老企业等在使用，应逐步改造，用LED灯、金卤灯及高压钠灯等高效优质光源取代。

3)应推广应用高效光源。当前高效光源主要有：三基色直管荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)、金卤灯和陶瓷金卤灯、高压钠灯、无极荧光灯及LED灯。这些光源的共同特点是光效高，但显色指数、起点性能及调光性能等各有其优缺点，应根据场所的特点和要求合理应用。

三基色直管荧光灯仍是应用最广的高效光源，各项技术参数都比较优异，其性价比高，经济合理。如何正确使用，应坚持以下几项要求：

(1)细管径：即采用光效更高、环保性能好的T8和T5型灯管。

(2)三基色：即采用稀土三基色荧光粉的灯管，其显色指数(Ra)大于80，满足使用要求，其光效比卤粉灯管高18%～30%，不仅有极好的节能效果，而且减少了需要的灯具数量，所节省的费用不仅可弥补三基色灯管增加的费用，还有剩余。

(3)长灯管：即选用长度约为1 200mm的灯管(T8-36W,T5-28W)，不应选择长度约为600mm的灯管(T8-18W,T5-14W)，特殊需要者除外。因为前者比后者光效高35%～40%(含镇流器)，而且按《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》(GB 17625.1-2003)的规定：P>25W放电灯的3次谐波不得超过30λ(λ为功率因数)，P≤25W者，其3次谐波不应超过86%，而高次谐波导致多种危害，特别是3次谐波电流在中性线(N线)中呈三倍叠加，致使导体(相导体和N线)截面成倍乃至几倍增加，而且使线路功率因数大大降低(从0.95降至0.5～0.6)，所以必须严格限制这种长度约为600mm的灯管的应用。近年来，由于一些写字楼、商场、学校、控制室等类场所的照明设计由装饰公司完成，他们往往注重装饰效果、触效重视度不够，大量使用了长度约为600mm的灯管，导致能效低、谐波大等诸多恶果，必须大力纠正。

2.3 关于照明功率密度(LPD)限值的降低与应用

1)《建筑照明设计标准》(GB 50034-2004)制订了各类场所的LPD限值，并作为强制性条文发布，已实施8年多，对建筑照明节能起到了很大的推动。其中规定了LPD限值的目标值，更为绿色建筑和节能建筑所引用。

2)鉴于光源、灯具技术的发展，能效的提高和照明工程设计对节能的重视，标准规定的LPD最大限值仍存在进一步紧缩(降低)的条件，这也是2004年发布《建筑照明设计标准》时所预计到的。因此，新修订《建筑照明设计标准》时，进一步降低LPD最大限值的规定，完全符合实际情况，必将进一步推动照明节能的发展。

3)LPD限值的实施

(1)LPD限值是最大允许值，并非优化值。一个场所应安装多个光源，应按场所的照度标准值和场所面积及其室形指数(RI)等因素，经计算确定光源数量和需要的安装功率(即实际LPD值)，并要求此值不能大于规定的LPD最大限值，最好是低于甚至大大低于LPD限值，更有利于节能。某些设计不作照度计算，而利用标准规定的LPD限值以简单地推导出实际安装功率，则是违背标准制定LPD限值的初衷。

(2)LPD限值是一个推动节能的宏观指标，对于不同大小、不同高度的房间、场所，其利用系数相差可能较大。为此，标准将规定当该房间、场所的RI值小于某一值(即代表其面积很小或高度很大)时，将加大LPD限值一定比例。

(3)LPD限值是针对特定使用场所(如办公室)和相应的照度标准值(如300lx)而规定的，当照度标准值按规定提高或降低一级时，LPD限值应按比例增减。但由于照度计算值与照度标准值的偏差(允许不超过±10%)，标准规定LPD限值不应增减。

(4)照明设计中应采取多种措施降低实际LPD值：首先是采用高效光源、高效镇流器和高效灯具；其次是理解标准规定的均匀度是作业面的均匀度，并非指整个房间的均匀度，对一些非作业面可以降低照度，而将来的标准也不要求所有场所均匀度都不低于0.7，而将分别为0.7、0.6和0.4几类；再就是场所内的通道，其照度允许降低，只要求不低于作业面照度标准的1/3即可。

3 照明视觉功能与装饰美观的结合

3.1 照明视觉功能与美观的双重要求

照明要满足视觉要求，是最基本的条件，包括必要的照度水平和良好的照明质量，后者又涵盖光源的显色性能和相宜的色温、眩光限制、必要的照度均匀度和空间亮度。随着经济的发展，社会生活新的需求，一些公共建筑和居住建筑，要求灯具作为房间或场所内装饰的一部分，增加美感是必然的发展。

3.2 照明工程设计应坚持的原则

1)安全：是基本保证。

2)适用：满足使用要求，即前述的视觉功能条件。

3)节能：是全国乃至全世界的重大方针。

4)经济：包括建设费用和使用期间的运行费用。

5)美观：体现社会生活前进的新诉求。

应该坚持以上五项原则的有机结合。对于不同的建筑有所区别。如工业建筑场所，特别是冶金、石化、水泥等生产车间，美观的考虑就很少；对于民用建筑，特别是四、五星宾馆，高档次会所、会议中心、美术馆等，美观的因素占十分重要的地位，即使如此，也不能忽视使用要求和节能等原则。

3.3 当前的倾向

1)最突出的问题是注重了装饰美观，忽视了节能，主要表现是：

(1)过高地选用了光效低的光源：如宾馆仍使用了很多白炽灯；大量的水晶吊灯使用了多灯头白炽灯(如某五星级宾馆大堂安装了五套大吊灯，最大者安装了180只40W白炽灯泡)；不少场所不恰当地使用了反射式白素灯杯，如宾馆客房的阳台和床头阅读灯、走廊灯、电梯大堂灯、电梯内灯、餐厅灯等场所。究其原因，有的是客房需要2 700K的暖色温，有的要求可调光，有的要求定向性照射，有的要求显色性好，有的要求辉煌多彩的观感。其实今日的高效光源，如荧光灯、LED灯分别具有暖色温、高显色、可调光、定向性等特点。可以或基本可以代替白炽灯和卤素灯，其光效可提高达3～6倍。当然，有些指标仍有差距，如显色性能和多彩感，仍需要在应用中不断改进，根本原因还是没有很好地把装饰美观和节能统一，这个问题必须认真解决。

(2)灯具设计对装饰考虑多，对效能较少顾及。如五星级宾馆客房和洗浴间使用的背板后暗藏灯，光的利用率相当低；宾馆、餐厅、会议室等使用的暗槽灯，对暗槽高度、深度以及顶棚表面反射比，暗槽内是否要灯具，什么配光等，从光的利用率计及甚少，很大程度上影响了能效。

2)其次，考虑装饰美观，忽视使用要求。如不少宾馆客房活动区(标准规定照度为75lx)和床头(规定照度为150lx)达不到照度标准，造成阅读和作业的困难；床头、餐厅、电梯等部位设置的定向反射式卤素灯，有的直接眩光过大，使人很不舒服。

3)再次，为了装饰美观，导致维护不便。如大堂、中庭、自动扶梯等的上部，灯很高，高梯难以置放，使换灯和擦拭灯具困难。

4 关于LED的应用和技术要求

近20年来，白光LED灯的研制成功，引起了照明产业界、科研单位、工程设计人员和政府主管部门的极大关注，投入了大量的资金和人力，进行了很多研究，取得了很大进展。建筑照明中如何应用LED灯，是关注的重点。

4.1 LED灯的优势和存在的问题

1)LED灯具有光效高、寿命长的优点，更突出的是起点快捷、可靠，调光性能是其他光源不可比拟的。其多种颜色的光，可组合成百上千种色彩，以及具有调整色温的独特性能，使其在城市景观照明中的建筑艺术特色表现中，显示出独特的功效。

2)LED灯作为一种新的光源，必然要迎接诸多新的挑战，如灯具的组成形式、散热效果、驱动电源方案等都在实践中前进；LED灯的色表和显色，以及其光谱分布，蓝色光谱份量大的问题，都可能对建筑内场所的应用带来不良影响，而这些问题的解决，又必将降低其光效，提升成本。

4.2 LED灯在建筑照明应用的技术要求

LED灯这种有发展前景的新型高效光源，正处在步入建筑照明领域的重要时刻，应及时提出必要的技术要求，以保证照明质量，有利于人的身心健康。这些要求将有效引导LED灯制造商提高产品质量，步入正确轨道，也指导照明设计师合理选用LED灯。

参照《一般照明用LED模块—性能要求》(IEC/PAS 62717)和《灯具性能 第2-1部分 LED灯具的特殊要求》(IEC/PAS 62722-1)，以及美国能源署DOE《LED灯具能源之星认证的技术要求》等文件，对LED灯在建筑照明的应用做出以下技术要求：

1)长时间工作或停留的场所，其显色指数(Ra)不应低于80。

2)同上场所，其色温不宜高于4 000K。

3)要求LED灯对饱和色的特殊显色指数R9>0。

4)同一场所内同类LED灯之间的颜色偏差不应大于4SDCM。

5)LED灯在空间的色品不应相差太大，要求在大于峰值光强10%的区域内，在不同方向的色品坐标与其加权平均值的偏差，在CIE 1976(u′v′)图中，不应大于0.004。

6)LED灯在寿命期内的色品坐标与初始值的偏差在CIE 1976(u′v′)图中，不应超过0.007。

7)LED灯的光通维持率在10 000h时，不应低于90%。

8)LED灯的表面亮度高，应更注意限制眩光，LED射灯有漫射罩，并不得任意拆除，遮光角不应小于30°。

4.3 更科学地推进LED灯在建筑照明的应用

1)LED灯有诸多优点，应积极、科学、稳步推动其应用。

2)LED灯还是在前进中的产品，将在应用中逐步完善，应利用其优势，首先在更能发挥其优势的场所应用，如：

(1)高档民用建筑的装饰性照明，需要彩色光、彩色变幻灯光、色温变化等场所。

(2)需要定向照射的场所，如博物展览、美术馆、照射壁画、工艺品等。

(3)需要自动调光或手动调光的场所，首选是根据人体红外，感应调光达到节能的目的，如：走廊、楼梯间、电梯大堂、电梯内、卫生间、地下车间以及没有人长时间工作、只进行短时检查、巡视的工业和民用场所。

3)应该循序渐进，稳步发展，切忌一哄而起，盲目“跟风”，不切实际地夸大其词，既不利于LED在建筑照明中的应用，也容易损害LED的自身形象。