浅谈LED在室内照明中的应用

2014-08-07李炳华

智能建筑电气技术 2014年5期

李炳华

(悉地(北京)国际建筑设计顾问有限公司，北京 100013)

1 概述

LED技术推动了照明行业的一场革命。毋庸置疑，随着LED技术日趋成熟及其产品价格不断降低，其在室内照明中的应用必将越来越多、越来越广。

LED在建筑中首先应用在标志标识方面，例如常见的“安全出口”、“电梯”、“卫生间”等电标志标牌早已采用了LED技术，这方面的应用取得了较好的效果，现在比较普及和成熟。随后，LED在夜景照明中得到广泛的使用，尤其北京奥运会的水立方项目[1，2，8]，通过国家科技部和北京市两项科研课题的攻关，成功将大功率LED应用在建筑物立面照明上，推动了我国大功率LED的发展，带动了我国LED在建筑物夜景照明中的应用，现在夜景照明已经普遍地采用了LED技术。同时，LED在应急照明领域得到广泛的应用，尤其在疏散照明中应用更为广泛、普及。近年来，室内照明中的筒灯、射灯、办公灯具等也有可采用LED技术的案例，并取得了一定的运行经验。

客观地讲，LED在室内照明中的应用刚刚起步，许多因素制约着其在室内照明中的应用。本文尝试对此问题进行分析，以期科学、合理地推动LED技术的应用。

2 LED应用在室内照明的条件日趋成熟

2.1 设计依据

就设计而言，《建筑物照明设计标准》(GB 50034-2013)是重要的设计依据之一。而即将修订完成的电气专业母规范——《民用建筑电气设计规范》也有相当多的条款涉及到LED灯的应用。相应的各种类型建筑的电气设计规范也有相应的LED应用条款。这些标准奠定了LED在室内照明应用的基础，必将为LED在室内应用起到非常重要的作用。

2.2 技术条件

LED灯是电气产品，在国际上由国际电工委员会IEC主导标准的组织、制定工作[3-5，9]。IEC内部由不同的技术委员会负责不同的工作：LED照明电器产品标准由TC34负责，主要包括LED的光源、连接器、控制装置、灯具等内容；LED光生物安全部分归口TC76技术委员会。《灯具性能-第2-1部分:LED灯具特殊要求》(IEC/PAS 62722-2-1)、《普通照明LED模块性能要求》(IEC/PAS 62717)等标准为LED灯的生产、检测、应用奠定了基础。

我国在吸取国际先进标准的基础上，建立了自己的LED标准体系[9]，包括灯具的安全标准、性能标准和方法标准三大类，截至目前，共计完成标准28项，其中安全标准24项，性能标准2项，方法标准2项，较好地规范和推动了LED灯的制造、检测和应用。

对设计来说，现在已经具备在室内使用LED灯的基本条件。归纳起来如表1所示，这些参数大多是我国CQC认证[6，9]的内容，而3C认证主要对安全、电磁兼容方面进行认证。

表1 LED灯的主要参数及要求

注1：功率因数的实测值不应低于标称值的0.05。2：显色指数中R9是某光源对“饱和红色”的显色指数。显色指数有R1、R2、R3……R14、R15。前8个的颜色是常见颜色，它们的平均值为Ra。后7个是：饱和红色、饱和黄色、饱和绿色、饱和蓝色、白种人皮肤色、树叶绿、亚洲人皮肤色。3：限于长期工作或停留的房间或场所。4：在寿命期内LED灯的色品坐标与初始值的偏差在国家标准《均匀色空间和色差公式》GB/T 7921-2008规定的CIE 1976均匀色度标尺图中，不应超过0.007。5：LED灯具在不同方向上的色品坐标与其加权平均值偏差在国家标准《均匀色空间和色差公式》GB/T 7921-2008规定的CIE 1976均匀色度标尺图中，不应超过0.004。

2.3 应用场所分析

《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)对不同类型建筑物、不同场所的照明标准给出要求，为了达到标准值的指标可以采用多种途径和方法。在民用建筑应用方面，下列光源将不予考虑：

1)普通白炽灯——2011年我国发布了“中国逐步淘汰白炽灯路线图”，正逐步淘汰白炽灯；

2)卤钨灯、荧光高压汞灯——综合能效指标[7]较低，即光效低、寿命短；

3)高压钠灯——显色性不满足要求；

4)普通卤粉直管荧光灯——显色性不符合要求，且光效较三基色荧光灯低很多。

表2为住宅建筑主要场所可使用的光源。从表2可以看出，住宅建筑的卫生间、厨房、电梯厅、走道、楼梯间、车库等场所可以大胆地使用LED灯，而人长期停留的起居室、卧室、书房等场所需要谨慎对待、慎重选用，因为LED灯对人安全性问题还在研究过程中，尤其对孩子的视力影响还需进一步评估。

表2 住宅建筑主要场所常用光源

注：表中，√——可用；○——谨慎使用；×——不推荐使用。

由表3可知，办公建筑的前台、接待场所，可以使用LED筒灯、射灯，既起到装饰作用，又能节约能源。其他办公场所可根据需要慎重选用，选择符合标准要求的、质量优良的LED办公灯具。

表3 办公建筑主要场所常用光源

注：1. 表中，√——可用；○——谨慎使用；×——不推荐使用；2.表中照度值的参考平面及其高度除设计室为实际工作面，其他均为0.75m水平面。

表4是酒店主要场所推荐使用的光源。除大堂、多功能厅、游泳池等少数场所外，酒店大多数场所可使用LED灯，现在许多酒店已经使用了LED功能性照明灯具，取得了良好的应用经验，尤其客房的阅读灯、筒灯、射灯等，使用较多，效果较好。

表5为商业建筑主要场所推荐使用的光源。

表4 旅馆建筑主要场所常用光源

注：表中，√——可用；○——谨慎使用；×——不推荐使用。

LED灯在商业建筑中可以大显身手，经常在橱窗照明、柜台照明、货架照明等场合使用，尤其适合重点照明场所。

民用建筑中常见的设备机房常用光源见表6。LED灯在这类场所需慎重使用，一方面LED灯性价比不占优势，另一方面设备用房环境不同于其他室内场所，存在潮湿、震动、电磁干扰等情况，使用时需进行评估和分析。

3 存在的问题

3.1 标准问题

我国LED灯与IEC的标准体系相仿，有些标准已经完成，有些标准尚未制定或正在制定过程中，在已颁布执行的标准中重复编制现象比较严重。另一方面，作为应用标准的设计规范尚不完善，对此新技术还需进一步研究。

国际上，以飞利浦、欧司朗等企业联合成立的ZAGA联盟将对LED灯的接口进行规范和要求，也必将对我国2万余家LED企业带来冲击和挑战。同时COB等技术对LED光源的生产也会产生重大影响。

因此，LED标准相对滞后，企业联盟的标准壁垒影响了LED在室内照明中的应用。

表5 商业建筑主要场所常用光源

注：表中，√——可用；○——谨慎使用；×——不推荐使用。

表6 设备用房常用光源

注：1、表中，√——可用；○——谨慎使用；×——不推荐使用；2、计算机房、控制室等有显示屏场所需防光幕反射；3、锅炉水位表处的照度不小于50lx；4、表中照度值的参考平面及其高度除注明者外均为0.75m水平面。

3.2 技术发展中的问题

LED技术处于快速发展期。目前LED芯片的光效从十年前的15 lm/W呈现约二十倍的增长，已经超过T5三基色直管荧光灯的光效。以科锐公司今年上半年新推出的XLamp©XP-L LED商业化量产单芯片大功率LED封装器件为例，在350 mA电流条件下光效高达200lm/W，光通量达1 226lm。而这时期该公司的白光功率型LED实验室光效超过300lm/W。不仅如此，未来几年，LED芯片光效每年将以20%～25%的速度提升。

技术进步的同时，也承受着其快速发展的压力。上游外延芯片快速发展，影响了中下游的产品研发、定型。试想，经过长时间的产品研发、试验、修改、再试验，到最后通过国家相应的检测试验及3C、CQC认证，产品定型之时也就意味着技术的落后。

3.3 光健康问题

LED光所引发的健康问题一直在行业内备受争议，照明界与医疗卫生部门的观点不太一致，此类问题在国际上也是新的课题，目前还在研究过程之中，短时间内很难下定论。

3.4 性价比

目前，LED灯的性价比不占优势。从性能角度看，中国不乏品质优秀的LED产品，同时也存在大量质量低劣的LED灯，2万余家的LED照明企业生产出海量的、质量参差不齐的LED产品，再加上如上所述的诸多问题，增加了选择质量优良产品的难度。从价格看，LED灯的价格明显高于它所替代的光源价格。表7为阿里巴巴网站上公布的单只LED球泡灯技术参数和售价，从表中可以看出，LED节能效果非常明显，但其性价比不高，与相近光通量的白炽灯、节能灯相比对，LED球泡灯的价格是白炽灯价格十倍之多，是节能灯的2倍。而消费者买灯是为了得到光，按单位价格计算，1元钱只能买15lm LED球泡灯的光；同样1元钱，可买170lm白炽灯的光，27lm节能灯的光。因此，LED应用在室内照明除提高产品性能外，还需降低成本，从而降低售价，努力提高LED灯的性价比。