LED照明灯在现代建筑中的应用

吴寿良

(无锡市申新工程技术有限公司，江苏 无锡 214073)

1 引言

近年来由于半导体技术的发展，LED照明已被越来越多的人所接受，LED俗称发光二极管，是上世纪八十年代发展起来的，起初色彩比较单一，常见的只有红色、绿色，主要用于仪器设备的指示灯，替代传统的灯丝指示灯。到了九十年代后期,蓝色的LED发光技术使LED照明的实现有了可能，近年来LED灯的生产有了飞速的发展，应用也越来越广泛，已成为当今照明的必然发展趋势。

2 LED照明灯的原理及其照明应用

2.1 LED灯的原理

LED发光二极管的核心技术是在一块单晶半导体的两部分惨杂不同材料，一边是p型半导体，另一边是n型半导体，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管称发光二极管，它是制作LED照明灯的基本器件。

在可见光谱特性中没有白光(见图1)，可见光波长范围为380 nm～780 nm，其中770nm～622nm为红色，622nm～597nm为橙色，597nm～577nm为黄色，577nm～492nm为绿色，492nm～455nm为蓝靛色，455nm～390nm为紫色，可见光谱没有精确的范围。人眼所能见的白光，需至少两种光的混合，即二波长发光(蓝色光+黄色光)或三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。上述两种模式的白光都需要蓝色光，所以在蓝色LED出现之前，白光LED是不能实现的。

2.2 LED灯的应用

1)在公共建筑中的应用

在现代公共建筑中大多数的照明采用传统的荧光日光灯和用于局部照明的新型节能灯(又称为紧凑型荧光灯，有U型、H型、螺旋型等)，白炽灯已逐渐退出市场。

传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此属于低气压弧光放电光源，辐射出波长为253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是253.7nm，约占全部辐射能的70%～80%；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10%)以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯高，所以与白炽灯相比，是一种节能的电光源。但荧光灯的最大缺点是会引起汞污染，除了加强废旧荧光灯的回收和降低荧光灯含汞量，没有其他办法。

在寻找替代荧光灯的新光源的过程中，绿色无污染的新型照明LED灯产生了，近年来，由于LED技术的迅速发展，LED灯已成为替代荧光灯的必然趋势。

LED灯具有高效节能、健康、绿色环保、保护视力、光效率高、安全系数高及使用寿命长等特点，完全符合现代建筑的需求。

在公共建筑中，常见的室内公共照明为走廊照明、办公室照明、地下停车库照明、环境照明等，而传统的照明灯具已不能满足现代建筑的要求，具体分析如下：

(1)走廊照明：照度不需要很高，一般≥50lux，但连续使用时间长，传统小型节能筒灯或小功率的白炽灯，易发热、使用寿命短、更换率极高。

(2)办公室照明：照度要求比较高，一般≥300lux，照明灯的布置密度大，传统使用荧光格栅灯较多，但有频闪现象，容易使眼睛产生疲劳，电感整流器会产生50Hz交流声，电子镇流器产生电磁干扰，荧光还存在汞污染等，这些多不利于人体健康。

(3)地下停车库照明：由于现代建筑都设有地下停车库，而它的照明是24h的，连续使用时间特别长，传统使用钠灯或荧光灯，钠灯需有较大的散热空间、消耗功率很大，荧光灯更换率极高。

(4)环境照明：在会议室(会场)一般多采用格栅日光灯或筒灯，虽然会议室使用照明灯的时间不长，节能效果不明显，但传统灯具调光困难，会议场景不易控、不柔和。

从上述的分析中可以看出，传统的照明存在着能耗高、使用寿命短、不环保、不易控等缺点。LED灯是与现代建筑相匹配的新型灯源，解决了现代建筑照明中许多难以解决的问题。

LED灯应用于走廊照明，不仅解决了灯具的发热问题，提高了安全性，还延长了使用寿命，降低了灯具的更换率，节约了电能的消耗。

LED灯应用于办公室照明，解决了频闪，降低了环境噪声，消除了电磁干扰和汞污染，同时也节约了电能的消耗。

LED灯应用于地下停车库照明，大大降低了电能的消耗和灯具的更换率，改变了照明环境。

LED灯应用于会议室等环境照明，易控制，可组成不同的照明场景，给会议室(会场)营造一个舒适温馨的环境。

2)在民用建筑中的应用

现在的民用建筑更追求节能、环保、安全，家庭照明中的传统白炽灯、荧光灯与LED灯是无法相比的，LED灯的优势远大于传统的荧光灯，在上述公共照明分析中已体现出来。为了具体说明，将1.2m T8 LED灯与1.2m T8普通日光灯(荧光灯)作一比较。见表1。

从表1中可见，LED灯具有响应速度快、功耗低、照度高、使用寿命长、无污染、年更换率低等突出优点，最终支出成本低。

表1 1.2m普通荧光灯与LED灯的比较

虽然，目前LED灯的前期投资略大于荧光灯，但在很短的时间内就可以收回投资成本，且目前LED灯的价格在大幅度的下降。

3)在室外场合的应用

在室外，LED在建筑体的景观亮化和航空障碍照明等方面更能体现出优势，由于LED灯色彩绚丽、易控制、电压低、安全可靠，已在亮化工程中广泛使用。亮化工程中所采用的1.2m灯管功率一般为9W～11W，而点光源灯功率一般只有3W～5W，与传统的霓虹灯相比节电是可观的，从可靠性和安全性来比，LED灯高于霓虹灯，而且LED灯的色彩比霓虹灯丰富，从控制技术角度来讲LED灯控制容易，繁多的变化花样只需通过软件的修改就能实现。所以LED灯在亮化工程中已基本替代了霓虹灯。

随着现代建筑中高层建筑的崛起，航空障碍照明也必不可少。高层建筑航空障碍照明采用LED灯后，频率(灯闪次数/秒)极易控制，标识明显，且由于低电压供电，安全性高，防水易满足要求，维修率很低。此外，LED灯消耗功率低，可以与太阳能电池配合使用，真正体现节能环保的理念。

3 LED照明灯不足及其现状

LED灯虽然有很多优点，但还有其不足之处，如：照射角度有限制，一般LED只能照射180°以下，而普通节能灯几乎可照射360°；LED灯的光线过亮，会强烈刺激眼睛，而普通节能灯相对柔和；生产过程中，每个批次的LED波长不易一致，造成颜色的一致性差，如要求颜色一致，则会增加成本。LED灯由于采用直流电源供电，电源的可靠性和质量也有待研究。

目前，LED灯具没有统一标准，而LED灯具的生产厂家又很多，生产质量参差不齐，会影响到LED灯的产业发展。

4 结束语

目前国家越来越重视照明的节能及环保，已经在大力推行LED灯的使用。尤其是公共建筑中，《建筑照明设计标准》(GB 50034-2013)和《中国照明学会地下车库智能照明技术指导意见(试行)》明确提出了推广使用LED灯。若LED灯的成本随LED技术的不断提高而降低，民用建筑中LED灯的使用也会越来越多，白炽灯、荧光灯及节能灯必然会被LED灯所取代。

综上，LED照明符合节能、环保、安全、绿色、健康的建筑新理念，必将在公共建筑、民用建筑及其他领域中得到广泛应用。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.建筑照明设计标准(GB 50034-2013)[S].北京：中国建筑工业出版社,2013.

[2] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册(第二版)[M].北京：中国电力出版社，2006.

[3] 陈永强，魏金成，吴昌东编著.模拟电子技术[M].北京：人民邮电出版社，2013.