LED照明在建筑中的节能应用

岳永亮

（思颐科技（上海）有限公司，上海 201100）

1 LED的照明原理以及LED照明的特性

LED是英文light emitting diote的缩写，即发光二极管。这种二极管的基本结构就是一块芯片，这种芯片的构成也很简单，是一块由电带动发光的半导体材料，这种材料可以将电能转化成光能［1］。正如人的生存需要心脏时时刻刻为全身进行供血一样，LED的持续工作也离不开这一小块芯片的作用，换言之，这块芯片就是LED的心脏。

作为当下一种被普遍使用的照明工具，LED有其独特的性质。首先是LED的可靠性，数据才是最有力的证据，当我们为节能荧光灯光源拥有5千小时的使用寿命感叹时，LED的5万小时足以让我们尖叫。如此，LED的可靠性毋庸置疑。其次就是LED的绿色环保特性，众所周知，许多的照明工具中都会含有汞、铅等对环境造成很大污染的重金属，而LED不含有这些“危险元素”；而且LED发光时也不会产生紫外线，这样，之前我们见到的“蚊虫围着灯泡转”的现象就不会发生，同时，LED照明采用恒流驱动，这一设计使得电能转化成光能的效率提高至50%以上，传统的白炽灯泡的转化效率只有4%。

2 建筑物对照明的要求

建筑物的修建归根到底是为大众修建的，它的外貌、构成都应该体现的是消费者、大众的意愿［2］。换言之，建筑物对照明的要求也就是大众对照明的要求。现如今，人们对灯具、照明的要求已不仅仅是最初的“亮”那么简单，人们追求的是适宜，安全，节约。

所谓适宜，就是灯具的照明效果应该与建筑物的功能，与人们的认知相吻合，针对不同的建筑物，我们使用不同的照明灯具。在追求光明的同时，安全也是大众对建筑物内灯具的要求；这里的安全不仅仅是指安装过程中的安全，更加重要的是对人的眼睛、身体的影响程度；建筑物对灯具的选择中，也要考虑这个“安全系数”。所谓节约，这里的节约不仅仅是省钱那么简单，在现在追求低碳生活的情况下，节约更多的是节能，节能不是我们个人的追求，也是我们整个社会的追求，LED灯能很好地将这些需求体现出来。

3 LED照明的节能特性

有人将LED灯与普通白炽灯、节能灯以及稀土三基色荧光灯做了比较，结果显示“普通白炽灯的光效为12-24lm/w，寿命不超过2000h；螺旋节能灯的光效为60lm/w，寿命小于8000h；稀土三基色荧光灯则为50-70lm/w，寿 命 大 约 为 10000h；而 白 光 LED为100-200lm/w，寿命可大于100000h。”据此，LED的节能不言而喻。那么，LED照明的节能原理是怎样的呢？

LED的核心零件就是一块半导体材料的芯片，其发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体芯片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该芯片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子，电子和空穴之间的能量(带隙)越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少；由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。由此可知，LED可以将电能直接转化为光能，其发光原理显然不同于传统的白炽灯和荧光灯加热灯管灯丝的形式，这样就大大减少了电能转化为热能而白白浪费掉的情况，而且LED高度的光线能量集中，超强的发光指向性也是其节能的重要推动力量。在发光用电方面，LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，也就是说，1只LED消耗的电不超过0.1W。在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万h。

4 LED照明与建筑物修建的结合以及节能应用

建筑物的照明工程是整个建筑物修建工程中的一个重要组成部分［3］。美国著名设计师沙利文说过这样一句话，“形式由功能而来”，在建筑物中使用LED灯，其颜色、位置得根据这栋建筑物的功能而定。比如说，在电影院中，我们知道电影院是很少需要灯光的，所以在电影院的修建过程中对光线的考虑就很少。在选择LED灯时，就不需要选择明亮的灯光，偏暗即可，只要达到在电影散场后观众可以看见道路的标准即可。

目前，人们在建筑物中安装照明工具时，“节能”是其必须要考虑的因素，特别是在大型的工程项目中。由于LED灯具有高发光率、高转化率，选择LED照明显然是一个很好的方案。开发商在进行建筑物的设计时就要考虑到LED灯的特点并与安装场所相结合，选择最适宜的灯具和布局，这样在满足建筑使用功能、观感效果的同时，达到了节能的目的。例如：与传统的3X36W荧光灯相比，功耗为80W的LED灯具无论在光通量、显色指数，还是瞬时响应速度上，都更胜一筹。那么如果将传统的荧光灯全部换成等效的LED灯，不仅灯具数量减少，照明灯具的总功率也降低至少20%～30%，算下来每年就会节省出一笔可观的费用。

在具体的LED灯具选择上，不同功能的建筑物、不同功能的建筑空间对照明的需求程度是不同的，我们要选择安装与之相适应的LED灯，只有做到“因地制宜”，才能在最大程度上节能。

需要注意的是，在目前的工程应用上，传统的荧光灯可以单管加装蓄电池，作为带有应急照明的灯具使用；而LED灯具由于其芯片整体性的特点，无法为其选配足够大的蓄电池模块，即使做非标应急模块，也很难通过相关主管部门的认可，这不得不说是一个遗憾。根据笔者的经验，一般会采用成熟的应急灯灯具，如在有吊顶的区域采用筒灯与应急蓄电池模块的组合，与LED灯具进行互补，从而达到满足应急照明设计要求的目的。

5 结语

建筑物中LED灯的安装与使用是每一个开发商或建筑团队必须考虑的一大问题，因为这个不仅关乎消费者的利益，也关乎商家的利益，更高层次来说，它也符合我国提倡的节能宣传。当然，LED照明也存在一定的缺陷，随着科学技术的不断发展，LED照明在技术上也在不断地进行改进，相信在不远的将来，LED灯具会随着成本的降低以及更加优异的性能走进千家万户。

［1］阿尔伯蒂.论建筑［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［2］安腾忠雄.安腾忠雄论建筑［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［3］王其钧.古典建筑语言［M］.机械工业出版社，2010.