浅析LED应用于室内照明设计的技术要求
2015-04-16叶文加广州市设计院广东广州510620
叶文加（广州市设计院 广东广州 510620）
浅析LED应用于室内照明设计的技术要求
叶文加
（广州市设计院广东广州510620）
《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）增加了发光二极管灯应用于室内照明的技术要求，本文对LED的优缺点进行了介绍，计算了LED的效能，对色温、显色指数进行了说明，分析了LED的照明节能应用。
LED；灯具效能；色温；显色指数；照明节能
1 引言
《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）与《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）相比增加了发光二极管灯应用于室内照明的技术要求。
发光二极管（LED）灯light emitting diode lamp是由电致固体发光的一种半导体器件作为照明光源的灯。LED被称为第四代光源，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
本文以《标准》[指《建筑照明设计标准》（GB50034-2013），下文同]所列条文对LED作出的规定为依据，分析其应用于室内照明的技术要求。
2 光源选择
《标准》3.2.2规定：商店营业厅的一般照明宜采用细管直管形三基色荧光灯、小功率陶瓷金属卤化物灯；重点照明宜采用小功率陶瓷金属卤化物灯、发光二极管灯；旅馆建筑的客房宜采用发光二极管灯或紧凑型荧光灯。
此处简单分析几种常用光源的优缺点：
（1）荧光灯：具有光效高，光线柔和，光色宜人，寿命长等优点，缺点是含汞等有害元素、不可调亮度、紫外辐射、闪烁现象、启动较慢、稀土原料涨价、反复开关影响寿命；
（2）陶瓷金卤灯：优点是发光效率特别高发热少，显色指数高，色温高，在同等亮度条件下，色温越高，人眼感觉越亮；
缺点是相对寿命较短，由于材料、工艺的限制，另一个缺点是启动必须用专门的触发器。启动后亮度系逐渐增加，如果启动能量过大，启动速度过快，会影响灯泡寿命；
（3）LED优点：电光转化效率高，绿色环保、寿命可达10万小时、反复开关无损寿命、体积小、发热少、亮度高、坚固耐用、易于调光、色彩多样、光束集中稳定、启动无延时；
LED缺点：起始成本高、显色性差、大功率LED效率低、恒流驱动（需专用驱动电路）。
《标准》3.2.2条文说明指出：近年来半导体照明技术快速发展，然而产品尚未成熟，在诸如颜色一致性、色漂移以及光生物安全等诸多领域还存在争议，因此对于办公室等室内空间暂不将发光二极管灯作为推荐使用光源。
此处简单描述这几项争议：
（1）LED的制造，从上游的芯片外延，到中游的荧光粉搭配、封装，每一步都会影响最终的光色。在外延部分，主要是LED芯片的波长对最终的LED光色有影响。在封装端，主要是荧光粉的调配、荧光粉的厚度、均匀度和与LED芯片主波长匹配的问题，由于LED光色在封装端受到了多个参数的影响，其光色一致性非常难以控制。
（2）LED在工作50，000h或更久后，其光输出会逐渐下降到其标称值的70%，相关色温会发生变化，随着荧光粉的老化而升温，趋近于蓝色。即使是RGB LED解决方案也会有类似的问题，随着三色发光器以不同的速度按照不同的曲线缓慢的老化，还是一样会产生相关色温的色度漂移。
（3）LED与传统光源相比在发光原理、制造光源所用的材料以及光学设计上都有很大差异。因此更需要了解这种新兴光源产生的光辐射是否会对人体有害，比如产生的紫外线对人体是否会产生皮肤癌、白内障。产生的蓝光，热量是否能灼伤视网膜，皮肤。对于如何评判LED光辐射的危害性，国际电工委员会（IEC）于2006年就出版了相关的标准IEC62471。在光安全的标准化和测量方面，国际、国内都已在做着大量的研究工作，IECTC-76和 CIED6正在对 IEC62471/CIES009进行修订，IECTC-76也正在草拟IEC62471系列标准的两个附件，包括第四部份的有关测量方法的指导意见。
3 灯具效能
《标准》3.3.2对发光二极管筒灯、平面灯灯具的效能作出规定。
《标准》3.3.2条文说明介绍了LED效能的计算方法：传统的荧光灯灯具、高强度气体放电灯能够单独检测出光源和整个灯具所发出的总光通量，这样可以计算出灯具的效率；但发光二极管灯不能单独检测出发光体发出的光通量，只能计算出整个灯具所发出的总光通量，因此总光通量除以系统消耗的功率就得到了效能。
此处对某品牌LED灯管为例作简单计算：
色温3000K，光通量600lm，额定功率9W，因此该灯具效能为：600÷9=66.66lm/W。对照《标准》中的表3.3.2-6，若灯盘为反射式，则符合规范要求；若为直射式则低于规范要求。
4 光源颜色
《标准》4.4.4规定：长期工作或停留的房间或场所当选用发光二极管灯光源时，色温不宜高于4000K，特殊显色指数R9应大于零。
《标准》4.4.4的条文说明指出，考虑到室内照明的舒适以及目前发光二极管灯光生物安全的考虑，国外的研究证明色温大于4000K可具有光生物的不安全性，提出色温不宜高于4000K。如果光谱中红色部分较为缺乏，会导致光源复现的色域大大减小，也会导致照明场景呆板、枯燥，从而影响照明环境质量。而这一问题对于蓝光激发黄光荧光粉发光的发光二极管灯问题尤为突出。如果不加限制势必会影响室内光环境质量，美国对于用于室内照明的发光二极管灯也限定其一般显色指数Ra不低于80，特殊显色指数R9应为正数。
此处对条文提及的几个专业术语作出说明：
（1）光生物安全：在《标准》3.2.2已提及，而《标准》4.4.4进一步规定色温不宜高于4000K；
（2）一般显色指数是光源对国际照明委员会（CIE）规定的第1～8种标准颜色样品显色指数的平均值，通称显色指数，符号是Ra；特殊显色指数是光源对国际照明委员会（CIE）选定的第9～15种标准颜色样品的显色指数，符号是Ri，其中R9是饱和红色。若R9为负数，表示该灯光严重缺少650nm附近的红光。这是蓝色芯片加黄荧光粉的LED的通病。
5 节能措施
《标准》6.2.7规定：下列场所宜选用配用感应式自动控制的发光二极管灯：
（1）旅馆、居住建筑及其他公共建筑的走廊、楼梯间、厕所等场所；
（2）地下车库的行车道、停车位；
（3）无人长时间逗留，只进行检查、巡视和短时操作等的工作的场所。
此项节能措施利用了LED的优点：易于调光、反复开关无损寿命及启动无延时。若采用一般荧光灯，一来亮度不可调，二来感应式反复开关也会影响荧光灯寿命。
但对于车库面积较大，如全部采用LED灯则投资较大，而采用T8荧光灯管较为经济。为满足节能需求，对灯列间隔分组并进行分时段、分区域控制。
6 总结
发光二极管灯将成为室内照明应用中的主流产品之一，但现阶段在相关产品还没完全成熟前，我们需要注意其存在一定的缺陷，因此在设计当中应做到：
（1）需严格按照规范所述的场所选用LED灯，且灯具效能须满足标准。《标准》中没有提及的场所不推荐使用LED灯；
（2）LED灯尤其须注意光源颜色的选择，色温不宜高于4000K，一般显色指数Ra不低于80，特殊显色指数R9应为正数，确保符合光生物安全性；
（3）配用感应式自动控制的LED灯在大部分时间无人通过或工作的场所有很大的节能效果。
[1]《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）.
[2]《建筑照明术语标准》（JGJ/T119-2008）.
TU113.6+6
A
1673-0038（2015）06-0029-02
2015-1-22
叶文加（1986-），男，工学硕士，毕业于华南理工大学，主要从事建筑电气设计工作。
