绿色建筑照明设计中LED光源的应用

朱为东

(湖南省建筑设计院有限公司，长沙 410012)

0 引言

随着我国建筑行业快速发展，对建筑照明设计的要求越来越高。科学合理的照明设计对实施绿色照明起着关键性的作用。1991年绿色照明的概念由美国环保局(EPA)率先提出，1993年11月我国启动了中国绿色照明工程，1996年制定了《中国绿色照明工程实施计划》，并在北京、上海、广东等地区试点实施。在国家相关政策的引导下，绿色照明工作得到了大力推行，在产品研发、工程设计、运行维护等方面不断完善，形成了主要包括高效节能、环保、安全、舒适4项指标的系统工程。

1 LED光源的特点及存在问题

作为我国“十一五”十大重点节能工程之一，绿色照明工程在提高全社会节能减排意识、有效削减电力峰荷、节省电力建设投资，减少发电用煤、减排CO2等方面，均取得了显著成效。基于LED具有的环保节能、长寿命、高光效、低辐射、可控性强等特点，LED光源的应用已是一项重要的绿色照明措施。

1.1 高效性

LED灯具是由发光二极管组成的发光半导体阵列，结构简单，可以通过调节电流的强弱完成光控制，封装技术的发展也使得LED具备更优的发光效率和散热环境。与传统灯具相比，LED灯具工作电压较低，工作电流较小，具有较好的抗冲击和抗震性，可靠性高、寿命长。

1.2 LED灯具与传统灯具对比

近几年，LED光源在颜色、种类、亮度和功率上都发生了巨大的变化，其在建筑照明中与常规灯具光源相比，具有长寿、环保、节能等优势。民用建筑领域节能环保的逐渐重视，以及LED光源技术的不断发展，与传统灯具相比，LED灯具结构简单、紧凑、可塑性强、应用中便于隐藏等特点，使其更好地融入了现代建筑与城市建筑一体化中。表1为LED灯具与传统荧光灯性能比较。

LED灯具与传统荧光灯性能比较 表1

从表1可知，LED灯具有节能、保护眼睛、响应速度快、功耗低、照度亮、使用寿命长、无污染、年更换率低等突出优势，最终折算支出成本低。虽然LED灯具的前期投资略大于荧光灯，但是在很短的时间内就可以收入前期投资的成本。同时随着LED灯具自身技术的不断发展其价位也在不断下降，这将为LED灯具的普及提供更为有利的条件。

1.3 存在的问题

1.3.1 灯具不一致的问题

理论上LED都是能发光的二极管，但实际上所有LED的电性能都是有差异的，每个厂家甚至同一厂家在不同时间的工艺都有所不同，不同厂家使用的半导体原材料的纯度、封装工艺和封装材料等更是不同，导致LED的发光强度与驱动电流、整体的散热能力参差不齐，且短期内这种差异无法消除，这也是制约其发展的因素之一。

1.3.2 光健康问题

LED灯具产生的光健康问题(LED灯具蓝光溢出)一直在行业内备受争议，照明界与医疗卫生部门的观点存在差异。当前市场上大多数LED灯具是通过芯片发出蓝光，激发黄色的荧光粉，来调和成白光。因此，LED的蓝光问题尤其突出。目前国际方面关于此类问题还在研究过程中，LED光健康的问题短时间内很难得出结论。为了避免因使用高色温富蓝光的LED照明产品对人体健康可能造成的不利影响，室内LED照明产品的色温不宜超过4 000K，一般显色指数应达到80以上。

1.3.3 性价比

LED是2～3V的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯要配备不同的电源。LED的正常工作电流为18～20mA，供电电流<15mA时，LED的发光强度不够；供电电流>20mA时，发生光衰而导致LED老化，同时发热增大、老化加快、寿命缩短；供电电流>50mA时，LED灯寿命会快速缩短。为了延长LED照明灯的使用寿命，常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，要恒流、恒压电路供电，这样电源电路复杂，故障率、元件成本、生产成本、服务成本都将升高。因此LED各个生产厂家除了提高产品性能外，还需要不断地更新技术降低成本，进而降低售价，提升LED灯具的性价比。

2 照度计算

在照明设计中，势必要对建筑空间进行照度计算，验证设计是否符合规范要求。照明设计中平均照度的计算通常采用利用系数法。利用系数法考虑了由光源直接投射到工作面上的光通量和经过室内表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。计算结果为工作平面上的平均照度。利用系数法适用于灯具均匀布置、墙和顶棚反射系数较高、空间无大型设备遮挡的室内一般照明和灯具均匀布置的室外照明。该计算方法简便，比较准确。

(1)利用系数是指投射到工作面上的光通量与自光源发射出的光通量之比。用U表示，详见式(1)。

(1)

式中，φ为光源的光通量，lm；φ1为自光源发射，最后投射到工作面上的光通量，lm。

利用系数是灯具光强分布、灯具效率、房间形状、室内表面反射比的函数，计算比较复杂。为此，在各类设计手册中常按一定条件编制灯具利用系数表供设计查询使用。

(2)利用系数法计算平均照度的基本公式见式(2)、(3)。

(2)

(3)

式中，Eav为工作面上的平均照度，lx；φ为光源的光

通量，lm；N为光源数量；U为利用系数；A为工作面积，m2。K为灯具的维护系数，其值可查询相关表格，室内K一般取0.7。

根据公式(2)、(3)即可计算出，建筑空间内的照度值。

下面以建筑尺寸为5.2m×6.2m的标准办公室，计算分别使用LED灯具与节能型荧光灯后，照度计算结果，详见表2。

LED灯具与节能型荧光灯照度对比 表2

依据规范，办公场所要求照度标准值300lx，功率密度值目标值为8W/m2。从计算结果来看，选用LED灯具，耗电量少，照度值符合规范要求，更加经济、节能。

3 结束语