LED在辦公室照明中的應用探討

蔡珍紅，胡英奎，張青文

（重慶大學a.土木工程學院；b.建筑城規(guī)學院，重慶400045）

隨著“十城萬盞”工程的全面推進[1]和白熾燈淘汰線路圖[2]的出臺，LED逐漸在照明工程中得到普及應用，但目前的應用范圍主要還是室外照明，如景觀照明、道路照明、隧道照明、廣場照明等，LED在室內照明中的應用還比較少。目前對辦公室照明的研究主要集中在照明質量上[3－7]，對LED在辦公室照明中應用的研究還比較少見[8]。由于在辦公室工作的人在辦公室照明環(huán)境中的工作時間長，每天的工作時間一般都在8h以上，辦公室的照明質量對他們的生理和心理健康影響較大，如果不對LED在辦公室中的適用性進行充分研究就盲目推廣應用，不僅會對LED在辦公室中的應用造成負面影響，還可能會對在其中工作的人的身體造成傷害。本文在分析LED的特點和辦公室照明特殊需求的基礎上，探討LED在辦公室照明中推廣應用的具體措施。

1 LED照明的特點

隨著發(fā)光材料和發(fā)光技術的不斷進步，LED照明技術逐漸成熟，LED在功能照明領域以開始顯示出取代傳統(tǒng)照明光源的趨勢，但LED照明技術畢竟是最近10多年才發(fā)展起來的新技術，在功能照明領域推廣應用之前還需認真分析其適用性。

1.1 LED應用于辦公室照明的優(yōu)點

與傳統(tǒng)光源相比，LED應用于辦公室照明，主要有以下優(yōu)點：

1）光效高、能耗低。隨著技術的進步，從LED在照明領域推廣應用到現(xiàn)在，其發(fā)光效率不斷得到提高，LED照明產品的使用光效目前已達到70～90lm／W，已與傳統(tǒng)光源相差不大，甚至已超過部分傳統(tǒng)光源的發(fā)光效率。據(jù)美國能源部預測，LED照明產品的實驗室光效未來可能超過200lm／W，使用光效也會超過160lm／W，將成為發(fā)光效率最高的照明光源。由于LED照明產品發(fā)光效率高，使用LED獲得相同照明水平所需的能耗也比傳統(tǒng)照明光源低。LED作為固體發(fā)光光源，其單顆功率較低，目前廣泛應用的LED單顆功率一般都小于0.5W，有些用于室內照明的單顆LED的功率甚至小于0.1W，功率型LED的單顆功率一般為0.5～1W。在低碳經(jīng)濟時代，在室內照明中推廣應用高光效低能耗的LED照明光源對于推動節(jié)能減排具有重要意義。

2）壽命長。LED作為發(fā)光二極管，其壽命比傳統(tǒng)光源長得多。目前LED的實驗室壽命為50 000～100 000h，以光通量衰減到80%時所經(jīng)歷的工作時間作為其壽命，其壽命也可達到25 000h，遠遠超過了傳統(tǒng)光源的使用壽命。

3）光色豐富。LED的不同芯片材料可以產生不同的單色光，即使相同的芯片材料，其制造工藝不同也可能產生不同的光色。只要其芯片材料的成分有細微的變化，所產生光的顏色都可能發(fā)生較大變化。理論上LED可以產生可見光范圍內任意顏色的單色光和白光。這使得LED能滿足辦公室照明對光色的要求。

4）響應快，調光方便。LED的電致發(fā)光原理使其只有幾ms的響應時間，基本上能在瞬間達到全光輸出。由于LED的光輸出與其工作電流成正比，且其工作電流的范圍較大，所以可以采用改變其工作電流的方法來達到調光的目的。此外，對LED頻繁開關也不會對其產生較大的損傷，還可以采用調節(jié)脈沖寬度的方法實現(xiàn)調光。

5）驅動電壓低。LED采用直流供電，單顆LED的驅動電壓一般為2.5～3V，驅動電流一般也只有幾十mA，所以在使用過程中不會造成觸電事故，使用比較安全。

6）沒有頻閃效應。LED采用直流驅動，沒有傳統(tǒng)照明光源的頻閃效應，比傳統(tǒng)光源更有利于用戶的生理健康，特別是有利于保護用戶的視力。辦公室中的用戶，一般每天要在其中工作8h以上，從保護用戶身體健康的角度而言，這一點尤其重要。

1.2 LED應用于辦公室照明存在的問題

在辦公室照明中用LED取代傳統(tǒng)光源雖然是一個發(fā)展方向，但目前還有一些問題需要解決，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

1）眩光問題。LED光效高、發(fā)光面積小，且光的方向性比較強，從而造成光線集中，峰值亮度大，LED的峰值亮度往往高于106cd／m2，遠遠大于熒光燈的峰值亮度。這使得其應用于室內照明時可能會產生眩光問題。

2）色溫漂移。LED所發(fā)光的色溫范圍比較寬，且其色溫受芯片成份的影響較大，在LED的生產過程中，不同批次甚至同一批次的LED的色溫控制存在困難。在LED使用過程中，隨著其芯片老化程度的加深，其光色可能會發(fā)生變化，但顏色漂移的范圍難以控制。在LED的使用過程中，LED所發(fā)光的色溫還會受到環(huán)境溫度的影響，不同的LED顆粒所處的環(huán)境溫度不同也會造成其老化程度不同，從而造成不同LED顆粒所發(fā)光的色溫不同。這會造成在使用過程中室內出現(xiàn)不同的光色，從而影響照明效果和照明環(huán)境，甚至會影響用戶的身心健康。

3）光譜不連續(xù)。一般認為太陽光是最健康的照明光源，其重要原因之一是其光譜為連續(xù)光譜，有利于保護視力。而LED的光譜卻是不連續(xù)光譜，這種不連續(xù)光譜是否會影響在辦公室長時間工作的人的視力，甚至是否會影響在辦公室長時間工作的人的身心健康，目前都還沒有定論。

4）價格高。目前阻礙LED在辦公室推廣應用的最大障礙之一是其高昂的價格。LED之所以能在室外功能照明中得到大范圍推廣應用，離不開政府部門的強力推進和財政補貼。而在辦公室照明應用中，用于取代熒光燈管的LED燈管目前的市場價格為150～200元，用于取代普通白熾燈的LED燈珠一般也要100元左右，在目前缺乏政府政策支持和財政補貼的情況下，高昂的價格使得使用LED照明的建設初期投資較大，從而限制了LED在辦公室照明中的推廣應用。

2 辦公室照明的要求

中國的辦公室照明設計目前遵循的標準主要是《建筑照明設計標準（GB 50034—2004）》[9]。該標準詳細規(guī)定了辦公室照明設計的數(shù)量指標、質量指標、節(jié)能指標等。

2.1 照明數(shù)量指標要求

標準對照明數(shù)量的要求主要是對作業(yè)面或參考平面上的維持平均照度值提出了要求。辦公室的參考平面（0.75m水平面）照度標準值要求為300～500lx。

2.2 照明質量指標要求

對照明質量指標的規(guī)定主要有照度均勻度、眩光、相關色溫、顯色指數(shù)等。

1）照度均勻度。辦公室照明的照度均勻度一般不宜小于0.7，作業(yè)面臨近周圍區(qū)域內不宜小于0.5。

2）眩光。辦公室的不舒適眩光采用統(tǒng)一眩光值（UGR）評價，要求為19。

3）相關色溫。辦公室照明宜采用中間色溫光源，即相關色溫為3 300～5 300K的光源。

4）顯色指數(shù)。辦公室的顯色指數(shù)要求不小于80。

2.3 照明節(jié)能要求

對照明節(jié)能指標的要求主要為照明功率密度值，現(xiàn)行的辦公室照明功率密度標準值為11～18W／m2，目標標準值是9～15W／m2。此外，標準還建議有條件時隨室外天然光的變化調節(jié)室內人工照明的照度，以節(jié)省人工照明能耗。

2.4 其他要求

該標準還對光源的選擇、配電及控制、維護管理等做出了規(guī)定。其中對于光源的選擇，標準建議辦公室采用細管徑直管形熒光燈作為照明光源，這主要是考慮細管徑（≤26 mm）直管形熒光燈光效高、壽命長、顯色性好，適用于高度較低的房間，且有利于照明節(jié)能。

3 LED在辦公室照明中推廣應用的措施

與傳統(tǒng)光源相比，LED應用于辦公室照明有其優(yōu)越性，也存在一定的缺陷。但如果在實際應用中采取合理措施，以充分發(fā)揮其優(yōu)越性，設法盡量減小其固有缺點帶來的負面影響，LED在辦公室照明中的應用一定能取得較好的照明效果。

3.1 辦公室照明應用的創(chuàng)新設計

由于LED自身的特點，對于辦公室應用LED照明的設計，應采用創(chuàng)新的照明設計理念，而不應繼續(xù)傳統(tǒng)的照明燈具布置方式。如建筑化照明就是一種新穎的照明設計理念[10]。所謂建筑化照明，就是把建筑和照明融為一體，使建筑的一部分成為照明燈具的一部分的照明方式，即在建筑物里面安裝光源或照明燈具，采用埋入、嵌入等方式，巧妙利用建筑物的表面反射、透射或利用照明光源的自發(fā)光。這種照明方式不但有利于利用頂面結構和裝飾天棚之間的空間隱藏各種照明管線和設備管道，而且可以使建筑照明成為整個室內設計裝修的有機組成部分，達到室內空間完整統(tǒng)一的效果。LED發(fā)光體體積小，單顆功率低，非常有利于采用這種照明方式。

在對既有辦公室的照明改造時，考慮盡量減少照明線路的改造成本，如果既有辦公室原來采用的是常見的柵格燈具中安裝直管熒光燈的形式，則可以直接采用LED燈管取代熒光燈管。用LED燈管取代傳統(tǒng)直管熒光燈，目前只需要傳統(tǒng)直管熒光燈一般左右的能耗，就能達到甚至超過傳統(tǒng)直管熒光燈照明效果，其節(jié)能效果比較明顯。

考慮LED調光快、易于控制的特點，可以在辦公室照明中采用智能化照明控制技術，以充分發(fā)揮LED的特性，減少照明系統(tǒng)的維護成本并節(jié)約能源、減少其運營成本。根據(jù)辦公室照明的特點，在條件許可的情況下可以考慮將辦公室設計成分區(qū)一般照明的照明方式，即整個辦公室范圍內布置一般照明，在辦公室桌或辦公桌周圍增加局部照明以提高作業(yè)面的照度。配合智能照明技術，可以根據(jù)天然光強度或工作需要自動調整一般照明的水平，利用傳感器感知辦公桌前是否有工作人員、是否需要打開局部照明，從而控制局部照明的開閉，這樣既能滿足辦公室工作照明的需要，又能合理降低照明能耗。

3.2 LED照明燈具的創(chuàng)新設計

與傳統(tǒng)光源相比，LED有體積小、方向性強的特點。在設計LED燈具時，應充分發(fā)揮LED體積小、方向性強的特點，改變傳統(tǒng)照明燈具設計的思維模式，進行創(chuàng)新設計。LED屬于新型照明光源，LED燈具如果僅僅簡單模仿白熾燈泡、節(jié)能燈泡、各種熒光燈管、筒燈、射燈的設計，其發(fā)展一定是沒有前途的。LED照明產品工業(yè)化過程中，必須考慮LED自身特性和具體的照明需求以創(chuàng)新設計照明燈具，既體現(xiàn)其照明的功能性，又充分展現(xiàn)照明的藝術性。但需要注意的是，目前各種傳統(tǒng)照明光源占據(jù)了照明應用的絕大部分市場，LED照明產品要想在既有的照明市場中搶占更大的份額，必須考慮與傳統(tǒng)照明光源的互換性，特別是在對既有照明工程的改造中，如果LED照明產品能與傳統(tǒng)照明光源互換，只需要取下傳統(tǒng)照明光源換上LED照明光源這個簡單操作，就能實現(xiàn)LED產品的應用，這將有利于LED產品在室內照明中的推廣應用。

3.3 推進光對人的生理影響的研究

與天然光相比，LED的最大特征之一是其光譜的不連續(xù)性。雖然各國學者對光對人的生理和心理的影響已開展了大量的研究工作，但這些研究目前還集中在光的色溫和照明水平對人的生理和心理的影響上，對于不同光譜組成對人的生理和心理的影響還比較少。長期在不連續(xù)光譜下工作是否會影響人的視力、是否會影響人的心情；如果不連續(xù)光譜對人的生理和心理有影響，那么何種光譜組成最有利于長期在其中工作的人的身心健康；如果這種影響是負面的，何種光譜組成能最大限度的減少這種影響，這些問題還都沒有一個明確的結論。為了在辦公室照明中推廣應用LED，并保證辦公室工作人員的身心健康，還必須進行深入的科學研究，解決這些問題，以為LED在辦公室的推廣應用提供理論指導。

3.4 政府給予政策支持

目前LED產品價格高昂是阻礙其推廣應用的主要原因之一，造成LED價格高昂的原因是多方面的，既有研發(fā)生產成本高的原因，也有生產原材料成本高的原因。在目前LED照明產品還未得到大批量生產的情況下，產品的價格一時還難以有大幅度下降。在LED照明產品推廣應用成敗的緊要關頭，如果能得到政府相關部門在政策上的支持，使消費者的購買成本能適當降低，將會推動LED在室內照明中的應用。

4 結 論

在對LED應用于辦公室照明的優(yōu)缺點進行分析和對現(xiàn)行國家標準對辦公室照明數(shù)量、質量和節(jié)能指標要求的進行分析的基礎上，提出了在辦公室推廣應用LED照明的建議：照明應用的創(chuàng)新設計、照明燈具的創(chuàng)新設計、推進光對人的生理影響的研究、政府給予政策支持。只要能設法充分發(fā)揮LED在辦公室照明應用的優(yōu)點，規(guī)避LED在辦公室照明中應用的缺點，LED在辦公室中推廣應用一定能實現(xiàn)照明節(jié)能和健康舒適照明的目標。

[1]科技部啟動“十城萬盞”半導體照明應用工程試點[EB／OL].（2009－05－11）[2011－12－06].http：／／www.gov.cn／gzdt／2009－05／11／content＿1310133.htm.

[2]中國明年10月起禁售100瓦以上普通白熾燈[EB／OL].（2011－11－04）[2011－12－06].http：／／news.163.com／11／1104／10／7I0QEHP500014JB6.html.

[3]谷青.辦公室燈光改造的新傾向[J].光源與照明，2005（2）：42.

[4]袁樵.辦公室照明方式與視覺功效[J].照明工程學報，2006，17（3）：40－45.

[5]顧玲玲，陳大華.辦公室照明設計理念的探討[J].光源與照明，2008（3）：8－9.

[6]劉煒，王曉靜，曾禮強.辦公室光環(huán)境設計要素[J].照明工程學報，2007，18（3）：36－40.

[7]朱江，楊奕.照明節(jié)能在大面積辦公室設計中的應用解析[J].電氣技術，2009（12）：90－93.

[8]林怡，郝洛西，蔡燁震.半導體光源照明在辦公空間中的應用分析[J].照明工程學報，2010，21（1）：58－63.

[9]GB 50034—2004建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[10]趙建平.LED在室內照明中應用問題探討[C]／／2011四直轄市照明科技論壇（天津）.天津，2011：45－49.