LED照明燈在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用

吳壽良

(無錫市申新工程技術(shù)有限公司，江蘇 無錫 214073)

1 引言

近年來由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，LED照明已被越來越多的人所接受，LED俗稱發(fā)光二極管，是上世紀(jì)八十年代發(fā)展起來的，起初色彩比較單一，常見的只有紅色、綠色，主要用于儀器設(shè)備的指示燈，替代傳統(tǒng)的燈絲指示燈。到了九十年代后期,藍(lán)色的LED發(fā)光技術(shù)使LED照明的實現(xiàn)有了可能，近年來LED燈的生產(chǎn)有了飛速的發(fā)展，應(yīng)用也越來越廣泛，已成為當(dāng)今照明的必然發(fā)展趨勢。

2 LED照明燈的原理及其照明應(yīng)用

2.1 LED燈的原理

LED發(fā)光二極管的核心技術(shù)是在一塊單晶半導(dǎo)體的兩部分慘雜不同材料，一邊是p型半導(dǎo)體，另一邊是n型半導(dǎo)體，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個過渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管稱發(fā)光二極管，它是制作LED照明燈的基本器件。

在可見光譜特性中沒有白光(見圖1)，可見光波長范圍為380 nm～780 nm，其中770nm～622nm為紅色，622nm～597nm為橙色，597nm～577nm為黃色，577nm～492nm為綠色，492nm～455nm為藍(lán)靛色，455nm～390nm為紫色，可見光譜沒有精確的范圍。人眼所能見的白光，需至少兩種光的混合，即二波長發(fā)光(藍(lán)色光+黃色光)或三波長發(fā)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光都需要藍(lán)色光，所以在藍(lán)色LED出現(xiàn)之前，白光LED是不能實現(xiàn)的。

2.2 LED燈的應(yīng)用

1)在公共建筑中的應(yīng)用

在現(xiàn)代公共建筑中大多數(shù)的照明采用傳統(tǒng)的熒光日光燈和用于局部照明的新型節(jié)能燈(又稱為緊湊型熒光燈，有U型、H型、螺旋型等)，白熾燈已逐漸退出市場。

傳統(tǒng)型熒光燈即低壓汞燈，是利用低氣壓的汞蒸氣在放電過程中輻射紫外線從而使熒光粉發(fā)出可見光的原理發(fā)光，因此屬于低氣壓弧光放電光源，輻射出波長為253.7nm和185nm的紫外線(主峰值波長是253.7nm，約占全部輻射能的70%～80%；次峰值波長是185nm，約占全部輻射能的10%)以釋放多余的能量。熒光粉吸收紫外線的輻射能后發(fā)出可見光。熒光粉不同，發(fā)出的光線也不同，這就是熒光燈可做成白色和各種彩色的緣由。由于熒光燈所消耗的電能大部分用于產(chǎn)生紫外線，因此，熒光燈的發(fā)光效率遠(yuǎn)比白熾燈高，所以與白熾燈相比，是一種節(jié)能的電光源。但熒光燈的最大缺點是會引起汞污染，除了加強廢舊熒光燈的回收和降低熒光燈含汞量，沒有其他辦法。

在尋找替代熒光燈的新光源的過程中，綠色無污染的新型照明LED燈產(chǎn)生了，近年來，由于LED技術(shù)的迅速發(fā)展，LED燈已成為替代熒光燈的必然趨勢。

LED燈具有高效節(jié)能、健康、綠色環(huán)保、保護視力、光效率高、安全系數(shù)高及使用壽命長等特點，完全符合現(xiàn)代建筑的需求。

在公共建筑中，常見的室內(nèi)公共照明為走廊照明、辦公室照明、地下停車庫照明、環(huán)境照明等，而傳統(tǒng)的照明燈具已不能滿足現(xiàn)代建筑的要求，具體分析如下：

(1)走廊照明：照度不需要很高，一般≥50lux，但連續(xù)使用時間長，傳統(tǒng)小型節(jié)能筒燈或小功率的白熾燈，易發(fā)熱、使用壽命短、更換率極高。

(2)辦公室照明：照度要求比較高，一般≥300lux，照明燈的布置密度大，傳統(tǒng)使用熒光格柵燈較多，但有頻閃現(xiàn)象，容易使眼睛產(chǎn)生疲勞，電感整流器會產(chǎn)生50Hz交流聲，電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生電磁干擾，熒光還存在汞污染等，這些多不利于人體健康。

(3)地下停車庫照明：由于現(xiàn)代建筑都設(shè)有地下停車庫，而它的照明是24h的，連續(xù)使用時間特別長，傳統(tǒng)使用鈉燈或熒光燈，鈉燈需有較大的散熱空間、消耗功率很大，熒光燈更換率極高。

(4)環(huán)境照明：在會議室(會場)一般多采用格柵日光燈或筒燈，雖然會議室使用照明燈的時間不長，節(jié)能效果不明顯，但傳統(tǒng)燈具調(diào)光困難，會議場景不易控、不柔和。

從上述的分析中可以看出，傳統(tǒng)的照明存在著能耗高、使用壽命短、不環(huán)保、不易控等缺點。LED燈是與現(xiàn)代建筑相匹配的新型燈源，解決了現(xiàn)代建筑照明中許多難以解決的問題。

LED燈應(yīng)用于走廊照明，不僅解決了燈具的發(fā)熱問題，提高了安全性，還延長了使用壽命，降低了燈具的更換率，節(jié)約了電能的消耗。

LED燈應(yīng)用于辦公室照明，解決了頻閃，降低了環(huán)境噪聲，消除了電磁干擾和汞污染，同時也節(jié)約了電能的消耗。

LED燈應(yīng)用于地下停車庫照明，大大降低了電能的消耗和燈具的更換率，改變了照明環(huán)境。

LED燈應(yīng)用于會議室等環(huán)境照明，易控制，可組成不同的照明場景，給會議室(會場)營造一個舒適溫馨的環(huán)境。

2)在民用建筑中的應(yīng)用

現(xiàn)在的民用建筑更追求節(jié)能、環(huán)保、安全，家庭照明中的傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈與LED燈是無法相比的，LED燈的優(yōu)勢遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的熒光燈，在上述公共照明分析中已體現(xiàn)出來。為了具體說明，將1.2m T8 LED燈與1.2m T8普通日光燈(熒光燈)作一比較。見表1。

從表1中可見，LED燈具有響應(yīng)速度快、功耗低、照度高、使用壽命長、無污染、年更換率低等突出優(yōu)點，最終支出成本低。

表1 1.2m普通熒光燈與LED燈的比較

雖然，目前LED燈的前期投資略大于熒光燈，但在很短的時間內(nèi)就可以收回投資成本，且目前LED燈的價格在大幅度的下降。

3)在室外場合的應(yīng)用

在室外，LED在建筑體的景觀亮化和航空障礙照明等方面更能體現(xiàn)出優(yōu)勢，由于LED燈色彩絢麗、易控制、電壓低、安全可靠，已在亮化工程中廣泛使用。亮化工程中所采用的1.2m燈管功率一般為9W～11W，而點光源燈功率一般只有3W～5W，與傳統(tǒng)的霓虹燈相比節(jié)電是可觀的，從可靠性和安全性來比，LED燈高于霓虹燈，而且LED燈的色彩比霓虹燈豐富，從控制技術(shù)角度來講LED燈控制容易，繁多的變化花樣只需通過軟件的修改就能實現(xiàn)。所以LED燈在亮化工程中已基本替代了霓虹燈。

隨著現(xiàn)代建筑中高層建筑的崛起，航空障礙照明也必不可少。高層建筑航空障礙照明采用LED燈后，頻率(燈閃次數(shù)/秒)極易控制，標(biāo)識明顯，且由于低電壓供電，安全性高，防水易滿足要求，維修率很低。此外，LED燈消耗功率低，可以與太陽能電池配合使用，真正體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的理念。

3 LED照明燈不足及其現(xiàn)狀

LED燈雖然有很多優(yōu)點，但還有其不足之處，如：照射角度有限制，一般LED只能照射180°以下，而普通節(jié)能燈幾乎可照射360°；LED燈的光線過亮，會強烈刺激眼睛，而普通節(jié)能燈相對柔和；生產(chǎn)過程中，每個批次的LED波長不易一致，造成顏色的一致性差，如要求顏色一致，則會增加成本。LED燈由于采用直流電源供電，電源的可靠性和質(zhì)量也有待研究。

目前，LED燈具沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而LED燈具的生產(chǎn)廠家又很多，生產(chǎn)質(zhì)量參差不齊，會影響到LED燈的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

4 結(jié)束語

目前國家越來越重視照明的節(jié)能及環(huán)保，已經(jīng)在大力推行LED燈的使用。尤其是公共建筑中，《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2013)和《中國照明學(xué)會地下車庫智能照明技術(shù)指導(dǎo)意見(試行)》明確提出了推廣使用LED燈。若LED燈的成本隨LED技術(shù)的不斷提高而降低，民用建筑中LED燈的使用也會越來越多，白熾燈、熒光燈及節(jié)能燈必然會被LED燈所取代。

綜上，LED照明符合節(jié)能、環(huán)保、安全、綠色、健康的建筑新理念，必將在公共建筑、民用建筑及其他領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(GB 50034-2013)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013.

[2] 北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3] 陳永強，魏金成，吳昌東編著.模擬電子技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2013.