淺談LED在建筑照明設計中的應用

李洪偉

摘要：據(jù)統(tǒng)計，地球每年為照明消耗的電量占所有電量消耗的五分之一，在環(huán)境問題日益嚴峻的今天，我們需要在盡量少消耗的情況下獲取足夠的照明，在滿足使用的前提下減少對環(huán)境的污染。LED作為一種能將電能轉化為光能的半導體器件，具有光效高、壽命長、啟動時間短、低壓安全等特點，成為未來綠色照明的主要解決手段。

關鍵詞：LED;建筑照明設計;應用

引言

LED作為一種新型光源，具有能耗低、光效高等特點，在照明行業(yè)已經(jīng)逐步替代傳統(tǒng)光源，隨著LED工藝的不斷升級，半導體技術的不斷發(fā)展，LED在檢測儀器的應用也越來越普遍，對LED光照度的檢測精度也有了更高的要求。

1 LED光源優(yōu)勢

1.1顯色效果高

LED光源顯色性在70以上，在高壓鈉燈顯色方面表現(xiàn)在20左右，同時LED光源接近自然光，與自然光接近的物質，視覺接受能力越強，應用LED光源，可以為人們提供舒適、安全的視覺環(huán)境。

1.2安全系數(shù)高

LED光源電壓在于24伏以下，這樣可以應用于眾多場所，且安全性較高，照度效果好。LED光源雖然是固體冷光源，但是采用密閉材料環(huán)氧樹脂構成，一般不會出現(xiàn)松動的情況，同時產(chǎn)生光衰積碳發(fā)熱的可能性較低。與傳統(tǒng)燈具相比LED光源燈具的壽命較長，一般可以維持在5萬小時之上。

1.3節(jié)能、環(huán)保

在節(jié)能環(huán)保為主題的時代背景下，LED光源與自然光非常接近，同時節(jié)能環(huán)保，應用范圍廣，LED光源通過半導體芯片發(fā)光，使用的材料不含汞，所以在光源工作期間，不會產(chǎn)生污染環(huán)境的物質，同時燈具材料可以循環(huán)利用，是一種節(jié)能型材料。

1.4組合能力強

LED燈光源顆粒較小，組合方式多樣，可以根據(jù)實際要求，應用于不同型號的燈具中，應用范圍較廣，LED燈具在橋梁、高架橋、城市建筑等方面都有較好的應用，可以采用點線面結合的方式，提升光照效果。

2 LED照明燈具技術問題

首先就是LED燈具在設計中散熱結構還需要優(yōu)化，LED發(fā)光效率與溫度是成反比的，因此其溫度越高那么發(fā)光效率越低，這也是LED照明燈具在當下需要解決的主要難題。如果燈具出現(xiàn)散熱不良等狀況，就會加快整個燈具的老化，同時也會使其不穩(wěn)定。其次就是在LED照明燈具設計時驅動電源設計難度較大，需要對相關燈具進行恒流供電。當前對LED照明燈具驅動電源的主要設計方案是線性或者開關型穩(wěn)壓器結合特定的反饋電路。最后就是在LED燈具進行設計時，其外觀以及相應的材料工藝還需要進一步改善，有效的選擇材料可以優(yōu)化燈具的散熱系統(tǒng)，由于LED照明燈具的光源是單向性的，因此在選用材料時應當保證其功能，在此基礎之上來確保LED照明燈具的外觀。同時要在其中進行二次光學設計，需要結合光源模組所散發(fā)出的光度、光通量大小、光強大小、光強分布等狀況來選擇合適的材料，要有效的將二次光學設計理念融入其中，進而實現(xiàn)LED照明燈具結構設計上的創(chuàng)新。

3照度計算

在照明設計中，勢必要對建筑空間進行照度計算，驗證設計是否符合規(guī)范要求。照明設計中平均照度的計算通常采用利用系數(shù)法。利用系數(shù)法考慮了由光源直接投射到工作面上的光通量和經(jīng)過室內表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。計算結果為工作平面上的平均照度。利用系數(shù)法適用于燈具均勻布置、墻和頂棚反射系數(shù)較高、空間無大型設備遮擋的室內一般照明和燈具均勻布置的室外照明。該計算方法簡便，比較準確。

（1）利用系數(shù)是指投射到工作面上的光通量與自光源發(fā)射出的光通量之比。用U表示，詳見式（1）。

式中，φ為光源的光通量，lm;φ1為自光源發(fā)射，最后投射到工作面上的光通量，lm。利用系數(shù)是燈具光強分布、燈具效率、房間形狀、室內表面反射比的函數(shù)，計算比較復雜。為此，在各類設計手冊中常按一定條件編制燈具利用系數(shù)表供設計查詢使用。

（2）利用系數(shù)法計算平均照度的基本公式見式（2）、（3）。

式中，Eav為工作面上的平均照度，lx;φ為光源的光通量，lm;N為光源數(shù)量;U為利用系數(shù);A為工作面積，m2。K為燈具的維護系數(shù)，其值可查詢相關表格，室內K一般取0.7。

根據(jù)公式（2）、（3）即可計算出，建筑空間內的照度值。下面以建筑尺寸為5.2m×6.2m的標準辦公室，計算分別使用LED燈具與節(jié)能型熒光燈后，照度計算結果，詳見表2。

表2 LED燈具與節(jié)能型熒光燈照度對比

依據(jù)規(guī)范，辦公場所要求照度標準值300lx，功率密度值目標值為8W/m2。從計算結果來看，選用LED燈具，耗電量少，照度值符合規(guī)范要求，更加經(jīng)濟、節(jié)能。

4 LED在建筑照明設計中的應用

目前，LED已廣泛應用在走廊、樓梯、大廳、衛(wèi)生間、地下室等一系列公共場所，在這些場所，燈具一直處于開啟狀態(tài)非常的不節(jié)能，而如果采用感應型燈具其頻繁的啟動又會大大減少熒光燈的壽命。LED燈具能夠完美的客服這些困難，得以取代傳統(tǒng)的白熾燈及熒光燈。下面以某學校正在進行改造的教學樓為例，對LED等和傳統(tǒng)的熒光燈進行一系列比較。

4.1走廊區(qū)域

公共走廊的特點是工作時間人員流動大，常規(guī)的做法是采用長明燈，但這勢必造成能源的浪費，而采用感應型熒光燈又會因為其頻繁的啟動大大減少使用壽命?？紤]到LED電源是恒流電源，不會在啟動時有大電流對其壽命進行影響，且啟動速度快，在本項目的走廊區(qū)域，均選擇設置LED燈具。

4.2地下機房

很多地下車庫以及停車樓的照明光源基本是采用傳統(tǒng)的照明方式，不但耗電量大，損耗也大，且控制方式基本采用集中人工控制，但是由于地下車庫需要24小時不間斷照明，車庫照明經(jīng)常處于長開狀態(tài)，這就極易損壞照明燈管，需經(jīng)常更換，無形當中也加大了維護工作的力度，并且維護費用也比較高。有些車庫為了省電，只打開一半燈照明，照度不僅達不到標準值要求，而且易發(fā)生安全事故。現(xiàn)在隨著智能照明系統(tǒng)的普及率日益增大，應用范圍也越來越廣泛，有些地下車庫已經(jīng)開始采用智能的LED光源作為照明方式了，如此一來，管理起來不僅方便、簡單，還可以隨意控制，也可以節(jié)約不少電，可以說是兩全其美。

4.3節(jié)能效益

4.3.1初始投資

LED燈具的初始投資為29.7萬元，熒光燈初始投資為9.9萬元，可以看出，LED燈具的初始投資是傳統(tǒng)熒光燈的3倍。

結語

LED照明在節(jié)約能源等方面比傳統(tǒng)燈具擁有更多優(yōu)勢，LED能夠進一步提高光效、降低價格，并解決目前存在的一系列問題，從而引起照明領域的巨大變革，成為真正能夠全面推廣的環(huán)保、安全、節(jié)能、舒適的綠色照明。

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