葉文加（廣州市設(shè)計院　廣東廣州　510620）

淺析LED應(yīng)用于室內(nèi)照明設(shè)計的技術(shù)要求

葉文加
（廣州市設(shè)計院廣東廣州510620）

《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2013）增加了發(fā)光二極管燈應(yīng)用于室內(nèi)照明的技術(shù)要求，本文對LED的優(yōu)缺點進行了介紹，計算了LED的效能，對色溫、顯色指數(shù)進行了說明，分析了LED的照明節(jié)能應(yīng)用。

LED；燈具效能；色溫；顯色指數(shù)；照明節(jié)能

1　引言

《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2013）與《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2004）相比增加了發(fā)光二極管燈應(yīng)用于室內(nèi)照明的技術(shù)要求。

發(fā)光二極管（LED）燈light emitting diode lamp是由電致固體發(fā)光的一種半導(dǎo)體器件作為照明光源的燈。LED被稱為第四代光源，廣泛應(yīng)用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領(lǐng)域。

本文以《標準》[指《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2013），下文同]所列條文對LED作出的規(guī)定為依據(jù)，分析其應(yīng)用于室內(nèi)照明的技術(shù)要求。

2　光源選擇

《標準》3.2.2規(guī)定：商店營業(yè)廳的一般照明宜采用細管直管形三基色熒光燈、小功率陶瓷金屬鹵化物燈；重點照明宜采用小功率陶瓷金屬鹵化物燈、發(fā)光二極管燈；旅館建筑的客房宜采用發(fā)光二極管燈或緊湊型熒光燈。

此處簡單分析幾種常用光源的優(yōu)缺點：

（1）熒光燈：具有光效高，光線柔和，光色宜人，壽命長等優(yōu)點，缺點是含汞等有害元素、不可調(diào)亮度、紫外輻射、閃爍現(xiàn)象、啟動較慢、稀土原料漲價、反復(fù)開關(guān)影響壽命；

（2）陶瓷金鹵燈：優(yōu)點是發(fā)光效率特別高發(fā)熱少，顯色指數(shù)高，色溫高，在同等亮度條件下，色溫越高，人眼感覺越亮；

缺點是相對壽命較短，由于材料、工藝的限制，另一個缺點是啟動必須用專門的觸發(fā)器。啟動后亮度系逐漸增加，如果啟動能量過大，啟動速度過快，會影響燈泡壽命；

（3）LED優(yōu)點：電光轉(zhuǎn)化效率高，綠色環(huán)保、壽命可達10萬小時、反復(fù)開關(guān)無損壽命、體積小、發(fā)熱少、亮度高、堅固耐用、易于調(diào)光、色彩多樣、光束集中穩(wěn)定、啟動無延時；

LED缺點：起始成本高、顯色性差、大功率LED效率低、恒流驅(qū)動（需專用驅(qū)動電路）。

《標準》3.2.2條文說明指出：近年來半導(dǎo)體照明技術(shù)快速發(fā)展，然而產(chǎn)品尚未成熟，在諸如顏色一致性、色漂移以及光生物安全等諸多領(lǐng)域還存在爭議，因此對于辦公室等室內(nèi)空間暫不將發(fā)光二極管燈作為推薦使用光源。

此處簡單描述這幾項爭議：

（1）LED的制造，從上游的芯片外延，到中游的熒光粉搭配、封裝，每一步都會影響最終的光色。在外延部分，主要是LED芯片的波長對最終的LED光色有影響。在封裝端，主要是熒光粉的調(diào)配、熒光粉的厚度、均勻度和與LED芯片主波長匹配的問題，由于LED光色在封裝端受到了多個參數(shù)的影響，其光色一致性非常難以控制。

（2）LED在工作50，000h或更久后，其光輸出會逐漸下降到其標稱值的70%，相關(guān)色溫會發(fā)生變化，隨著熒光粉的老化而升溫，趨近于藍色。即使是RGB LED解決方案也會有類似的問題，隨著三色發(fā)光器以不同的速度按照不同的曲線緩慢的老化，還是一樣會產(chǎn)生相關(guān)色溫的色度漂移。

（3）LED與傳統(tǒng)光源相比在發(fā)光原理、制造光源所用的材料以及光學(xué)設(shè)計上都有很大差異。因此更需要了解這種新興光源產(chǎn)生的光輻射是否會對人體有害，比如產(chǎn)生的紫外線對人體是否會產(chǎn)生皮膚癌、白內(nèi)障。產(chǎn)生的藍光，熱量是否能灼傷視網(wǎng)膜，皮膚。對于如何評判LED光輻射的危害性，國際電工委員會（IEC）于2006年就出版了相關(guān)的標準IEC62471。在光安全的標準化和測量方面，國際、國內(nèi)都已在做著大量的研究工作，IECTC-76和 CIED6正在對 IEC62471/CIES009進行修訂，IECTC-76也正在草擬IEC62471系列標準的兩個附件，包括第四部份的有關(guān)測量方法的指導(dǎo)意見。

3　燈具效能

《標準》3.3.2對發(fā)光二極管筒燈、平面燈燈具的效能作出規(guī)定。

《標準》3.3.2條文說明介紹了LED效能的計算方法：傳統(tǒng)的熒光燈燈具、高強度氣體放電燈能夠單獨檢測出光源和整個燈具所發(fā)出的總光通量，這樣可以計算出燈具的效率；但發(fā)光二極管燈不能單獨檢測出發(fā)光體發(fā)出的光通量，只能計算出整個燈具所發(fā)出的總光通量，因此總光通量除以系統(tǒng)消耗的功率就得到了效能。

此處對某品牌LED燈管為例作簡單計算：

色溫3000K，光通量600lm，額定功率9W，因此該燈具效能為：600÷9=66.66lm/W。對照《標準》中的表3.3.2-6，若燈盤為反射式，則符合規(guī)范要求；若為直射式則低于規(guī)范要求。

4　光源顏色

《標準》4.4.4規(guī)定：長期工作或停留的房間或場所當選用發(fā)光二極管燈光源時，色溫不宜高于4000K，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)大于零。

《標準》4.4.4的條文說明指出，考慮到室內(nèi)照明的舒適以及目前發(fā)光二極管燈光生物安全的考慮，國外的研究證明色溫大于4000K可具有光生物的不安全性，提出色溫不宜高于4000K。如果光譜中紅色部分較為缺乏，會導(dǎo)致光源復(fù)現(xiàn)的色域大大減小，也會導(dǎo)致照明場景呆板、枯燥，從而影響照明環(huán)境質(zhì)量。而這一問題對于藍光激發(fā)黃光熒光粉發(fā)光的發(fā)光二極管燈問題尤為突出。如果不加限制勢必會影響室內(nèi)光環(huán)境質(zhì)量，美國對于用于室內(nèi)照明的發(fā)光二極管燈也限定其一般顯色指數(shù)Ra不低于80，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)為正數(shù)。

此處對條文提及的幾個專業(yè)術(shù)語作出說明：

（1）光生物安全：在《標準》3.2.2已提及，而《標準》4.4.4進一步規(guī)定色溫不宜高于4000K；

（2）一般顯色指數(shù)是光源對國際照明委員會（CIE）規(guī)定的第1～8種標準顏色樣品顯色指數(shù)的平均值，通稱顯色指數(shù)，符號是Ra；特殊顯色指數(shù)是光源對國際照明委員會（CIE）選定的第9～15種標準顏色樣品的顯色指數(shù)，符號是Ri，其中R9是飽和紅色。若R9為負數(shù)，表示該燈光嚴重缺少650nm附近的紅光。這是藍色芯片加黃熒光粉的LED的通病。

5　節(jié)能措施

《標準》6.2.7規(guī)定：下列場所宜選用配用感應(yīng)式自動控制的發(fā)光二極管燈：

（1）旅館、居住建筑及其他公共建筑的走廊、樓梯間、廁所等場所；

（2）地下車庫的行車道、停車位；

（3）無人長時間逗留，只進行檢查、巡視和短時操作等的工作的場所。

此項節(jié)能措施利用了LED的優(yōu)點：易于調(diào)光、反復(fù)開關(guān)無損壽命及啟動無延時。若采用一般熒光燈，一來亮度不可調(diào)，二來感應(yīng)式反復(fù)開關(guān)也會影響熒光燈壽命。

但對于車庫面積較大，如全部采用LED燈則投資較大，而采用T8熒光燈管較為經(jīng)濟。為滿足節(jié)能需求，對燈列間隔分組并進行分時段、分區(qū)域控制。

6　總結(jié)

發(fā)光二極管燈將成為室內(nèi)照明應(yīng)用中的主流產(chǎn)品之一，但現(xiàn)階段在相關(guān)產(chǎn)品還沒完全成熟前，我們需要注意其存在一定的缺陷，因此在設(shè)計當中應(yīng)做到：

（1）需嚴格按照規(guī)范所述的場所選用LED燈，且燈具效能須滿足標準。《標準》中沒有提及的場所不推薦使用LED燈；

（2）LED燈尤其須注意光源顏色的選擇，色溫不宜高于4000K，一般顯色指數(shù)Ra不低于80，特殊顯色指數(shù)R9應(yīng)為正數(shù)，確保符合光生物安全性；

（3）配用感應(yīng)式自動控制的LED燈在大部分時間無人通過或工作的場所有很大的節(jié)能效果。

[1]《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2013）.

[2]《建筑照明術(shù)語標準》（JGJ/T119-2008）.

TU113.6+6

A

1673-0038（2015）06-0029-02

2015-1-22

葉文加（1986-），男，工學(xué)碩士，畢業(yè)于華南理工大學(xué)，主要從事建筑電氣設(shè)計工作。