朱為東

(湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展，對(duì)建筑照明設(shè)計(jì)的要求越來越高?？茖W(xué)合理的照明設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)施綠色照明起著關(guān)鍵性的作用。1991年綠色照明的概念由美國(guó)環(huán)保局(EPA)率先提出，1993年11月我國(guó)啟動(dòng)了中國(guó)綠色照明工程，1996年制定了《中國(guó)綠色照明工程實(shí)施計(jì)劃》，并在北京、上海、廣東等地區(qū)試點(diǎn)實(shí)施。在國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)下，綠色照明工作得到了大力推行，在產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)等方面不斷完善，形成了主要包括高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適4項(xiàng)指標(biāo)的系統(tǒng)工程。

1 LED光源的特點(diǎn)及存在問題

作為我國(guó)“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一，綠色照明工程在提高全社會(huì)節(jié)能減排意識(shí)、有效削減電力峰荷、節(jié)省電力建設(shè)投資，減少發(fā)電用煤、減排CO2等方面，均取得了顯著成效?；贚ED具有的環(huán)保節(jié)能、長(zhǎng)壽命、高光效、低輻射、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)，LED光源的應(yīng)用已是一項(xiàng)重要的綠色照明措施。

1.1 高效性

LED燈具是由發(fā)光二極管組成的發(fā)光半導(dǎo)體陣列，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過調(diào)節(jié)電流的強(qiáng)弱完成光控制，封裝技術(shù)的發(fā)展也使得LED具備更優(yōu)的發(fā)光效率和散熱環(huán)境。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具工作電壓較低，工作電流較小，具有較好的抗沖擊和抗震性，可靠性高、壽命長(zhǎng)。

1.2 LED燈具與傳統(tǒng)燈具對(duì)比

近幾年，LED光源在顏色、種類、亮度和功率上都發(fā)生了巨大的變化，其在建筑照明中與常規(guī)燈具光源相比，具有長(zhǎng)壽、環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。民用建筑領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保的逐漸重視，以及LED光源技術(shù)的不斷發(fā)展，與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可塑性強(qiáng)、應(yīng)用中便于隱藏等特點(diǎn)，使其更好地融入了現(xiàn)代建筑與城市建筑一體化中。表1為L(zhǎng)ED燈具與傳統(tǒng)熒光燈性能比較。

LED燈具與傳統(tǒng)熒光燈性能比較 表1

從表1可知，LED燈具有節(jié)能、保護(hù)眼睛、響應(yīng)速度快、功耗低、照度亮、使用壽命長(zhǎng)、無污染、年更換率低等突出優(yōu)勢(shì)，最終折算支出成本低。雖然LED燈具的前期投資略大于熒光燈，但是在很短的時(shí)間內(nèi)就可以收入前期投資的成本。同時(shí)隨著LED燈具自身技術(shù)的不斷發(fā)展其價(jià)位也在不斷下降，這將為L(zhǎng)ED燈具的普及提供更為有利的條件。

1.3 存在的問題

1.3.1 燈具不一致的問題

理論上LED都是能發(fā)光的二極管，但實(shí)際上所有LED的電性能都是有差異的，每個(gè)廠家甚至同一廠家在不同時(shí)間的工藝都有所不同，不同廠家使用的半導(dǎo)體原材料的純度、封裝工藝和封裝材料等更是不同，導(dǎo)致LED的發(fā)光強(qiáng)度與驅(qū)動(dòng)電流、整體的散熱能力參差不齊，且短期內(nèi)這種差異無法消除，這也是制約其發(fā)展的因素之一。

1.3.2 光健康問題

LED燈具產(chǎn)生的光健康問題(LED燈具藍(lán)光溢出)一直在行業(yè)內(nèi)備受爭(zhēng)議，照明界與醫(yī)療衛(wèi)生部門的觀點(diǎn)存在差異。當(dāng)前市場(chǎng)上大多數(shù)LED燈具是通過芯片發(fā)出藍(lán)光，激發(fā)黃色的熒光粉，來調(diào)和成白光。因此，LED的藍(lán)光問題尤其突出。目前國(guó)際方面關(guān)于此類問題還在研究過程中，LED光健康的問題短時(shí)間內(nèi)很難得出結(jié)論。為了避免因使用高色溫富藍(lán)光的LED照明產(chǎn)品對(duì)人體健康可能造成的不利影響，室內(nèi)LED照明產(chǎn)品的色溫不宜超過4 000K，一般顯色指數(shù)應(yīng)達(dá)到80以上。

1.3.3 性價(jià)比

LED是2～3V的低電壓驅(qū)動(dòng)，必須要設(shè)計(jì)復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈要配備不同的電源。LED的正常工作電流為18～20mA，供電電流<15mA時(shí)，LED的發(fā)光強(qiáng)度不夠；供電電流>20mA時(shí)，發(fā)生光衰而導(dǎo)致LED老化，同時(shí)發(fā)熱增大、老化加快、壽命縮短；供電電流>50mA時(shí)，LED燈壽命會(huì)快速縮短。為了延長(zhǎng)LED照明燈的使用壽命，常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，大電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，要配大功率管或可控硅器件，另加保護(hù)電路，要恒流、恒壓電路供電，這樣電源電路復(fù)雜，故障率、元件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都將升高。因此LED各個(gè)生產(chǎn)廠家除了提高產(chǎn)品性能外，還需要不斷地更新技術(shù)降低成本，進(jìn)而降低售價(jià)，提升LED燈具的性價(jià)比。

2 照度計(jì)算

在照明設(shè)計(jì)中，勢(shì)必要對(duì)建筑空間進(jìn)行照度計(jì)算，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否符合規(guī)范要求。照明設(shè)計(jì)中平均照度的計(jì)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(nèi)表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。計(jì)算結(jié)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(shè)備遮擋的室內(nèi)一般照明和燈具均勻布置的室外照明。該計(jì)算方法簡(jiǎn)便，比較準(zhǔn)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)。

(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(qiáng)分布、燈具效率、房間形狀、室內(nèi)表面反射比的函數(shù)，計(jì)算比較復(fù)雜。為此，在各類設(shè)計(jì)手冊(cè)中常按一定條件編制燈具利用系數(shù)表供設(shè)計(jì)查詢使用。

(2)利用系數(shù)法計(jì)算平均照度的基本公式見式(2)、(3)。

(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(hù)系數(shù)，其值可查詢相關(guān)表格，室內(nèi)K一般取0.7。

根據(jù)公式(2)、(3)即可計(jì)算出，建筑空間內(nèi)的照度值。

下面以建筑尺寸為5.2m×6.2m的標(biāo)準(zhǔn)辦公室，計(jì)算分別使用LED燈具與節(jié)能型熒光燈后，照度計(jì)算結(jié)果，詳見表2。

LED燈具與節(jié)能型熒光燈照度對(duì)比 表2

依據(jù)規(guī)范，辦公場(chǎng)所要求照度標(biāo)準(zhǔn)值300lx，功率密度值目標(biāo)值為8W/m2。從計(jì)算結(jié)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(jì)、節(jié)能。

3 結(jié)束語