滿足設計標準是LED在照明工程中應用的基本保證

趙建平（中國建筑科學研究院，北京 100044）

1 LED產品市場應用現狀與前景

2008年LED產品在各主要應用領域銷售額分布統計顯示：建筑景觀為我國LED最大的應用領域，占總市場份額的28%；LED顯示屏與家電顯示為第二大應用領域，占總市場份額的27%；手機、筆記本電腦等中小尺寸背光源為第三大應用領域，占總市場份額的22%；交通信號燈、汽車燈、特種照明燈等各類應用占有一定市場份額。

未來隨著上海2010年世博會、廣州亞運會等重大賽會的舉辦和籌備以及城市化進程加快，LED在景觀照明領域的應用將進一步加大比重，LED顯示屏的市場應用空間也不斷擴大。隨著LED的不斷成熟，手機、電腦等背光源、交通信號及指示燈、汽車照明以及手電筒、礦燈、防爆燈、航標燈等特種照明，將成為重要的應用市場，LED的應用市場結構也將產生較大的變化。根據國家半導體照明工程研發及產業聯盟預計2010年，我國半導體照明市場總體規模將達到1000億元左右(具體數據預測如表1所示)，LED背光源市場規模將超過景觀裝飾照明，成為最大應用領域，功能性及普通照明的市場規模也將快速增長。預計2010年到2015年的年均復合增長率可達到40%，2015年產業規模將達到5000億元以上。

表12010年我國半導體照明主要應用市場預測

2 LED的性能與特點

1）耗能低（目前 ＜10 W）、外形尺寸小：LED作為固體發光器件，單顆功率低，目前應用最為廣泛的均小于0.5W，功率型（單顆大于0.5W）的也都在0.5W～1.0W。加之LED在外形尺寸上的優勢，其體積小、重量輕和厚度薄的特點大大拓展了其應用空間，在背光源和顯示系統的應用中游刃有余，在傳統照明領域也使燈具的設計更為靈活多樣、光線更加容易控制。

2）節能： LED自上世紀60年代誕生以來，以每10年亮度提高30倍，價格下降10倍的“海茲定律”快速發展。據報道，目前白光LED光效的實驗室數據已超過160lm/W，而進入商業領域的功率型白光LED也達到100lm/W。隨著關鍵技術的突破，未來功率型LED的光效仍具有很大的上升空間，最高有可能達到200lm/W。

3）色彩豐富逼真、圖形多變（動態全彩控制）：不同的芯片材料可以獲得不同的單色LED；而相同的芯片材料在不同的外延片部位生長出來的LED的光色也各不相同。只要芯片合金組分有細微的變化，就會造成LED的發光顏色有較大的改變。理論上可以在可見光范圍內獲得各種單色光和白光的LED。

4）長壽命（理論10萬h，但目前很難做到）：具有固態結構的LED不同于一般的熱輻射光源或氣體放電光源那樣具有易碎的泡殼和易斷的燈絲或支架，其結構牢固，在使用期一般不會破裂或爆裂，具有安全的保障和很長的壽命。一般LED的壽命理論上可超過5萬h，與傳統光源相比相差一個數量等級，應用在照明工程中可以大大降低維護費用。

5）抗震性能好： LED的結構主要由PN結芯片、電極和光學系統組成，是一種電致發光光源，其結構特性決定了震動對其的影響比較小。

6）安全（低電壓）：LED是低壓器件，驅動單顆LED的電壓僅需2.5V～3V，驅動電流為幾10mA，不會造成觸電事故，因而比較安全，也適用于低電壓電源的場所，如汽車、火車等的車廂照明，并可與太陽能發電裝置配合使用。

7）環保（光源中不加汞）：LED照明器件不同于高強氣體放電燈，如熒光燈、熒光高壓汞燈等，內壁涂有熒光涂層，包括熒光粉使用后的處理都對人和環境造成污染，而LED照明器件不加汞，因此污染減少。

8）響應快：電致發光的原理賦予了LED只有幾ms的響應時間，使LED能在瞬間達到全光通輸出，作為信號照明具有強大優勢。結合其色彩多樣性，LED產品更便于實現色彩和亮度的控制，從而可以用到很多需要實現控制的領域中。

3 我國照明工程應用的設計標準

節約能源、保護環境、提高照明品質是我們實施綠色照明的宗旨。節約能源的前提是要滿足人們正常的視覺需求，也就是要滿足照明設計標準的要求，不應該一味的強調節能而降低照明的數量（照度）和質量（眩光、照度均勻度、顏色、眩光等）的要求。我國工程建設的標準體系建立的比較完善，不同的照明場所都已經制訂或正在制訂相應的設計標準（見本期《建筑電氣照明節能評價標準的研究》表1）。這些標準均是針對人們的視覺工作需求而制訂的，具有一定的科學性和可行性，并盡量與國際標準靠攏，具有一定的先進性。

4 照明的分類及LED的適用性

在我國的照明設計標準中，根據不同的照明場所對照明的方式按其特點，進行了不同的分類（見表3）。

表3 照明的分類及LED的適用性標準

5 不同照明場所對照明裝置的要求

5.1 《建筑照明設計標準》（GB500034-2004）

本標準規定的照明評價指標包括：作業面或參考平面上的維持平均照度值、照度均勻度、統一眩光值（UGR）、照明光源的顯色指數（Ra）、相關色溫。

除去上述要求外，對照明裝置的其他要求：

燈具的遮光角的要求見表4。

表4 直接型燈具的遮光角

有視覺顯示終端的工作場所照明應限制燈具中垂線以上等于和大于65°高度角的亮度。燈具在該角度上的平均亮度限值宜符合表5的規定。

表5 燈具平均亮度限值

2 對于特定使用場所，如敏感的屏幕或仰角可變的屏幕，表中亮度限值應用在更低的燈具高度角（如55°）上。

室內照明光源色表可按其相關色溫分為三組，相關色溫推薦值見表6：

5.2 《城市道路照明設計標準》（CJJ45-2006）

城市道路照明評價指標：機動車交通道路照明應以路面平均亮度(或路面平均照度)、路面亮度總均勻度和縱向均勻度(或路面照度均勻度) 、眩光限制、環境比和誘導性為評價指標（見表7）；人行道路照明應以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度為評價指標。

除去上述要求外，對照明裝置的其他要求：

快速路、主干路必須采用截光型或半截光型燈具；次干路應采用半截光型燈具；支路宜采用半截光型燈具。

截光型燈具：燈具的最大光強方向與燈具向下垂直軸夾角在0o～65°之間，90o角和80o角方向上的光強最大允許值分別為10cd/1000lm和30cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上的光強最大值不得超過1000cd。

半截光型燈具：燈具的最大光強方向與燈具向下垂直軸夾角在0o～75o之間，90o角和80o角方向上的光強最大允許值分別為50cd/1000lm和100cd/1000lm的燈具。且不管光源光通量的大小，其在90o角方向上的光強最大值不得超過1000cd。

5.3 《城市夜景照明技術規范》（JGJ/T 163-2008）

城市夜景照明評價指標：建筑物、構筑物和其他景觀元素的照明評價指標采取亮度或亮度與照度相結合的方式。步道和廣場等室外公共空間的照明評價指標采用地面水平照度（簡稱地面照度）和距地面1.5m處半柱面照度。

廣告與標識照明的評價：不同環境區域、不同面積的廣告與標識照明的平均亮度最大允許值應符合表8的規定；外投光廣告與標識照明的照度均勻度U1（Emin/Emax）宜為0.6～0.8；廣告與標識采用外投光照明時，應控制投射范圍，散射到廣告與標識外的溢散光不應超過20%；應限制廣告與標識照明對周邊環境的光污染，并應符合本規范第7.0.2條的規定。

表8 不同環境區域不同面積的廣告標識照明平均亮度最大允許值（cd/m2）

光污染的限制應符合下列規定：夜景照明設施在居住建筑窗戶外表面產生的垂直照度不應大于表9的規定值；夜景照明燈具朝居室方向的發光強度不應大于表10的規定值；城市道路的非道路照明設施對汽車駕駛員產生的眩光的閾值增量不應大于15%；居住區和步行區的夜景照明設施應避免對行人和非機動車人造成眩光。夜景照明燈具的眩光限制值應滿足表11的規定；燈具的上射光通比的最大值不應大于表12的規定值；夜景照明在建筑立面和標識面產生的平均亮度不應大于表13的規定值。

表9 居住建筑窗戶外表面的垂直照度最大允許值

照明技術參數 應用條件 環境區域E1區 E2區 E3區 E4區燈具發光強度I（cd） 熄燈時段前 2500 75001000025000熄燈時段 0* 500 10002500

表7 機動車交通道路照明標準值

表11 居住區和步行區夜景照明燈具的眩光限制值

表13 建筑立面和標識面的平均亮度最大允許值

6 結論

綜上所述，LED具有節能、壽命長等優點，已被廣泛應用于背光照明、顯示照明以及景觀照明中，LED作為一種照明裝置應用于普通照明時，也必須滿足照明設計標準對普通照明的要求。事實上大家往往只是過多的關注了LED節能、壽命長等特點，而忽視了普通照明在照明數量以及照明質量方面的其他綜合要求，特別是LED的某些性能與特點，比如：光線集中、峰值光強高，在普通照明中就會變成弱項，因為光線集中、峰值光強解決不好就會帶來嚴重的眩光，傷害人們的視覺。因此，要使LED在普通照明中得到廣泛應用，必須滿足照明設計標準對照明的對象提出的綜合的要求。滿足了照明設計標準的綜合要求，才能更好推動LED的發展。