LED燈在公共建筑照明節能方面的應用研究

雒秦光

摘要：目前建筑領域以綠色節能為主要特征的LED光源得到了廣泛應用，在發光效率提高、價格逐漸降低的背景下，LED燈在照明方面的節能優勢也逐漸凸顯。文章基于以上背景，結合目前LED燈具的發展、智能控制方式以及與常規光源的性能特征對比，探討了LED燈在公共建筑照明設計中的節能應用關鍵技術。

關鍵詞：LED燈；公共建筑照明；照明節能；能源消耗；社會發展資源 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU745 文章編號：1009-2374（2017）08-0116-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.056

能源消耗往往處于社會發展資源占比中的首要地位，在相關部門的統計中表明，我國公共建筑能耗量高出民用建筑20多倍，在總耗能體系中照明耗能約占30%。在估算研究中也指出，我國現階段公共建筑照明設備約有1億多臺，若這些設備均為白熾燈則會消耗巨額能源。若使用熒光燈，雖然達到了節能目的，但其中所含的汞物質會對人體健康造成不良影響，且廢棄的熒光燈會破壞生態環境，因此使用效果也不理想。而LED燈以光色飽滿、耐震耐潮、使用壽命長、體積小等優勢，成為公共建照明節能設計的首選光源。

1 公共建筑“綠色照明”概念的提出與內涵要求

隨著全球能源危機和環保主義浪潮的興起，保護全球環境、節約自然能源成為全球共識，“綠色照明”的概念就是在這種形勢下提出的，是指通過科學合理的照明設計，以安全穩定、耐用、高效率的光源、電器附件、燈具、配線材料和控光器件等照明產品來改善人們工作生活的照明條件，從而創造高效舒適、安全節能的現代化照明環境，其核心內涵就是在保證基礎照明質量的同時注重節能環保。

我國目前提倡的“綠色照明”計劃指出，一個優秀的照明設計需滿足照明質量、節能環保、滿足人們正常工作生活需求三個標準，具體內涵包括以下諸多方面：（1）節能節材。不僅照明光源設備運行需節電，且光源和燈具從原材料到成品的生產過程也要符合節能減排標準規定，例如光源和附件制造需盡量減少黑色金屬、有色金屬、稀有金屬的耗用，以綠色生產、排放無污染的工藝為主，提倡多使用水溶性樹脂等無毒材料；（2）無汞。減少汞物質對環境的污染；（3）無有害射線。要求光源無紫外線等有害射線成分；（4）耐用性佳，使用壽命長；（5）無電網傷害和環境電磁干擾。要求照明設備電抗分量小，功率因數大，且啟動時的浪涌小，運行過程中不存在高次諧波分量泄漏問題；（6）廢棄無污染。失效后的光源設備廢棄物可綠色回收，不存在環境污染后患。

2 LED光源在公共建筑照明中的應用優劣勢

2.1 LED的應用優勢

LED燈照明主要靠發光二極管實現，在少數載流子與多數載流子復合作用下，會將多余能量通過光的形式釋放出來，實現電能到光能的轉換。LED在使用過程中與傳統照明設備比較具備很多優點：（1）光效高。傳統白熾燈光效僅有10Lm/W，而LED燈的最低光效為80Lm/W，因此LED燈的節能優勢更為明顯，在照度一致的前提下，其消耗的電能只有普通白熾燈的10%；（2）環保特征，LED燈不存在汞類和輻射物質，不會對生態環境造成后患影響，且LED燈使用壽命長，正常使用時間平均可達60000小時，而傳統白熾燈通常使用3000小時后就會報廢；（3）安全可靠，在低電壓狀態下LED燈仍然可正常工作，例如驅動單個發光二極管時僅需3V左右的電壓即可，這樣不僅提高了整個照明系統的普適性，而且能避免火災發展，保證照明系統的安全性；（4）免維護。LED燈具以環氧樹脂封裝，內部不存在松動部分，因此可避免白熾燈與熒光燈熱沉積、燈絲易燃的特點，且在正常使用壽命期限內無需任何維護措施，在某些有24小時持續照明需求或維護不方便的公共建筑中有獨特的優勢。

2.2 LED的應用劣勢

（1）成本過高。LED照明燈具初次購買成本是傳統燈具的3倍之多，針對普通用戶而言不具備成本優勢，且目前大功率LED照明燈具中，光源部分所占成本比重過大，有限的節能本身難以支持LED光源高價格，因此針對大功率LED光源而言，降低單位流明成本是提高LED普適性的關鍵所在；（2）光譜質量問題。目前白光LED光譜存在顯色性低、色溫偏高的問題，考慮到人類眼睛習慣于連續光譜的自然光，但白光LED的光譜連續性不足，因此開發寬光譜、高顯色指數的LED光源是滿足光譜質量需求的首要條件。

3 低電壓照明條件下LED燈在公共建筑照明節能中的應用原則

公共建筑照明系統都是380/220V的交流供電系統，如道路照明、庭院照明以及大型車庫、辦公場所的照明等，只有危險場所和重要場所才會采用安全高電壓等級的照明系統，因此LED燈在安全電壓等級下具備良好的經濟性和可行性。

3.1 配電線路經濟性

在相同照度和電壓等級的條件下，12W的LED燈與100W白熾燈和36W普通節能燈效果基本相同，且LED燈所需的供電電流僅為白熾燈的1/10，普通節能燈的1/3，因此LED燈日常運行的經濟性尤為明顯。例如在36V的安全電壓等級下，LED燈供電電流是交流220V常規照明的6倍，因此在相同場所使用低電壓照明并未增加供電線路的線徑要求，不影響供電的經濟性，但安全性能卻得到了質的提升。

3.2 設備運行經濟性

在市電條件下（220V），LED燈必須配備交直流轉換恒流驅動電源，與每個熒光燈配備一個鎮流器類似，這就需要對各種規格的接插件進行設計，并制造出適應不同電流和功率的LED光源驅動器，以便于LED燈的正常使用與互換。使用36V低電壓照明的交直流轉換恒流驅動電源結構設計相對簡單，更容易散熱，因此可大幅度降低LED燈具成本。

3.3 設備運行安全性

在低電壓照明的運行基礎上，可充分保證LED燈具的安全性能，無需擔憂觸電風險。

4 LED燈在公共建筑照明節能方面的應用策略

4.1 應用技術

4.1.1 LED燈的“隱藏”應用。LED光源的緊湊結構和小體積特征決定了其應用的靈活性，在公共建筑照明設計時即使空間狹小，也能采取隱藏式透光，且能耗并不高，便能營造出“見光不見燈”的藝術效果。隱藏應用具體包括以下三點：（1）點式隱藏。例如在大型建筑空間天棚上嵌入燈槽，根據照明需求選擇多顆LED組成光源陣列，暗燈槽既可局部分設也可排列成行，更加便于維護檢修；（2）帶式隱藏。例如在公共建筑空間天棚四周嵌裝燈槽，以條帶形LED射燈組成光源，在多個燈具串聯的狀態下從上至下照明，這種方法也可運用在外墻中上部、墻檐等位置，且光源和燈具可隱藏于暗槽當中，起到提高照度、節省空間、裝飾環境的作用；（3）面式隱藏。在大型影劇院、娛樂場所等公共建筑中，需要照亮的發光面以外墻、地板和天棚為主，用LED作為光源時需將線性發光條安裝在吊頂棚骨架、地板以及外墻面對應的室外地面上，從而達到照明

效果。

4.1.2 LED燈與建筑的“一體化”應用。在優秀的建筑照明設計中，照明可以說是建筑的一部分，人們更愿意體會的是照明與建筑的有機結合，將燈具、空間、所處環境協調起來，使其相互滲透和促進，并利用現代化手段解決應用過程中的各種矛盾。例如在LED與建筑構件相結合的前提下，以科學合理的封裝結構最大程度減少光衰，提高光源和散熱效率，并通過二次配光滿足公共建筑中的室內照明要求。

4.1.3 室外照明的應用。LED燈在公共建筑空間室外照明應用中主要包括泛光照明和內透光照明兩種：泛光照明通過建筑外表面的凹凸與LED投光燈的結合，將光線射向建筑物外墻，另一種則是在離建筑物一定距離的位置裝設投光燈進行立面照明；內透光照明則是通過充分利用透射式室內光源來獲得良好的室外照明效果，例如在窗位或透光部位安裝LED燈具，將這部分光源作為夜晚的泛光照明使用，燈光從內外泄，照明更為通透，既不會對建筑立面造成損壞，又可減少室外定點設置投光燈的成本，是一種節能與效果并存的完美照明手段，例如美國紐約的曼哈頓金融區、上海金貿大廈均是通過內透光照明來達到照明與節能并存的目的。

4.2 應用實例

以某城市廣場建筑照明景觀工程為例，該工程要求光源和燈具符合綠色節能的環保原則，例如避免光線散射、控制眩光等。在實際施工時采用196W的LED燈替代了原本設計的250W高壓鈉燈，照明功率密度值LPD約為0.63W/m2，平均照度達到了34.05x，總均勻度為0.75。經現場實地考察表明，LED光源顯色性高，在夜間可營造良好的景觀效果。

節能效果對比：該工程1000盞196W的LED燈年耗電量約59.03萬千瓦時，折合72.56噸標準煤，相比高壓鈉燈可減少92.47噸標準煤，節能率將近57.83%，10年電費約540.7萬元，相比高壓鈉燈可節省電費529.86萬元和維護費110.20萬元。從照明效果、節能環保、經濟效益等角度來看，LED燈在公共建筑照明中均要比高壓鈉燈更為實用。

5 結語

綜上，與傳統光源相比，LED燈具備許多優勢，但也存在成本高、光譜質量等關鍵問題，因此在當前階段需從長遠角度考慮LED燈的使用價值，不斷優化LED光源的封裝、散熱環節，使其與公共建筑的綠色照明需求更為貼合，從而更好地實現公共建筑照明節能減排的

目的。

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（責任編輯：王 波）