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摘要：目前建筑领域以绿色节能为主要特征的LED光源得到了广泛应用，在发光效率提高、价格逐渐降低的背景下，LED灯在照明方面的节能优势也逐渐凸显。文章基于以上背景，结合目前LED灯具的发展、智能控制方式以及与常规光源的性能特征对比，探讨了LED灯在公共建筑照明设计中的节能应用关键技术。
关键词：LED灯；公共建筑照明；照明节能；能源消耗；社会发展资源
1 公共建筑“绿色照明”概念的提出与内涵要求
随着全球能源危机和环保主义浪潮的兴起，保护全球环境、节约自然能源成为全球共识，“绿色照明”的概念就是在这种形势下提出的，是指通过科学合理的照明设计，以安全稳定、耐用、高效率的光源、电器附件、灯具、配线材料和控光器件等照明产品来改善人们工作生活的照明条件，从而创造高效舒适、安全节能的现代化照明环境，其核心内涵就是在保证基础照明质量的同时注重节能环保。
我国目前提倡的“绿色照明”计划指出，一个优秀的照明设计需满足照明质量、节能环保、满足人们正常工作生活需求三个标准，具体内涵包括以下诸多方面：①节能节材。不仅照明光源设备运行需节电，且光源和灯具从原材料到成品的生产过程也要符合节能减排标准规定，例如光源和附件制造需尽量减少黑色金属、有色金属、稀有金属的耗用，以绿色生产、排放无污染的工艺为主，提倡多使用水溶性树脂等无毒材料；②无汞。减少汞物质对环境的污染；③无有害射线。要求光源无紫外线等有害射线成分；④耐用性佳，使用寿命长；⑤无电网伤害和环境电磁干扰。要求照明设备电抗分量小，功率因数大，且启动时的浪涌小，运行过程中不存在高次谐波分量泄漏问题；⑥废弃无污染。失效后的光源设备废弃物可绿色回收，不存在环境污染后患。
2 LED光源在公共建筑照明中的应用优劣势
2.1 LED的应用优势
LED灯照明主要靠发光二极管实现，在少数载流子与多数载流子复合作用下，会将多余能量通过光的形式释放出来，实现电能到光能的转换。LED在使用过程中与传统照明设备比较具备很多优点：①光效高。传统白炽灯光效仅有10Lm/W，而LED灯的最低光效为80Lm/W，因此LED灯的节能优势更为明显，在照度一致的前提下，其消耗的电能只有普通白炽灯的10%；②环保特征，LED灯不存在汞类和辐射物质，不会对生态环境造成后患影响，且LED灯使用寿命长，正常使用时间平均可达60000小时，而传统白炽灯通常使用3000小时后就会报废；③安全可靠，在低电压状态下LED灯仍然可正常工作，例如驱动单个发光二极管时仅需3V左右的电压即可，提高了整个照明系统的普适性，而且能避免火灾发展，保证照明系统的安全性；④免维护。LED灯具以环氧树脂封装，内部不存在松动部分，因此可避免白炽灯与荧光灯热沉积、灯丝易燃的特点，且在正常使用寿命期限内无需任何维护措施，在某些有24小时持续照明需求或维护不方便的公共建筑中有独特的优势。
2.2 LED的应用劣势
①成本过高。LED照明灯具初次购买成本是传统灯具的3倍之多，针对普通用户而言不具备成本优势，且目前大功率LED照明灯具中，光源部分所占成本比重过大，有限的节能本身难以支持LED光源高价格，因此针对大功率LED光源而言，降低单位流明成本是提高LED普适性的关键所在；②光谱质量问题。目前白光LED光谱存在显色性低、色温偏高的问题，考虑到人类眼睛习惯于连续光谱的自然光，但白光LED的光谱连续性不足，因此开发宽光谱、高显色指数的LED光源是满足光谱质量需求的首要条件。
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3 低电压照明条件下LED灯在公共建筑照明节能中的应用原则
公共建筑照明系统都是380/220V的交流供电系统，如道路照明、庭院照明以及大型車库、办公场所的照明等，只有危险场所和重要场所才会采用安全高电压等级的照明系统，因此LED灯在安全电压等级下具备良好的经济性和可行性。
3.1 配电线路经济性
在相同照度和电压等级的条件下，12W的LED灯与100W白炽灯和36W普通节能灯效果基本相同，且LED灯所需的供电电流仅为白炽灯的1/10，普通节能灯的1/3，因此LED灯日常运行的经济性尤为明显。例如在36V的安全电压等级下，LED灯供电电流是交流220V常规照明的1/6，因此在相同场所使用低电压照明并未增加供电线路的线径要求，不影响供电的经济性，但安全性能却得到了质的提升。
3.2 设备运行经济性
在市电条件下（220V），LED灯必须配备交直流转换恒流驱动电源，与每个荧光灯配备一个镇流器类似，这就需要对各种规格的接插件进行设计，并制造出适应不同电流和功率的LED光源驱动器，以便于LED灯的正常使用与互换。使用36V低电压照明的交直流转换恒流驱动电源结构设计相对简单，更容易散热，因此可大幅度降低LED灯具成本。
3.3 设备运行安全性
在低电压照明的运行基础上，可充分保证LED灯具的安全性能，无需担忧触电风险。
4 LED灯在公共建筑照明节能方面的应用策略
4.1 应用技术
4.1.1 LED灯的“隐藏”应用。
LED光源的紧凑结构和小体积特征决定了其应用的灵活性，在公共建筑照明设计时即使空间狭小，也能采取隐藏式透光，且能耗并不高，便能营造出“见光不见灯”的艺术效果。隐藏应用具体包括以下三点：①点式隐藏。例如在大型建筑空间天棚上嵌入灯槽，根据照明需求选择多颗LED组成光源阵列，暗灯槽既可局部分设也可排列成行，更加便于维护检修；②带式隐藏。例如在公共建筑空间天棚四周嵌装灯槽，以条带形LED射灯组成光源，在多個灯具串联的状态下从上至下照明，这种方法也可运用在外墙中上部、墙檐等位置，且光源和灯具可隐藏于暗槽当中，起到提高照度、节省空间、装饰环境的作用；③面式隐藏。在大型影剧院、娱乐场所等公共建筑中，需要照亮的发光面以外墙、地板和天棚为主，用LED作为光源时需将线性发光条安装在吊顶棚骨架、地板以及外墙面对应的室外地面上，从而达到照明效果。
4.1.2 LED灯与建筑的“一体化”应用。
在优秀的建筑照明设计中，照明可以说是建筑的一部分，人们更愿意体会的是照明与建筑的有机结合，将灯具、空间、所处环境协调起来，使其相互渗透和促进，并利用现代化手段解决应用过程中的各种矛盾。例如在LED与建筑构件相结合的前提下，以科学合理的封装结构最大程度减少光衰，提高光源和散热效率，并通过二次配光满足公共建筑中的室内照明要求。
4.1.3 室外照明的应用。
LED灯在公共建筑空间室外照明应用中主要包括泛光照明和内透光照明两种：泛光照明通过建筑外表面的凹凸与LED投光灯的结合，将光线射向建筑物外墙，另一种则是在离建筑物一定距离的位置装设投光灯进行立面照明；内透光照明则是通过充分利用透射式室内光源来获得良好的室外照明效果，例如在窗位或透光部位安装LED灯具，将这部分光源作为夜晚的泛光照明使用，灯光从内外泄，照明更为通透，既不会对建筑立面造成损坏，又可减少室外定点设置投光灯的成本，是一种节能与效果并存的完美照明手段，例如美国纽约的曼哈顿金融区、上海金贸大厦均是通过内透光照明来达到照明与节能并存的目的。
5 结语
综上，与传统光源相比，LED灯具备许多优势，但也存在成本高、光谱质量等关键问题，因此在当前阶段需从长远角度考虑LED灯的使用价值，不断优化LED光源的封装、散热环节，使其与公共建筑的绿色照明需求更为贴合，从而更好地实现公共建筑照明节能减排的目的。
参考文献：
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[3] 李运闯.施工临时照明LED灯具的绿色施工应用技术研究[A].中国中西部地区土木建筑学术年会论文集[C].2015
论文作者:侯帅,张骞予
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第11期
论文发表时间:2017/10/11
标签：光源论文; 节能论文; 公共建筑论文; 灯具论文; 光谱论文; 建筑论文; 白炽灯论文; 《建筑学研究前沿》2017年第11期论文;