徐婷婷
广东金鉴检测科技有限公司 511340
摘要：LED 节能灯以其能量转化率高、发光效率高、寿命长等优点被越来越广泛的应用于现代建筑照明之中，且在建筑照明节能中发挥重要作用。本文主要对 LED灯源发光原理，及其在民用建筑领域的应用情况方面进行论述。
关键词：LED灯具；民用建筑；节能；应用前景
引言
LED 的英文全称为 Lighting Emitting Diode（即发光二极管），其是一种可以将电能直接转化为可见光的固态半导体器件，LED 的核心部件是一个半导体晶片，该晶片是由 P 型半导体和N 型半导体连接后形成的 P-N 结组成，其中 P 型半导体中的空穴浓度远大于自由电子浓度，N型半导体中的自由电子浓度远大于空穴浓度。LED 的发光原理是：将电流接于半导体晶片两端，促使电子运动到 P 区和空穴结合，然后以光子的形式向外发出能量，完成发光过程。P-N 结的材料可以决定 LED 的发光颜色。LED 问世于 20 世纪 60 年代，其刚开始主要用于仪器的指示光源，后来逐渐在交通信号灯、大尺寸显示屏以及汽车信号灯等领域得到广泛应用。1998 年日本中村修二博士发明白光LED 后，LED 光源在照明领域的应用便得到了快速发展。
1 LED 灯发光原理
LED 发光二极管的重要技术是在一块单晶半导体的两部分夹杂很多种材料，一边是 p 型半导体，n 型半导体在另一边，一个过渡层存在于p 型半导体以及 n 型半导体中部，被称为P-N结。在部分半导体用料的P-N结中，注入的小批载流子以及多数载流子复合时会把过剩的能量以光的样子表现出来，致使把电能立即蜕变成光能。PN 结加反向电压，小批载流子无法注入，所以不发光。此这种使用注入式电致发光特征创造的二极管叫发光二极管，它是创造 LED 照明灯的基本零件。在可见光谱特性中无白光(见图 1)，可见光波长范围为 380nm～780nm，其中 770nm～622nm 为红色，622nm～597nm 为橙色，597nm～577nm 为黄色，577nm～492nm 为绿色，492nm～455nm 为蓝靛色，455nm～390nm为紫色，可见光谱没有精确的范围。人眼能够看见的白光，必须最少有两种光，即二波长发光(黄色光+蓝色光)或三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。以上两种模式的白光都需要蓝色光，因此在蓝色 LED 出现以前，白光 LED 是实现不了的。
图1 光谱特性图
2 LED 光源与传统点光源的差别
从外形尺寸而言，LED 光源的尺寸远远比传统光源的外形尺寸小很多，身为
小功率单灯，因为其发光表面积较小，所以可以当做一个点光源。大功率 LED 单灯时通过数十个乃至上百个 LED 结合而成，因此还能够将其当做一个面光源。传统电光源的光，大致为立体 360°辐射光，而LED 光源则为立体圆锥形朝外辐射的光能量，其具有较强的指向性，降低了众多二次配光所引发的光反射以及折射造成的浪费。LED 和传统照明对比，不论在光学特征还是电气特征层面具有较大的差异。
3 LED光源在民用建筑照明中的应用
3.1在住宅中的应用
3.1.1卧室
卧室属于休息及让身心放松的空间，需要考虑舒适性及实用性，特别是运用灯光来营造一种能完全释压的氛围。这种氛围会因使用者习性的不同而改变，例如阅读、睡眠或其他活动所需灯光要求，理论上，可调光灯具是较常使用的。在卧室空间使用的灯具，虽然灯罩可变换是消费者重视的因子，但售价还是必须制
定在合理范围内。由于 LED 体积小且不发热，灯罩设计可使用的材料也更加广泛 ( 如纸、布或其他的柔性材料 )，让卧室空间能不受传统灯具材料束缚。此外，运用可调节光量或光线颜色的 LED光源也有助于创造更多不同氛围的光环境。同样，在兼顾可变换灯罩效果的同时，合理价格是厂商必须重视的因素，若其材料为可回收或自然分解材质，就更易引起消费者购买兴趣。
3.1.2 客厅
此空间的主要功能是接待客人，但也经常是家人齐聚的主要空间。换言之，客厅通常是住宅空间中人们逗留时间最长的场所。在客厅中的活动以半动态的休闲行为较多，但也可以是静态的阅读。因此，对客厅照明的提供，若能依活动的不同而改变，让使用者拥有空间光线选择的可能性，自然能给人们带来不同的感觉，温暖且轻松愉快。像这种使用机能弹性较大的客厅，对灯具组合运用的要求也较多。可依使用区域的不同来选用照明灯具，让空间有不一样的表情，而不再是一成不变。消费者认为灯泡的更换方便性与售价高低为主要的设计考量。若考虑此设计因子，客厅不能使用完全替换型的 LED 灯具，必须使用光源可替换型的 LED灯具。
3.1.3公共区域的应用
LED 光源具有不频闪，调光、控制方便，功率可随意选定，容易满足 LED 值的节能要求等诸多优势。随着 LED 光源技术的不断发展，其性价比在不断提高，其在室内功能性照明的应用将会得到普及。当前，LED 灯具比较适用于楼梯间、走廊、卫生间、地下车库等场所照明应用。在现代社会中，LED 灯的使用，较常见于楼道间、卫生间、走廊、地下车库中等很多场合。而且在卫生间、走廊、地下车库等场所内部，在安装红外 LED 灯具后，它可以实现人走灯灭，节能环保，
也不存在散热浪费资源等问题。由于地下车库中的照明灯基本上都是长明灯，
这在一定程度上造成了很大的资源浪费。如果采用LED 照明灯，就可根据点亮 LED 灯数量的不同，来控制发光的强度，进而实现在停车入库时，实现满功率的运行；而在没有停车入库时，LED 灯将处于休眠状态，进而维持在保证全所需的要求下，LED灯实现最小功耗，从而实现地下车库的最佳能源消耗。
3.2在其他民用建筑中的应用
3.2.1 医院照明
随着医疗仪器设备技术水平的不断提高，智能化的医疗仪器越来越普遍，这些设备对供电质量的要求也在不断提高，局域电网的高次谐波和其他用电设备产生的电磁骚扰电压，可能会对这些医疗仪器的正常运行产生不利影响，因此对于医院用电设备所产生的高次谐波指标和电磁骚扰电压指标要求应高于一般场合。对于医院来说，除去医疗设备外，很大一部分用电是照明设备，虽然照明设备的每盏照明灯系统功率不大，所产生的高次谐波含量也不会很高，但由于使用数量较多，部分高次谐波产生叠加，反映到局部电网的高次谐波总含量往往比较高，因此这项指标是不容忽视的。通过 LED 照明技术指标分析可以得出，LED照明灯系统的高次谐波含量约比荧光灯的高次谐波含量少一个数量级，从这一技术指标看，LED 灯用于医院照明可以有效降低高次谐波的含量，更有利于保证医疗仪器设备的正常运行。如果在医院大量使用 LED 照明，则不能忽略 LED 发光指向性强和眩光问题。在病房的普通照明应用中，首先应考虑病人的健康、情绪、睡眠等问题，其次是节能。因此灯具和电光源色温的选择十分重要，应尽可能减少眩光，并减少灯光对人体褪黑激素的影响，所以建议采用平板型、低色温 LED 照明灯系统。
3.2.2机场、车站和码头照明
机场的候机楼和车站的候车室空间高度通常比办公、商厦要高，采用传统电光源照明势必存在维护更换问题，而这类场合的人流几乎24h不间断，无论采取何种方式维护，都对旅客有影响，采用LED照明可以大大减少维护次数，同时节省大量照明用电。
LED照明更容易保证照度指标，由于这种场合人员流动性大，安全防范是重点，可以采用高色温LED进行照明，可以提高候机、候车人员的兴奋度，保持一定的警觉性。对于站台、码头等室外通风条件好的场合，更有利于LED的散热，可有效保证使用寿命，减少维护次数。这种场合通常是夜晚照明，采用高色温
LED，在同样的用电功率下，可以相对提高亮度，在节能问题上，可产生较大的效果。
4结语
LED照明是个新兴产业，无论商业化、系统化还是标准化都还有待完善。 随着 LED照明技术的不断发展， LED照明产品性价比的不断提高，LED照明的应用范围将越来越广泛，其在民用建筑照明中的应用也将得到普及。
参考文献：
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[3]武修文.LED在建筑化照明设计中的应用分析[J].智能城市,2016,2(05):207.
论文作者:徐婷婷
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/1
标签：光源论文; 半导体论文; 谐波论文; 灯具论文; 色光论文; 照明灯论文; 民用建筑论文; 《防护工程》2018年第15期论文;