关于LED在照明工程中应用设计标准的深度分析

关于LED在照明工程中应用设计标准的深度分析

　1、LED产品市场应用现状与前景

　　2008年LED产品在各主要应用领域销售额分布统计显示：建筑景观为我国LED最大的应用领域，占总市场份额的28%;LED显示屏与家电显示为第二大应用领域，占总市场份额的27%;手机、电脑笔记本等中小尺寸背光源为第三大应用领域，占总市场份额的22%;交通信号灯、汽车灯、特种照明灯等各类应用占有一定市场份额。

　　未来随着上海2010年世博会、广州亚运会等重大赛会的举办和筹备以及城市化进程加快，LED在景观照明领域的应用将进一步加大比重，LED显示屏的市场应用空间也不断扩大。随着LED的不断成熟，手机、电脑等背光源、交通信号及指示灯、汽车照明以及手电筒、矿灯、防爆灯、航标灯等特种照明，将成为重要的应用市场，LED的应用市场结构也将产生较大的变化。根据国家半导体照明工程研发及产业联盟预计2010年，我国半导体照明市场总体规模将达到1000亿元左右（具体数据预测如表1所示），LED背光源市场规模将超过景观装饰照明，成为最大应用领域，功能性及普通照明的市场规模也将快速增长。预计2010年到2015年的年均复合增长率预计可达到40%,2015年产业规模达到5000亿元以上。

　　2010年我国半导体照明主要应用市场预测

　　2、LED的性能与特点

　　2.1 耗能低（目前 <10 W）、外形尺寸小  LED作为固体发光器件，单颗功率低，目前应用最为广泛的均小于0.5W,功率型（单颗大于0.5W）的也都在0.5W~1.0W.加之LED在外形尺寸上的优势，其体积小、重量轻和厚度薄的特点大大拓展了其应用空间，在背光源和显示系统的应用中游刃有余，在传统照明领域也使灯具的设计更为灵活多样、光线更加容易控制。

　　2.2 节能 LED自上世纪60年代诞生以来，以每10年亮度提高30倍，价格下降10倍的“海兹定律”快速发展。据报道，目前白光LED光效的实验室数据已超过160lm/W,而进入商业领域的功率型白光LED也达到100lm/W.随着关键技术的突破，未来功率型LED的光效仍具有很大的上升空间，最高有可能达到200lm/W.

　　2.3 色彩丰富逼真、图形多变（动态全彩控制） 不同的芯片材料可以获得不同的单色LED;而相同的芯片材料在不同的外延片部位生长出来的LED的光色也各不相同。只要芯片合金组分有细微的变化，就会造成LED的发光颜色有较大的改变。理论上可以在可见光范围内获得各种单色光和白光的LED.

　　2.4 长寿命（理论10万小时，但目前很难做到） 具有固态结构的LED不同于一般的热辐射光源或气体放电光源那样具有易碎的泡壳和易断的灯丝或支架，其结构牢固，在使用期一般不会破裂或爆裂，具有安全的保障和很长的寿命。一般LED的寿命理论上可超过50000小时，与传统光源相比相差一个数量等级，应用在照明工程中可以大大降低维护费用。

　　2.5 抗震性能好 LED（Light Emitting Diode）的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统组成，是一种电致发光光源，其结构特性决定了震动对其的影响比较小。

　　2.6 安全（低电压） LED是低压器件，驱动单颗LED的电压仅需2.5~3V,驱动电流为几十毫安，不会造成触电事故，因而比较安全，也适用于低电压电源的场所，如汽车、火车等的车厢照明，并可与太阳能发电装置配合使用。

　　2.7 环保（光源中不加汞） LED照明器件不同于高强气体放电灯，如荧光灯、荧光高压汞灯等，内壁涂有荧光涂层，包括荧光粉使用后的处理都对人和环境造成污染，而LED照明器件不加汞，因此污染减少。

　　2.8  响应快 电致发光的原理赋予了LED只有几个ms的响应时间，使LED能在瞬间达到全光通输出，作为信号照明具有强大优势。结合其色彩多样性，LED产品更便于实现色彩和亮度的控制，从而可以用到很多需要实现控制的领域中。

　　3、我国照明工程应用的设计标准

　　节约能源、保护环境、提高照明品质是我们实施绿色照明的宗旨。节约能源的前提是要满足人们正常的视觉需求，也就是要满足照明设计标准的要求，不应该一味的强调节能而降低照明的数量（照度）和质量（眩光、照度均匀度、颜色、眩光等）的要求。我国工程建设的标准体系建立的比较完善，不同的照明场所都已经制订或正在制订相应的设计标准（见表2）。这些标准均是针对人们的视觉工作需求而制订，具有一定的科学性和可行性，并尽量和国际标准靠拢，具有一定的先进性。

　                                                                                            　表2  我国的照明设计标准

　　4、照明的分类及LED的适用性

　　在我国的照明设计标准中，根据不同的照明场所对照明的方式根据其特点，进行了不同的分类（见表3）。

　　表3 照明的分类及LED的适用性标准

　　5、不同照明场所对照明装置的要求

　　本标准规定的照明评价指标包括：作业面或参考平面上的维持平均照度值、照度均匀度、统一眩光值（UGR）、照明光源的显色指数（Ra）、相关色温。

　　除去上述要求外，对照明装置的其他要求：

　　灯具的遮光角的要求（见表4）：

　　表4 直接型灯具的遮光角

　　有视觉显示终端的工作场所照明应限制灯具中垂线以上等于和大于65°高度角的亮度。灯具在该角度上的平均亮度限值宜符合表5的规定。

　　表5 灯具平均亮度限

　　室内照明光源色表可按其相关色温分为三组，相关色温推荐值见表6:

　                                                                                                          　表6  相关色温推荐值

　　5.2 《城市道路照明设计标准》（CJJ45-2006）

　　城市道路照明评价指标：机动车交通道路照明应以路面平均亮度（或路面平均照度）、路面亮度总均匀度和纵向均匀度（或路面照度均匀度） 、眩光限制、环境比和诱导性为评价指标（见表7）；人行道路照明应以路面平均照度、路面最小照度和垂直照度为评价指标。

　　表7   机动车交通道路照明标准值

　　除去上述要求外，对照明装置的其他要求：

　　快速路、主干路必须采用截光型或半截光型灯具；次干路应采用半截光型灯具；支路宜采用半截光型灯具。

　　（截光型灯具：灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°~65°之间，90°角和80°角方向上的光强最大允许值分别为10cd/1000lm和30cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上的光强最大值不得超过1000cd.）

　　（半截光型灯具：灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0°~75°之间，90°角和80°角方向上的光强最大允许值分别为50cd/1000lm和100cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90°角方向上的光强最大值不得超过1000cd.）

　　5.3 《城市夜景照明技术规范》（JGJ/T 163-2008）

　　城市夜景照明评价指标：建筑物、构筑物和其他景观元素的照明评价指标采取亮度或与照度相结合的方式。步道和广场等室外公共空间的照明评价指标采用地面水平照度（简称地面照度）和距地面1.5m处半柱面照度。
　　广告与标识照明的评价：不同环境区域、不同面积的广告与标识照明的平均亮度最大允许值应符合表8的规定；外投光广告与标识照明的照度均匀度U1（Lmin/Lmax）宜为0.6~0.8;广告与标识采用外投光照明时，应控制投射范围，散射到广告与标识外的溢散光不应超过20%;应限制广告与标识照明对周边环境的光污染，并应符合本规范第7.0.2条的规定。

　　表8   不同环境区域不同面积的广告标识照明平均亮度最大允许值（cd/㎡）

　　光污染的限制应符合下列规定：夜景照明设施在居住建筑窗户外表面产生的垂直照度不应大于表9的规定值；夜景照明灯具朝居室方向的发光强度不应大于表10的规定值；城市道路的非道路照明设施对汽车驾驶员产生的眩光的阈值增量不应大于15%;居住区和步行区的夜景照明设施应避免对行人和非机动车人造成眩光。夜景照明灯具的眩光限制值应满足表11的规定；灯具的上射光通比的最大值不应大于表12的规定值；夜景照明在建筑立面和标识面产生的平均亮度不应大于表13的规定值。

　　表9 居住建筑窗户外表面的垂直照度最大允许值

 
　                                                                        　表10 夜景照明灯具朝居室方向的发光强度最大允许值

　　表11 居住区和步行区夜景照明灯具的眩光限制值

　                                                                                           　表12 灯具的上射光通比的最大允许值

　　                                                                          表13 建筑立面和标识面的平均亮度最大允许值

　　6、结论

　　综上所述，LED具有节能、寿命长等优点，已被广泛应用于背光照明、显示照明以及景观照明中，LED作为一种照明装置应用于普通照明时，也必须满足照明设计标准对普通照明的要求。事实上大家只是往往过多的关注了LED节能、寿命长等特点，而忽视了普通照明在照明数量以及照明质量方面的其他综合要求，特别是LED的某一些性能与特点，比如：光线集中、峰值光强高，在普通照明中就会变成弱项，因为光线集中、峰值光强解决不好就会带来严重的眩光，伤害人们的视觉。因此，要使LED在普通照明中得到广泛应用，必须满足照明设计标准对照明的对象提出的综合的要求。满足了照明设计标准的综合要求，才能更好推动LED的发展。