LED在室內照明的應用

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0引言

led照明技術為一種全新照明技術，LED中的半導體器件負責電能與光能的轉換，LED的節能性、環保性相對理想，克服了傳統照明技術的諸多不足。當下我國的建筑行業迅猛發展，人們的生活水平顯著提高，室內照明設計應采用現代化思想，以滿足人們的多種追求。不同的室內照明設計有其獨特的設計要求，設計人員在利用LED的過程中不僅需遵守相關標準，更需考慮室內照明的特殊要求，調整細節，發揮LED在整個照明系統中的作用。

1LED的特點

1.1節能環保LED的節能環保性是普通燈具無法比擬的，正是因為這一方面的特點，當前市場上LED的應用范圍顯著擴大。LED采用低壓電源，工作電壓維持在2.0～3.6V之間，依據相關試驗，LED的單管耗電量非常小，不超0.1W，電能節約明顯[1]。為此，在各個場所的照明設計中，設計人員可根據實際情況科學利用LED降低電能消耗。

1.2照明亮度高LED的照明亮度非常高，這同樣是普通照明燈具無法達到的，在照明設計中設計人員可根據需求將LED的照明亮度控制在合理區間。LED使用時的散熱量也較小，正是由于這一特點，LED比普通燈具耗電量低。

1.3使用方便LED的特殊性決定了其在照明系統中的應用便捷性，不論是室內照明還是公共照明，LED的安裝與使用都相對便捷，設計人員只需要遵守有關的操作規范。LED燈具在環氧樹脂材料中安裝了電子晶片，這一結構的燈具體積小、重量輕，為安裝操作帶來了諸多便捷[2]。

1.4使用壽命長普通照明燈具在使用過程中經常出現故障，后續需更換新設備，而LED的使用壽命較長，故障率較低。根據大量的應用經驗，只要電壓與電流相對正常，LED的使用壽命可保持在80000～100000h之間，即使在相對復雜的環境下，LED也能保持其性能，不會出現較多的性能損壞現象。1.5堅固耐用LED的關鍵器件被包裹于環氧樹脂材料中，這使得外部作用力對元器件的損傷大大減小，基本不會因為內部元器件受損而影響LED的使用。因此，與普通燈具相比，LED更堅固耐用、更安全，同時具有良好的抗震性、適用范圍廣、應用效果好。

2在室內照明中應用LED時應考慮的問題

2.1散熱LED光源屬于半導體發光光源，對溫度有極大的敏感性，如果LED的工作溫度超過85℃，光通量將下降50%，波長變長，出現紅移動現象；如果溫度達90℃，部分元器件可能被燒損，影響照明。芯片與驅動電源是LED光源的關鍵組成部分，其中，芯片可將電能轉換為光能，此時有部分能量被轉化為熱量，LED為點光源，產生的熱量會集中于較小區域[3]。驅動電源中的變壓器、開關管、電解電容、儲能電感等均為發熱量較大的元器件，考慮到散熱問題，在利用LED時需嚴格控制工作溫度，一般不得超過65℃。在室內照明中應用LED時，散熱是必須考慮的問題，如散熱條件不佳，將影響燈具的性能和使用壽命。

2.2價格LED的材料、構造及照明原理具有特殊性，這意味著其比普通燈具的價格更高，如在室內照明中用LED替換傳統燈具，需加設驅動電路、燈殼、燈頭等。同等亮度條件下，普通節能燈的成本在0.5～1.5元/W之間，而LED的成本遠遠超出這一成本區間，達到5～10元/W。但由于LED的使用壽命較長，節能燈與LED的成本相差不大。隨著晶片生產技術的進步，未來LED的價格將逐步降低。2.3光生物安全藍光對人體危害較大，如長期受到藍光影響，人體視網膜可能被損傷。市場上的許多照明產品都存在藍光危害，根據調查，照明產品的藍光危害與光譜成分、亮度等有關。在光譜成分中，色溫為主要的影響因素。LED光源具備極強的方向性，發光亮度非常高，一旦光源色溫達到4000K，必將存在光生物輻射危害。為此，在室內照明設計中應用LED時，設計人員需考慮光生物安全方面的問題。

3LED在室內照明中的應用形式

在室內照明中，LED的應用十分普遍，室內照明燈類型較多，如燈管、射燈、筒燈、格柵燈、燈泡等。以LED燈管為例，其與熒光燈在外形、尺寸、口徑等方面高度相似。LED燈管存在T5、T8和T10之別，長度也各有不同，主要有0.6m、0.9m、1.2m、1.5m、1.8m幾種。現階段，市場上的LED主要采用PC加散熱鋁，散熱性良好，且光線分布更均勻。LED燈管采用直流電驅動，根據電源使用位置分為內置式和外置式兩種類型，前者的電源位于燈管內部，后者的電源位于燈管外部。如果用LED燈管替換普通熒光燈，常用內置式電源，在具體的安裝作業中需去除原有熒光燈的鎮流器、啟輝器，然后在燈管兩端加裝交流220V電源。對于LED射燈，一般用其替代傳統鹵鎢燈，其主要采用內置式電源。LED筒燈的應用較少，多用于局部照明。

4室內照明中LED的應用要點

4.1室內LED的控制室內照明中采用LED時，控制方法十分關鍵，原先的技術條件下，主要采用單燈控制、群組控制、手動控制的方式，隨著信息技術穩步發展，形成了智能化控制模式。

4.1.1調光控制在LED照明的調光控制中，需保障調光的準確度、高效性，在具體的控制中要重點關注調光精度、范圍與效率。國內外學者對調光的研究較多，如以UC3842作為控制芯片設計LED驅動電源，形成了模擬調光、脈寬調制調光、混合調光策略；以CIE色度圖、PWM為基礎的LED照明控制方式也較有效，在此控制機制下照明系統的光譜、顏色和色溫基本可達到要求；LED容易與數字電路結合，可以將Wi-Fi無線通信技術、手機APP控制終端和LED照明系統相連，全面控制LED輸出光的各個要素，達到光通量調節的目標[4]。調光技術的研究更多地集中在驅動器、燈絲、電路與系統方面，通過改進可以提高調光設備的運行效率，進一步增大調光范圍。在實際工作中，一般會將原有復雜電路簡單化，以最大化保障調節精度。但是，現有的研究過于關注改良調光系統硬件性能，而未考慮照度傳感器和人員傳感器之間的信息交互，導致部分調光系統難以達到行業內照明標準。為此，未來相關人員需加大對多傳感器信息融合的研究力度。

4.1.2亮度、色溫控制在室內照明中應用LED時，為靈活調節亮度、色溫等參數，需在控制系統內采用智能控制算法，分析時間、天氣、人員行為等有關影響因素，利用綜合計算與調控的方式使照明亮度符合要求。在現階段的技術條件下，調節亮度、色溫時多采用模糊邏輯、神經網絡預測等理論，在這些理論指導下基本實現了初步調節，但控制精度不足。為提高調節精度，還需在原有技術基礎中融入大數據分析等現代化技術[5]。

4.1.3調色控制在LED的控制中，為進一步擴大調色范圍，保障控制準度，有關人員需開展LED調色控制建模，依據模型分析與算法分析結果，改進原有設備、優化控制算法，以提升燈具顏色表達精確度、擴展調節范圍。結合大量的研究成果，調色技術發展的核心是將燈具顏色調節與其他領域高度融合，如與醫學結合，利用調節燈具顏色的方式對人的視覺與心理感受產生影響。

4.2室內LED的開關驅動為提高驅動控制整體水平，在室內LED開關驅動方面需選擇恰當的驅動控制方式，有關人員需優化啟動器的硬件性能，在當前及未來需保持驅動控制模塊、通信模塊的融合，引入現代通信技術，提高驅動器的集成性。研究驅動器的目的是保障驅動器的性能，減小成本投入，簡化系統結構，使系統在穩定運行的過程中有更完善的功能和更優越的性能。當前，常用LED驅動器包括分段式LED驅動器、無電解電容兩級ACLED驅動器、PFC+Buck/Boost無電解電容LED驅動器、基于CLL諧振的多路輸出LED驅動器、基于FPGA的分段式ACLED驅動器等，這些驅動器的研究都取得了一定的成效，也在照明方面有所應用。但每種驅動控制器都有各自的適用條件，在具體應用中也有各自的優缺點，在未來還有優化的空間。在驅動器研究方面也產生了很多新的研究成果，如基于射頻通信方式的智能照明驅動器、2MHz單芯片降壓-升壓DC-DC轉換器和LED驅動器。隨著室內照明中LED應用范圍的擴大，為形成更科學的照明系統，行業內對LED驅動器有了更高的性能、功能要求，相關人員在實際工作中需根據實際工作要求，引進新技術，研發全新的驅動裝置，以確保照明控制系統的運行保持極高的可靠性，達到實時調節的目標。

4.3室內照明智能控制策略

4.3.1室內照明和自然光的結合控制近年來，人們的節能環保意識顯著增強，在室內照明設計中需改變原先的設計理念，采用更節能環保的LED。隨著照明控制系統的設計難度加大，單純利用節能燈具難以達到預期目標，需要將自然光引入室內，實現節能效果。與人造光相比，自然光更為舒適，能營造良好的光照條件，在許多室內照明設計中都實現了自然光與人造光的結合。在具體的設計中，設計人員需建立模型，采用專業化計算方法，獲取節能要求下的光照條件。目前，室內照明與自然光的結合控制取得了一定的研究成果，但很多還處于仿真階段，有關技術相對滯后，并不能滿足人們的照明需求。要在室內照明中大范圍推廣這些技術，還需開展大量的預測與仿真實驗，以保障模型精準度，需要在分析與計算的基礎上優化控制系統，使控制系統更為精準地控制照明設備。在此過程中需考慮室內條件的特殊性，建立室內照明與自然光的關聯函數，針對房間類型、地域情況評價照明舒適度。

4.3.2基于用戶行為的控制在室內照明中實施精準控制需要確保照明符合人們的實際需求，隨著人們生活水平顯著提高，人們對照明提出了更高要求，在照明控制方面應充分考慮用戶的行為與需求，形成個性化控制機制。當前，行業內出現了一些被行業認可的研究成果，針對用戶行為控制的研究成就突出，具體表現在傳感器采集用戶行為數據上，當采集到用戶的大量信息后，相關人員可通過整合處理信息來建立專有模型，在模型中實施照明系統的預測控制。未來，隨著技術穩步發展，有關人員需將研究重心放在用戶視覺評價上，利用用戶視覺體驗評價和參數變化評估建立模型。

4.3.3基于智能算法的控制為達到智能化控制目標，智能算法必不可少，當前行業內關于智能算法的研究非常多，但主要集中在提高調節精度與提升節能效果上。目前，照明用戶各有各的需求，堅持采用傳統的控制模式難以取得最佳的控制效果，需要通過構建智能化控制體系解決這一問題。在引入智能算法，實施智能控制時，有關人員需在其中融入大數據采集、分析與預測等相關技術，實時采集不同區域內的數據，利用這些數據建立對應的模型，預測用戶行為與習慣，在此基礎上精準控制照明設備。

5結束語

LED有其突出優勢，在室內照明中可用LED燈具替代傳統燈具，發揮LED的節能、環保優勢。當前，行業對室內照明提出了全新的要求，相關人員在利用LED時需考慮燈具選型、控制系統設計等問題，以保障照明效果。

參考文獻

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[3]梁青璇,陳雅倩,羅濤,等.辦公建筑LED照明空間的光環境提升需求研究[J].建筑科學,2021,37(4):19-25,32.

[4]何偉,楊春宇,梁樹英.建筑室內環境LED光照藍光危害的測量與分析[J].西部人居環境學刊,2021,36(1):116-120.

[5]薛媛.LED照明技術的創新發展和智能化應用[J].光源與照明,2022(2):54-56.

作者:遲鑫 單位:廣西機電技師學院