绿色建筑的LED照明设计趋势分析

绿色建筑的LED照明设计趋势分析
2012-9-27 10:04:37 科技网行业:其它浏览

　　绿建筑设计趋势，随着环保议题持续加温，加上全球能源持续短缺现况下，成为现在最热门的议题。除了建筑本身的节能绿化策略外，导入更环保、节能的LED照明光源，已是绿建筑应用的重点项目，如何善用LED节能效用、又能妥善衔接新/旧光源的应用特性，成为现在最热门的应用课题。

　　LED照明业者，大多会将产品开发重点放在LED照明应用的物性、特性，反而忽略了人是属于视觉性的动物，对于一个新产品、新应用的喜好，往往第一时间的“感觉”即下了选用与否的关键决定。

　　其实多数使用者，对于LED的感受要求，会高于LED光源元件或灯具本身的照明参数，因为使用者对于灯具照明效果的直接感受，往往会因为现场环境配置、装潢、空间与气氛的差异，而有相当大的落差;舒适与不舒适的光源表现，不在于LED照明是否已达最高照明输出效果，LED照明业者必须在开发产品之前，即先预想可能的使用环境、光源的使用方式，让LED灯光更能扮演营造环境气氛、或达到实用用途的照明设置。

　　绿建筑的LED环保光源应用

　　以现在最夯的“绿建筑”概念来观察，这股环保、节能风潮，除重视建筑本身的节能与环保设计方案外，建筑本身的照明耗能，也是绿建筑列入重点能耗改善的项目之一!而导入耗能更低的LED照明光源，可积极有效地改善建筑的照明能耗。

　　但LED照明光源毕竟不似传统钠灯、卤素灯、白炽灯发展这么多年，LED照明光源还算相当新颖的照明技术，多数业者与终端使用者还在学习、理解新光源的特性与使用方法，尤其是LED照明元件为高效能的点状光源，如何满足用户已经习惯的传统照明型态，同时善用LED新光源的元件优势，成为空间光源设计与绿建筑照明能耗改善的重要设计议题。

　　绿建筑在照明方面有几个重要的指标。首先，建筑是否可以善用自然光，利用建筑本身的结构变化或自动控制设计，达到引入自然日照到室内空间，自然可以用原有的照明搭配自然光辅助，原有照明所消耗的能耗即可达到一定比例的减省。但使用大幅自然光也并非绿建筑指标获得高分的关键，除善用自然光外，建筑的照明应用还须考虑能否进行照度调整、搭配使用节能措施等项目，达到绿建筑的照明能耗改善要求。

　　举例来说：虽然在引入自然光方面，直接在房屋结构的屋顶挖空，直接让日照投入室内也是种极端的作法，但实际上这种方式仅能达到部分指标，因为绿建筑指标还须评估照度调整与加值节能措施。

　　而在照度调整、加值节能措施方面，即需针对不同的应用空间、情境进行灯具亮、暗或关闭设计，这需搭配可调光LED进行照明系统整合，如在会议室空间，可针对会议人数、会议形式设定多种光源应用型态，再搭配电子控制的窗帘适度引入自然日照，达到环境光源最佳化的节能设计方案。至于节能措施，即建筑可搭配再生能源提供驱动灯具或其他电气应用需求，如太阳能、风力发电等辅助绿色能源方案。

　　参考五大照明方式进行元件设计

　　对于左右人们的照明感受部分，可先从五大照明方式进行讨论，因为设计LED灯具，需从LED元件的生产过程，在晶圆、打线、封装、N次光学、模组制作、灯壳制作、驱动电路...等各个环节，就必须针对灯具的使用情境、用途、照明目的进行考量，达到产品的最佳化设计方案。

　　一、直接照明：应用于办公室顶灯、台灯等Down light型态，从上而下投射应用，照明输出几乎是100%投射于照明区域上。

　　二、半直接照明：半直接照明为较柔和的应用场景适用，也是较柔和的设计方案，一般设定约81%为向上投射、19%为向下投射方式，透过光的反射减少直接照明的不适感。

　　三、间接照明：间接照明在房屋装潢相当常见，也强烈建议在室内可多用间接照明营造舒适环境。间接照明为90%照明往上投射，投射后的反射仅10%为向下之反射光源。

　　四、半间接照明：半间接照明适用在空间较狭隘的环境，可让矮小的空间具变高的效用，为较特殊的照明效果。

　　五、漫射照明：为将光源适度以结构设计，让光线不直接照射，产生柔和、舒适的视觉效果，多用于卧室或是强调舒适体验的环境。

　　在了解照明方式后，可再自五种灯光形式进行了解，以对生产元件、灯具达到更接近终端应用需求的目的。对上游LED光源器件制造商而言，在制作元件时即针对终端用户所需的光表现方式，微调LED器件制造方式，让光源应用可呼应终端使用需求，达到最佳化的设计条件，满足利用LED即可创造环境气氛的营造需求。

　　一、面光：以天棚、墙面当发光面，光线充足，例如使用桶灯、吊灯的大面积照明方式。

　　二、带光：带状灯光形式表现多样，而长形的光源排列可具有多种使用性，像是利用条状带灯达引导作用，而人们的视觉会跟着条状引导，达到空间设计目的，另也有天花板采用带光营造空间设计或是装饰用途。

　　三、点光：投光范围小，可以营造光源设计，表现法有顶光(由上而下如日正当中，明暗对比强，不适合用于造型光)、由上而下可当辅助光、顺光/逆光、侧光(可产生立体感)。

　　四、静止光：室内都是静止灯光，如学校、商场，稳定柔和的光环境。

　　五、流动灯光：演唱会、Pub创造情境气氛的动态光源。

　　灯具设计需考量安装方式

　　另灯具设计业者，则需考量灯具的安装方式，目前常见灯具除特种灯具外，主要有悬吊、吸顶、壁灯、台灯等安装方式。例如，悬吊属于半间接照明，需考虑N次光学设计，而使用的LED光源若封装时为强化输出流明效果的设计方案，想达到半间接照明的应用目的，在光学设计就会变得更为复杂;因此，若能在元件端即考量灯具应用需求，整合复杂度与灯具成本就能再压缩。

　　另设计灯具也有功能性、美观、经济与安全四原则需注意。功能性方面需针对不同场合、照度需求设计所需照明条件，而非越亮越好!美观的部份并非CRI越高越好，而是需要视光源的应用场合调整，像是研究显示：CRI在85可能会造成蓝色产品照明后变得模糊、CRI在70则是影响红色产品，而CRI若85对于生鲜蔬果的照明效果最佳，这些都是值得参考的重要资讯。最后在经济与安全方面，则必须针对灯具要求的防触电、防短路、防过温与过载等重点设计，搭配节能设计方案。

　　从实际案例检视LED照明应用趋势

　　LED节能灯具，无CFL管灯的微量重金属有毒物质制作疑虑，加上制造、生产与应用的新颖特性，可以在以往灯具无法想像的应用环境找到利基。

　　例如，在绿能建筑设计案中，以成功大学的魔法学校示范建案作品，就在传统利用建材、设计的绿建筑设计基础上，像是在顶楼种植耐旱植物，以达到降温、吸收雨水、降低建筑空调耗能效益;而建筑使用的灯具，除部分仍使用金属钠灯、管灯外，为达到更高节能效益，也大量导入LED节能照明光源。为了让导入LED的节能效益更高，成大绿建筑亦导入智慧灯具控制机制，使用高效率灯具搭配各式控制感应器，来达到更具效率的节能效益。

　　另一个案例则呼应了人们对于灯具的效率，反而会更重视灯具所带来的“感觉”!因为灯具若使用在生活空间，光线即成为营造空间感受一个很重要的媒介，尤其是善用漫射所营造的舒适感，可以在大量的舒适空间设计中看到，尤其是搭配自然取光的手法，在新一代的豪宅建筑方案中已经是相当常见的设计手法。

　　搭配自动控制设计方案，可以在不同空间默认不同“情境”的照明组态，搭配传感器、自动控制设计方案，让居住或在空间活动的人们，可以更轻松地利用LED前卫照明设备，达到所需的空间感受。

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