低碳照明技術(shù)介紹和在綠色建筑中的應(yīng)用

1、低碳照明技術(shù)介紹和在綠色建筑中的應(yīng)用綠色建筑需要的光環(huán)境 充足而適量的天然光 對(duì)室外環(huán)境的良好視線 補(bǔ)償天然光的智能照明控制 減小照明功率（至少比現(xiàn)行的規(guī)定的LPD減小10%） 個(gè)人控制和（或）智能化的照明控制 減小光污染綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 充足而適量的天然光室內(nèi)規(guī)定的使用空間75% 以上有天然光，并且達(dá)到以下要求（方法任選） 1、計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算證明在9月21上午9時(shí)或下午 3時(shí)，在晴天空條件下的工作面照度不低于 250lx,也不高于5000lx； 2、側(cè)窗和天窗結(jié)合達(dá)到采光區(qū)占總使用空間的 75%以上，采光區(qū)地板面積按以下方法確定：綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求a, 側(cè)面采光窗地面積比（

2、WFR）與窗玻璃透光系數(shù)（VLT）的乘積大于，小于，即 VLT WFR 側(cè)面采光區(qū)b, 頂部采光區(qū)的確定方法天窗投影面積加每一方向的 70%頂棚高度，或 到不透光的固定隔斷邊緣 頂部采光區(qū)綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 對(duì)室外環(huán)境的良好視線 在規(guī)定的使用區(qū)域，90%的人員都能通過(guò)地面以上高的玻璃窗看到室外環(huán)境綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 補(bǔ)償天然光的智能照明控制1、采光區(qū)的天然光控制在窗內(nèi)側(cè)5米范圍和天窗 下的采光區(qū)內(nèi)安裝天然光響應(yīng)控制設(shè)備，能隨 空間天然光的有無(wú)開(kāi)關(guān)或調(diào)解燈光明暗。2、天然光對(duì)50%或更多的照明負(fù)荷有響應(yīng)控制，能 隨空間天然光的有無(wú)開(kāi)關(guān)或調(diào)解燈光明暗。

3、3、用戶傳感器對(duì)75%的照明負(fù)荷安裝用戶傳感器 綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 減小照明功率（至少比現(xiàn)行的規(guī)定的LPD減小10%） 實(shí)際照明功率密度LPD比規(guī)定減小比率得分如右表LPD 比標(biāo)準(zhǔn)90.1-2007減小的百分?jǐn)?shù)15%20%25%30%35%綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求建筑面積方法照明功率密度 LPD（W/m2）1999/20012007差值（%）學(xué)校/大學(xué)1512-21%辦公樓1310-23%商店1915-21%醫(yī)院1612-25%旅館1710-41%體育館1711-35% 照明功率密度限值是一個(gè)動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，隨著光源和燈具效能提高，照明功率密度值也要相應(yīng)地減小，從而推動(dòng)照明設(shè)計(jì)選用效能更高

4、的光源和燈具，達(dá)到照明節(jié)能的目的。 美國(guó)空調(diào)、制冷和供暖工程師學(xué)會(huì)與北美照明學(xué)會(huì)自1975年聯(lián)合在建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)（ASHRAE/IES 90-75）中提出這一照明節(jié)能概念以來(lái)，已進(jìn)行過(guò)多次修訂，LPD有大幅度的下降。綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 個(gè)人控制和（或）智能化的照明控制 對(duì)90%以上的建筑用戶提供個(gè)人單獨(dú) 的照明控制，能夠調(diào)節(jié)燈光適應(yīng)個(gè)人 的工作需求和個(gè)人愛(ài)好。 對(duì)所有被分成多人共同使用的空間， 提供照明系統(tǒng)的控制，滿足各組的 需求和喜好。綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求 減小光污染 1、室內(nèi)照明所有通過(guò)窗口能看見(jiàn)的非應(yīng)急燈具在晚11時(shí) 至次日晨5時(shí)要自動(dòng)減少50%的輸入功率；或者用透光比小于1

5、0%的自動(dòng)裝置加以遮擋。2、室外照明遵守ANSI/ASHRAE/IESNA Standard 90.1- 2007對(duì)室外照明功率密度和室外照明控制的相關(guān)規(guī)定，并且按照建筑物所在區(qū)域達(dá)到以下要求：綠色建筑對(duì)光環(huán)境的指標(biāo)要求光污染分區(qū)所有在用地和建筑物上安裝的燈具在用地紅線上和紅線外產(chǎn)生的最大初始水平和垂直照度（lx）不大于所有燈具的設(shè)計(jì)初始總光通量的上射比不大于 E1（暗區(qū)）0.10 lx0% E2（低亮度區(qū)）1.07 lx2% E3（中等亮度區(qū)）2.15 lx5% E4（高亮度區(qū)）6.46 lx10%照明能耗不斷增加 城市、建筑與生活離不開(kāi)燈光 美國(guó)建筑消費(fèi)1/3的能源，2/3的電力，1/8的

6、水資源 全球照明用電占電力生產(chǎn)量的1720%； 我國(guó)為12% 2010年我國(guó)發(fā)電量達(dá)到41413億千瓦時(shí)，首次超過(guò)美國(guó)（41000億千瓦時(shí)-2010）；推算照明用電約為5000億千瓦時(shí)，相當(dāng)于6個(gè)三峽電站的發(fā)電量 建筑業(yè)從建材生產(chǎn)、施工建設(shè)到建成使用的整個(gè)周期所耗用的能源占社會(huì)總耗能的25%左右，而二氧化碳的排放量則接近社會(huì)總排放量的50%。照明既要耗用可觀的電能（全球?yàn)榭偘l(fā)電量的20%，中國(guó)13%）又是城市和建筑不可缺少的要素，為了適應(yīng)低碳時(shí)代的低碳生活，我們必須選擇“低碳照明”。 美國(guó)建筑業(yè)耗能占全國(guó)總能耗的40%，碳排放占總排放量 的39%；產(chǎn)值占全國(guó)總GDP的15%。 我國(guó)在19962

7、005年“九五”、“十五”期間，曾先后開(kāi)展了兩期綠色照明項(xiàng)目，累計(jì)節(jié)電590億千瓦時(shí)，減少二氧化碳排放1700萬(wàn)噸（碳計(jì)），二氧化硫53萬(wàn)噸，取得顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。綠色照明“環(huán)保、節(jié)能、健康”的宗旨已深入人心。 低碳照明是在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的形勢(shì)下，綠色照明的發(fā)展和深化。它是以促進(jìn)人的身心健康、提高工作效率和生活質(zhì)量為目標(biāo)，低排放、低污染、低能耗、省資源的照明系統(tǒng)和照明方式。 低碳照明的發(fā)展 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) 天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 智能化的照明調(diào)控適時(shí)、適地、適人、適量的照明半導(dǎo)體照明的出現(xiàn)電光源的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段： 熱輻射光源（白熾燈、鹵鎢燈）、 氣體放電光源（熒光燈、金鹵燈

8、、高壓鈉燈） 半導(dǎo)體光源（LED、OLED）。 白熾燈使用方便，價(jià)格低廉，它溫暖華麗的光色尤其受到人們的青睞，已經(jīng)普及使用了一百多年。但是白熾燈光效太低，按照節(jié)能減排的要求，淘汰普通白熾燈已勢(shì)在必行。 2009年9月歐盟國(guó)家已開(kāi)始停售白熾燈。我國(guó)國(guó)家發(fā)改委也在2009年7月與聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）、全球環(huán)境基金（GEF）簽訂了“中國(guó)逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈”的合作項(xiàng)目。當(dāng)前緊湊型熒光燈（CFL,俗稱節(jié)能燈）是替代白熾燈的最適宜光源，質(zhì)量?jī)?yōu)良的LED燈可能是未來(lái)的選擇。 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn)各種光源的發(fā)光效能比較 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) LED 發(fā)光效能的進(jìn)展 光源的三個(gè)主要性能指標(biāo)： 發(fā)光效

9、能、光色、壽命LED白光實(shí)現(xiàn)的三種方法日光光譜與LED白光光譜的比較 白光LED的構(gòu)成及其光譜 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn)半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) LED 是新一代半導(dǎo)體光源，具有光效高、壽命長(zhǎng)、比氣體放電燈更環(huán)保（無(wú)汞）的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)發(fā)展很快。 新世紀(jì)興起的發(fā)光二極管（LED）照明光源在我國(guó)室外照明領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，并且正在大力推廣，LED裝飾彩燈和路燈的市場(chǎng)占有率正在快速增長(zhǎng)， 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) 但是，應(yīng)用LED的固態(tài)照明（SSL）是一項(xiàng)發(fā)展中的新興技術(shù)，還 有一些阻礙市場(chǎng)接受的問(wèn)題需要解決，主要是： LED產(chǎn)品的不一致性和不確定性 沒(méi)有建立統(tǒng)一完善的產(chǎn)品規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn) 價(jià)格過(guò)高 白光LED的顏色質(zhì)量不盡人意 2

10、009年9月，國(guó)家發(fā)改委等六部委聯(lián)合發(fā)出半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見(jiàn)，指出了半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的方向；并規(guī)劃到2015年，功能性LED 照明產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率達(dá)到20%左右，景觀裝飾等照明產(chǎn)品達(dá)到70%以上。 新一代LED燈具和替代燈是由芯片模組、控光器件、熱管理裝置、驅(qū)動(dòng)電源、調(diào)光電路等一系列部件組成的照明系統(tǒng)，每個(gè)部件的質(zhì)量都會(huì)影響到照明燈具的整體照明效果、節(jié)能效益和使用壽命。 為了精準(zhǔn)考核SSL照明器材的真實(shí)能效，美國(guó)能源部在SSL商業(yè)產(chǎn)品試驗(yàn)項(xiàng)目中采用了“燈具效能luminaire efficacy”的概念，即以LED照明系統(tǒng)的輸出總光通與其輸入電功率之比（lm/W）作為衡量這一系

11、統(tǒng)（燈或燈具）的能效指標(biāo)，這是十分合理的。 燈具節(jié)能指標(biāo)的這一轉(zhuǎn)變提示我們，提高燈具的能源利用效益不但要注意光源的發(fā)光效能和控光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，照明系統(tǒng)所有元器件的效能和相互協(xié)調(diào)也很重要。半導(dǎo)體照明的出現(xiàn)半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) 2、DOE固態(tài)照明商業(yè)產(chǎn)品試驗(yàn)項(xiàng)目（CALiPER）能源部主持的LED產(chǎn)品性能檢測(cè)，樣本來(lái)自市場(chǎng)或產(chǎn)品庫(kù)。自2006年底至2009年9月已經(jīng)舉辦9輪，檢測(cè)結(jié)果向社會(huì)公布，反映室內(nèi)外用的LED燈具和各類LED替代燈的實(shí)用技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)。 SSL燈具及替代燈的效能持續(xù)增長(zhǎng)（豎線表示最差和最好的效能范圍）半導(dǎo)體照明的出現(xiàn)3、“能源之星”SSL燈具評(píng)選自2008年9月30日開(kāi)始申報(bào)。

12、 對(duì)入選產(chǎn)品提出了很高的要求。4、制定標(biāo)準(zhǔn) 配合ANSI、UL、IESNA等部門編制LED產(chǎn)品 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。已完成4項(xiàng)，在編的4項(xiàng)。5、SSL應(yīng)用示范項(xiàng)目“Gateway” 包括各類商業(yè)和住宅室內(nèi)一般照明和室外道路、停車場(chǎng)的照明。有統(tǒng)一的申請(qǐng)程序和報(bào)告要求，其結(jié)果在DOE網(wǎng)站公布。6、舉辦SSL產(chǎn)品和設(shè)計(jì)獎(jiǎng) 有三項(xiàng)： 半導(dǎo)體照明的出現(xiàn) 1）政府“L獎(jiǎng)”，要求極其嚴(yán)格，例如： 60W白熾燈的替代燈要求輸入功率900lm,壽命25000h,顯色指數(shù)90。 PAR38的替代燈的光效則要達(dá)到123lm/W。 2）“Lighting for Tomorrow”設(shè)計(jì)競(jìng)賽，與照明工業(yè)行業(yè)協(xié)會(huì) 聯(lián)合舉辦，20

13、06年開(kāi)始有SSL項(xiàng)目。 3）“Next Generation Luminaires”設(shè)計(jì)競(jìng)賽，與北美照明學(xué)會(huì)、 國(guó)際照明設(shè)計(jì)師協(xié)會(huì)聯(lián)合舉辦，2008年3月啟動(dòng)，已舉辦二次。 Philips 10W LED Philips,Cree P38替代燈 GE LED燈條 Cree LED照明天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 天然光是維系人的身心健康不可缺少的光源，也是最清潔的低碳照明光源。 天然光零能耗、零排放、零成本，而且取之不盡、用之不竭。 當(dāng)前建筑師、照明設(shè)計(jì)師不重視、不熟悉，很少顧及天然采光的設(shè)計(jì)。天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 國(guó)內(nèi)外綠色建筑、生態(tài)建筑、低碳建筑都十分重視天然光的利用。我國(guó)建

14、筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50033-2001中規(guī)定了對(duì)天然采光的數(shù)量和質(zhì)量要求，但是沒(méi)有在建筑設(shè)計(jì)中得到認(rèn)真實(shí)施執(zhí)行。主要原因是沒(méi)有研究開(kāi)發(fā)各種控光和導(dǎo)光的系統(tǒng)產(chǎn)品；天然光和燈光一體化智能控制技術(shù)也很落后，缺乏有效調(diào)節(jié)和控制天然光的設(shè)備和手段。 美國(guó)的綠色建筑先鋒獎(jiǎng)（LEED）認(rèn)證條例2009版規(guī)定新建筑75%以上的使用空間都要有充分的天然光，即在9月21日（秋分）上午9時(shí)至下午3時(shí)期間至少有250lx的天然光照度，并且在晴天空條件下照度不超過(guò)5000lx。這就要求建筑物不僅要有適當(dāng)?shù)拈_(kāi)窗面積，而且要能對(duì)進(jìn)入的天然光進(jìn)行有效的控制。天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 為了增加和調(diào)節(jié)室內(nèi)天然光，實(shí)踐

15、中已經(jīng)有各式各樣的控光裝置。 德國(guó)Wiesbaden市的一組辦公樓南向采用自動(dòng)調(diào)節(jié)的復(fù)式遮陽(yáng)板，日光強(qiáng)烈時(shí)遮蔽大部分日光（圖a），陰天時(shí)則把天空光反射到室內(nèi)（圖b），北向采用固定式反光板（圖c）遮陽(yáng)板的自動(dòng)調(diào)節(jié)與室內(nèi)供暖和制冷系統(tǒng)的控制連接，保證室內(nèi)有舒適的溫度，并且低能耗。abc天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 管式天然光導(dǎo)光系統(tǒng)它可以把天然光輸送到不能直接接受天然光的空間。按照安裝位置天然光導(dǎo)光系統(tǒng)可分為屋頂安裝和立面安裝兩類；按導(dǎo)光裝置的構(gòu)造形式則可分成主動(dòng)式和被動(dòng)式。主動(dòng)式天然光導(dǎo)光系統(tǒng)有追蹤日光的定日鏡，可以把日光和天空光都引入室內(nèi)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，不容易普及。天然采光 最理想的低

16、碳照明技術(shù) 管式天然光導(dǎo)光系統(tǒng) 被動(dòng)式管式天然光導(dǎo)光系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，進(jìn)光量大，主要是引進(jìn)天空光，成本低，容易普及。 奧運(yùn)會(huì)柔道跆拳道館透光導(dǎo)光管照亮中庭天然采光 最理想的低碳照明技術(shù) 加拿大的雙功能（采光/照明）水平導(dǎo)光管研究項(xiàng)目 該實(shí)驗(yàn)用裝在窗上沿的定日鏡收集光線匯集到水平導(dǎo)光管入口，經(jīng)水平導(dǎo)光管的反射傳輸?shù)?0米遠(yuǎn)的進(jìn)深。導(dǎo)光管斷面為矩形，像熒光燈燈具一樣，其內(nèi)壁貼了反射比大于的多層光學(xué)薄膜；頂板置兩根燈管，在天然光不足時(shí)自動(dòng)開(kāi)燈補(bǔ)充天然光。天然光和燈光都通過(guò)導(dǎo)光管下口覆蓋的光學(xué)透光薄膜傳到室內(nèi)。 智能化的照明調(diào)控 適時(shí)、適地、適人、適量的照明 低碳照明要求用戶最大限度地節(jié)省使用燈光，也就是在需要燈光的時(shí)間和地點(diǎn)，按照使用人的視力和行為要求提供合適的照明。這就要有可供個(gè)人調(diào)節(jié)的智能化照明控制。 適時(shí)、適地智能化的照明控制 適人、適量按個(gè)人和場(chǎng)景需要調(diào)光 按照使用人（個(gè)人或群組）的需求和愛(ài)好調(diào)節(jié)燈光可以使光環(huán)境更加舒適宜人，并且提高工作效率；此外，借助調(diào)光控制還可以在一個(gè)空間內(nèi)創(chuàng)造不同的場(chǎng)景，適應(yīng)多功能的用途。 智能化的照明調(diào)控 適時(shí)、適地、適人、適量的照明 智能化調(diào)光控制的最大好處是能在照明運(yùn)行的環(huán)節(jié)最大限度挖掘節(jié)能減排的潛力。完備的自動(dòng)化調(diào)光在改善照明質(zhì)量的同時(shí)，能