绿色建筑的LED照明设计趋势分析


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。

来源 - 科技网

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