LED照明發(fā)展中五個(gè)問(wèn)題亟待解決

/最合適的LED照明燈具色溫范圍，應(yīng)該是接近太陽(yáng)自然白光的色溫范圍才是最科學(xué)的選擇；較低照射強(qiáng)度的自然白光，就可以達(dá)到其他非自然白光不可比擬的照射效果；最經(jīng)濟(jì)的路面亮度范圍應(yīng)該在2cd/m2以內(nèi)；提高照明總均勻度和消除眩光是節(jié)能降耗的最有效途徑。

引言

在白熾燈、高壓鈉燈的年代，人們對(duì)照明燈具的色溫沒(méi)有選擇的余地，只好默默地接受與適應(yīng)。但是，進(jìn)入了可以選擇色溫的LED照明燈具時(shí)代，選擇什么樣的LED照明燈具色溫，就變成了一個(gè)亟待對(duì)它有明確清醒看法的問(wèn)題了。這是事關(guān)節(jié)能與照明品質(zhì)的大事，容不得我們馬虎應(yīng)對(duì)。

有一種說(shuō)法，傾向于搬用歐洲的嗜好，選擇2700-3200K的色溫范圍。據(jù)說(shuō)這是歐洲人偏愛(ài)的色溫范圍。對(duì)此，本人有不同的看法，謹(jǐn)提出來(lái)與大家商討：

1、人腦對(duì)事物的識(shí)別與應(yīng)答機(jī)制

人腦通過(guò)眼睛得到外界事物影象的第一反應(yīng)，就是把所獲取的影象與原本存儲(chǔ)在大腦記憶體中影象信息相比對(duì)而識(shí)別，接著馬上做出相應(yīng)的應(yīng)答動(dòng)作。如果所獲取的影象信息與原存儲(chǔ)信息越接近，識(shí)別的速度就越快，應(yīng)答也越敏捷。駕駛員晚上如果在與白天自然光相差越遠(yuǎn)的低色溫?zé)艄庀拢瑢?duì)所獲取的影象的識(shí)別就越費(fèi)力，識(shí)別速度就越慢，應(yīng)答速度也跟著越慢。應(yīng)答速度減慢0.1秒的結(jié)果就足以讓事故發(fā)生率猛然突增。為補(bǔ)償這種晝夜色溫差別照明所帶來(lái)的缺陷，唯一的辦法就是加大照明強(qiáng)度，以提高在低色溫下的識(shí)別速度，這就意味著增加能耗。

從動(dòng)物進(jìn)化到人類(lèi)的數(shù)十萬(wàn)年漫長(zhǎng)過(guò)程當(dāng)中，人類(lèi)一直都是生活在太陽(yáng)的自然光底下，進(jìn)行著一切生產(chǎn)與社會(huì)活動(dòng)。漫長(zhǎng)的自然選擇與進(jìn)化的結(jié)果，使得人類(lèi)的眼睛最適應(yīng)的色溫范圍就是太陽(yáng)自然白光的色溫范圍（5500-7500K）。人類(lèi)的眼睛在這個(gè)色溫范圍內(nèi)，對(duì)動(dòng)、靜物體的辨識(shí)能力最強(qiáng)；在這個(gè)色溫范圍內(nèi)，人類(lèi)對(duì)外界事物的應(yīng)答能力也最敏捷。因?yàn)?，人們大腦記憶信息庫(kù)里面所儲(chǔ)存的物體影象信息，大都是在自然白光的照射下形成的。所以，最合適的LED照明燈具的色溫范圍，應(yīng)該是接近太陽(yáng)自然白光的色溫范圍，才是最科學(xué)的選擇。

2、歐洲人喜歡低色溫的生物、地理原因

那末，為什么歐洲人喜歡低色溫呢？這是有其人種與地理上的原因的。歐洲人為白皮膚人種，白色的光線會(huì)使白皮膚的人顯得蒼白。甚至有夸張的說(shuō)法，就像死人的顏色，所以他們偏愛(ài)暖色調(diào)是很自然的。但是我們是黃種人啊，太陽(yáng)自然白光的色調(diào)并不會(huì)使我們顯得蒼白。還有，歐洲大部分地區(qū)地處高緯度、氣溫較低的地帶，這也是促成他們偏愛(ài)暖色調(diào)的地理原因。但是，我們是地處四季分明的溫帶，并沒(méi)有漫長(zhǎng)的寒冷冬季，跟隨歐洲人選擇太暖的色調(diào)，就有點(diǎn)大可不必了。

3、黃光雨霧穿透能力的合適應(yīng)用場(chǎng)合

還有一種說(shuō)法，就是低色溫的黃色光穿透雨霧的能力較好，所以應(yīng)該選擇它。我們并不否認(rèn)黃光對(duì)雨霧的穿透能力比白光好這個(gè)事實(shí)。但是，我們應(yīng)該明白，大量的道路路燈，是工作在晴天占絕大部分時(shí)間的條件下，雨霧天氣畢竟占的比例比較少。選擇適應(yīng)雨霧天氣的暖色溫?zé)艟撸M不是喧賓奪主、本末倒置？在特定的場(chǎng)合，比如多霧的港口場(chǎng)合，才是選擇低色溫照明燈具的合理做法。普通道路的照明燈具，還是應(yīng)該選擇接近太陽(yáng)自然白光的色溫范圍，才是既科學(xué)又節(jié)能的做法。

上面，我們僅從人腦的識(shí)別與應(yīng)答機(jī)制來(lái)說(shuō)明照明色溫應(yīng)該選擇接近自然白光的理由。下面，我們?cè)龠M(jìn)一步從顯色指數(shù)的角度，來(lái)對(duì)這個(gè)論點(diǎn)做進(jìn)一步剖析。

4、自然白光的高顯色指數(shù)優(yōu)點(diǎn)

太陽(yáng)的自然白光，經(jīng)過(guò)三菱鏡的折射，可以分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等連續(xù)光譜、波長(zhǎng)380nm-760nm的七種光線。太陽(yáng)自然白光含有完整連續(xù)的可見(jiàn)光譜。人眼之所以能看到物體，是因?yàn)閺奈矬w發(fā)散或者反射出來(lái)的光線，進(jìn)入了我們的眼睛而感知。照明的基本機(jī)理就是把光線照射到物體上，經(jīng)過(guò)物體的吸收與反射，然后從物體的外表面反射進(jìn)入到人眼中來(lái)，讓人們感知到該物體的顏色與外貌。但是，如果這束照明的光線只是某單一顏色的光線，那末，我們所能看到的也就僅是帶有該種顏色的物體。不言而喻，如果該束光線是帶有完整連續(xù)光譜的光線，那末，物體所顯現(xiàn)出來(lái)的容貌，就會(huì)與我們?cè)谧匀话坠庀滤^察到的，一樣色彩逼真的容與貌。

這里就得引出了一個(gè)顯色指數(shù)（Ra-colorrenderingindex/CRI）的概念。太陽(yáng)的自然白光含有完整的連續(xù)光譜，物體在太陽(yáng)自然白光的照射下，由于各色光線的共同作用，因而可以顯示出物體的真實(shí)顏色與外貌。所以我們把太陽(yáng)自然白光的顯色指數(shù)定義為100，意味著它能百分之一百地顯示出物體原來(lái)的真實(shí)色彩。這也是根據(jù)人眼在太陽(yáng)自然白光下，所觀察到的物體的色彩為基準(zhǔn)，而制定的標(biāo)準(zhǔn)。

從嚴(yán)格意義上講，在自然標(biāo)準(zhǔn)白光的照射下，每一條看似平淡普通的物體的輪廓線，都可以分解成標(biāo)準(zhǔn)色標(biāo)板所顯示的各種色標(biāo)。也就是說(shuō)，如果我們用標(biāo)準(zhǔn)的白光去照射任何顏色的一個(gè)物體，我們看到的它的輪廓線最為“濃密”清晰。但是，如果使用單色光，或者色彩不是很豐富的，偏離標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)自然光的燈光去照射該物體，那么，它的輪廓線，就會(huì)由于光源的“先天不足”而顯得不“濃密”清晰，甚至模糊。

傳統(tǒng)高壓鈉燈的主導(dǎo)光譜為589.2nm和589.6nm，是兩條非?？拷淖V線，接近于單色光。高壓鈉燈的顯色指數(shù)只有20-30。所以，高壓鈉燈下的各種物體，才會(huì)顯得模模糊糊。為了使人們看清物體的真實(shí)原貌，就需要加強(qiáng)燈具照明的強(qiáng)度，才能夠達(dá)到使人眼努力看清物體真實(shí)原貌的需求。加強(qiáng)照度，就意味著增加能量的消耗。即使如此，鈉燈下觀察物體的清晰度與真實(shí)色彩，是永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到自然白光下的真實(shí)效果的。這就是大量的夜間購(gòu)物者，到白天時(shí)才發(fā)現(xiàn)夜間所購(gòu)物品，并非他們所喜愛(ài)的顏色，大呼上當(dāng)，始作俑者，正是低顯色指數(shù)的燈光所為也。街邊鈉燈下夜市燈光的低顯色性弱點(diǎn)，更是喜歡逛夜市的人必須第一注意的要點(diǎn)哦。

5，低色溫的低顯色指數(shù)代價(jià)

太陽(yáng)光從早到晚照射地球，并非每個(gè)時(shí)刻我們所感受到的太陽(yáng)光，都必然是自然白光的。因?yàn)樗€要受到厚度不一的云層的吸收與折射、反射的干擾，構(gòu)成自然白光的各種譜線的成分與比例，就會(huì)發(fā)生變化的。早晚的太陽(yáng)光，更要受到厚重云層、照射角度與折射的嚴(yán)重影響，因而此時(shí)段的金色陽(yáng)光，其顯色指數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)離了100，就更不能算是自然白光了。

按照Kevlin的色溫定義，2800K-10000K都屬于太陽(yáng)光的色溫范圍，這就是廣義的太陽(yáng)光的色溫定義范圍。但是，只有色溫6500K的光線（也稱D65）被訂為白光的標(biāo)準(zhǔn)色溫，它也就是CIE的標(biāo)準(zhǔn)照明體D65。色溫6500K的光線所含的光譜最齊全，最接近于自然白光。偏離自然白光色溫越遠(yuǎn)的光源，它的顯色指數(shù)就越低。

很明顯，色溫越低的LED，其顯色指數(shù)就會(huì)比白光的LED來(lái)得更低。在低顯色指數(shù)的燈光下，要看清楚物體的真實(shí)原貌，就需要較高的燈光照度來(lái)彌補(bǔ)顯色指數(shù)的不足。這就意味著人們得加大光源能量的輸入，才能獲得接近自然白光下所顯示的物體的真實(shí)原貌。

實(shí)踐證明，使用接近自然白光的光源，僅需要遠(yuǎn)小于其他光源的照度，就可以讓人們真實(shí)地感知物體的真實(shí)色彩與原貌。低照度就意味著低的能量輸入，就意味著節(jié)能。所以我們建議采用接近自然白光的光源作為我們的照明光源。

6、低色溫LED的光強(qiáng)度下降代價(jià)由于LED封裝技術(shù)上的原因，參雜了紅黃色素的LED，其光衰比起白光LED更快，也即其發(fā)光強(qiáng)度必然比白光LED下降得更快。彌補(bǔ)這種光強(qiáng)下降損失的代價(jià)，就是增加燈具LED的組裝數(shù)量，也就是意味著成本與能量的增加，這也是很無(wú)奈的結(jié)果。

7、修改照明標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)代必然性

照明的最終目的就是要讓人們獲得對(duì)動(dòng)、靜物體真實(shí)影像的觀察清晰度。如今有顯色指數(shù)達(dá)70-90、接近太陽(yáng)自然白光的LED燈具的出現(xiàn)，正是我們提高照明品質(zhì)，降低能耗的一個(gè)很好的契機(jī)。

高壓鈉燈的顯色指數(shù)僅為20-30。在以它主導(dǎo)路燈系統(tǒng)的年代，為了達(dá)到獲得在其燈光下對(duì)物體觀察的辨識(shí)力與清晰度，就只能用加大照度值的辦法來(lái)努力達(dá)到目的。建設(shè)部的《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，就是基于低顯色指數(shù)的鈉燈為主導(dǎo)照明光源的背景下制定的，這些標(biāo)準(zhǔn)原本是無(wú)可厚非的。但是，到了以高顯色指數(shù)的LED為照明光源的條件下，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就顯得過(guò)高了。因?yàn)?，在高顯色指數(shù)的LED光源下，要獲得對(duì)物體真實(shí)影像的辨識(shí)與觀察的清晰度，僅需遠(yuǎn)小于對(duì)高壓鈉燈的照度要求的標(biāo)準(zhǔn)。按照我們多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，只需要小于建設(shè)部《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》30%的照度強(qiáng)度，就能達(dá)到與高壓鈉燈一樣，甚至更好的辨識(shí)與清晰度的照明效果。

采用與高壓鈉燈一樣的照度標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范LED光源，就意味著能量的無(wú)謂浪費(fèi)。過(guò)高強(qiáng)度的LED照明，甚至還會(huì)引來(lái)LED燈光過(guò)于“刺眼”的投訴；降低了照射強(qiáng)度，不但可以獲得能量的節(jié)約，還可以獲得“柔和”的燈光環(huán)境。

對(duì)于高壓鈉燈與LED燈具這兩種顯色指數(shù)相差2-3倍的燈具，照度標(biāo)準(zhǔn)的修改肯定是必然的結(jié)局。在我們的國(guó)家尚未對(duì)道路照明標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行修改的情況下，唯有提請(qǐng)實(shí)施的專(zhuān)家們注意這個(gè)問(wèn)題了。在不冒犯現(xiàn)有國(guó)家照明標(biāo)準(zhǔn)的前提下，建議還是采用該標(biāo)準(zhǔn)的低檔值為明智。

因此，LED照明燈具色溫范圍與照明標(biāo)準(zhǔn)的選擇，與照明品質(zhì)與節(jié)能降耗息息相關(guān)。選擇接近太陽(yáng)自然白光色溫的LED照明燈具和適當(dāng)?shù)恼彰鳂?biāo)準(zhǔn)，才是明智與科學(xué)、符合節(jié)能原則的選擇。

8、照明亮度越高越好嗎

目前，大多數(shù)國(guó)內(nèi)城市照明的亮度，都超過(guò)國(guó)家規(guī)定的數(shù)倍之多，好像這樣才能顯示出該城市的特色，其實(shí)這是非常浪費(fèi)能源的錯(cuò)誤做法。

請(qǐng)先看看國(guó)際照明委員會(huì)（CIE，2003-2007)主席范.波莫工程師（Ir.W.J.M.vanBommel）對(duì)平均亮度與可見(jiàn)度的研究結(jié)果吧：圖一

圖一，路面平均亮度與顯示能力RP的關(guān)系

這是一條路面平均亮度與顯示能力(RP)的關(guān)系曲線。顯示能力RP是指人眼能夠看到路面上障礙物的概率，也就是通常所說(shuō)的可見(jiàn)度。

上面的研究曲線清楚地向我們傳遞了這樣的信息：

通常情況下，當(dāng)路面平均亮度為0.6cd/m2時(shí)，顯示能力RP只有10%；當(dāng)平均亮度達(dá)到2cd/m2時(shí)，RP可達(dá)到80%。而當(dāng)?shù)孛嫫骄炼仍偻咸岣咭槐兜?cd/m2時(shí)，可見(jiàn)度才達(dá)到91.5%，也就是說(shuō)，能量多消耗一倍，但是可見(jiàn)度只提高11.5%。即使地面上的平均亮度提高到五倍，讓地面平均亮度達(dá)到10cd/m2，可見(jiàn)度也只能提高到95%。多花四倍的能耗，才能提高可見(jiàn)度15%。從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度上看，這是非常不合算的。從優(yōu)選法的角度看，平均亮度0.6-2cd/m2才是最優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)選擇。

漫反射表面的亮度與照度的關(guān)系L=ρE/π，是一個(gè)與地面反射系數(shù)ρ和照度乘積正相關(guān)的數(shù)學(xué)關(guān)系。這就說(shuō)明，平均照度也不是越高越好的，也是服從上述曲線所體現(xiàn)的基本規(guī)律的。

明白了這條曲線的變化規(guī)律之后，我們的決策者就會(huì)很自然地選擇0.6-2cd/m2的路面平均亮度范圍，而不會(huì)也不應(yīng)該一味追求越亮越好了。9、追求高效率照明的主攻方向

首先，再讓我們先看看國(guó)際照明委員會(huì)主席范.波莫先生在同一篇研究論著里面，向我們揭示的另一組曲線的關(guān)系圖吧圖二點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片

圖二，照明總均勻度對(duì)顯示能力RP的影響

這是一組研究照明亮度總均勻度對(duì)顯示能力RP影響的關(guān)系曲線。圖表顯示，當(dāng)眩光的閥值增量同樣處在7%，同時(shí)照明平均亮度L=1cd/m2不變的條件下，當(dāng)照明總均勻度U0從0.2提高一倍到0.4時(shí)，顯示能力RP就由5%提高到75%。也就是說(shuō)，當(dāng)照明均勻度提高一倍時(shí)，可見(jiàn)度提高了15倍！這就說(shuō)明照明總均勻度，比起平均亮度重要得多。它是提高照明品質(zhì)的關(guān)鍵因數(shù)。這就向我們揭示了一個(gè)非常重要的節(jié)能途徑：

要降低能耗，而又不影響照明可見(jiàn)度這個(gè)最終目標(biāo)的前提下，最重要的主攻方向就是努力提高照明的總均勻度。良好的照明總均勻度，就可以適當(dāng)?shù)亟档驼彰鞯钠骄炼?，這樣能達(dá)到同樣的識(shí)別辨認(rèn)物體的視覺(jué)效果，同時(shí)又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

再把照明總均勻度這個(gè)概念說(shuō)清楚一些。總均勻度，指的是整條路面的照明總均勻度，尤其是指路面中心線的總均勻度，而非僅指單個(gè)燈具的照明均勻度而已。當(dāng)然，總均勻度是由多個(gè)單一燈具的均勻度來(lái)構(gòu)筑的。這里就向我們提出了另一個(gè)路面燈具布設(shè)設(shè)計(jì)的技術(shù)問(wèn)題。一味地追求大的燈具間距，以為這樣才能節(jié)省能耗，這是一種得不償失的錯(cuò)誤做法，因?yàn)樗厝粨p害到照明總均勻度這個(gè)比照明亮度更為重要的指標(biāo)。在單個(gè)燈具的均勻照明范圍無(wú)法再擴(kuò)大的情況下，我們只能適當(dāng)縮小燈具布設(shè)的間距來(lái)與之配合，這樣才不會(huì)影響道路照明的總均勻度。道路照明設(shè)計(jì)者第一需要照顧的參數(shù)，應(yīng)該是照明總均勻度。

在LED還沒(méi)有出現(xiàn)的單一光源作為燈具的唯一光源的年代，要提高照明的均勻度，只能在燈光反射罩上去做文章。但是，進(jìn)入了LED這個(gè)由多個(gè)小光源構(gòu)成整體燈具的年代，我們就應(yīng)該改變思維，對(duì)這些單個(gè)小光源做起文章來(lái)了。如何通過(guò)調(diào)控這些個(gè)體小光源，來(lái)達(dá)到提高照明均勻度的目的，就應(yīng)該列為燈具制造者的主攻方向了。10、另一條提高照明效率的捷徑

還是讓我們?cè)傧瓤纯捶?波莫先生的另一個(gè)研究成果吧圖三點(diǎn)擊此處查看全部新聞圖片

圖三，相對(duì)