[讨论] 最合适的LED照明灯具色温范围

探路者 2010-7-23 19:52 楼主

最合适的LED照明灯具色温范围，应该是接近太阳自然白光的色温范围才是最科学的选择；较低照射强度的自然白光，就可以达到其他非自然白光不可比拟的照射效果；最经济的路面亮度范围应该在2cd/m2以内；提高照明总均匀度和消除眩光是节能降耗的最有效途径。
关键词
　　LED，色温，自然白光，高压钠灯，太阳光谱，显色指数，CIE标准照明体D65，平均亮度，照度，显示能力，照明总均匀度，眩光，阀值增量，节能降耗
引言
　　在白炽灯、高压钠灯的年代，人们对照明灯具的色温没有选择的余地，只好默默地接受与适应。但是，进入了可以选择色温的LED照明灯具时代，选择什么样的LED照明灯具色温，就变成了一个亟待对它有明确清醒看法的问题了。这是事关节能与照明品质的大事，容不得我们马虎应对。
　　有一种说法，倾向于搬用欧洲的嗜好，选择2700-3200K的色温范围。据说这是欧洲人偏爱的色温范围。对此，本人有不同的看法，谨提出来与大家商讨：
1、人脑对事物的识别与应答机制

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5，低色温的低显色指数代价
　　太阳光从早到晚照射地球，并非每个时刻我们所感受到的太阳光，都必然是自然白光的。因为它还要受到厚度不一的云层的吸收与折射、反射的干扰，构成自然白光的各种谱线的成分与比例，就会发生变化的。早晚的太阳光，更要受到厚重云层、照射角度与折射的严重影响，因而此时段的金色阳光，其显色指数已经远离了100，就更不能算是自然白光了。
　　按照Kevlin的色温定义，2800K-10000K都属于太阳光的色温范围，这就是广义的太阳光的色温定义范围。但是，只有色温6500K的光线（也称D65）被订为白光的标准色温，它也就是CIE的标准照明体D65。色温6500K的光线所含的光谱最齐全，最接近于自然白光。偏离自然白光色温越远的光源，它的显色指数就越低。
　　很明显，色温越低的LED，其显色指数就会比白光的LED来得更低。在低显色指数的灯光下，要看清楚物体的真实原貌，就需要较高的灯光照度来弥补显色指数的不足。这就意味着人们得加大光源能量的输入，才能获得接近自然白光下所显示的物体的真实原貌。
　　实践证明，使用接近自然白光的光源，仅需要远小于其他光源的照度，就可以让人们真实地感知物体的真实色彩与原貌。低照度就意味着低的能量输入，就意味着节能。所以我们建议采用接近自然白光的光源作为我们的照明光源。

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沙发探路者

　　6、低色温LED的光强度下降代价
由于LED封装技术上的原因，参杂了红黄色素的LED，其光衰比起白光LED更快，也即其发光强度必然比白光LED下降得更快。弥补这种光强下降损失的代价，就是增加灯具LED的组装数量，也就是意味着成本与能量的增加，这也是很无奈的结果。
7、修改照明标准的时代必然性
　　照明的最终目的就是要让人们获得对动、静物体真实影像的观察清晰度。如今有显色指数达70-90、接近太阳自然白光的LED灯具的出现，正是我们提高照明品质，降低能耗的一个很好的契机。
　　高压钠灯的显色指数仅为20-30。在以它主导路灯系统的年代，为了达到获得在其灯光下对物体观察的辨识力与清晰度，就只能用加大照度值的办法来努力达到目的。建设部的《城市道路照明设计标准》，就是基于低显色指数的钠灯为主导照明光源的背景下制定的，这些标准原本是无可厚非的。但是，到了以高显色指数的LED为照明光源的条件下，这个标准就显得过高了。因为，在高显色指数的LED光源下，要获得对物体真实影像的辨识与观察的清晰度，仅需远小于对高压钠灯的照度要求的标准。按照我们多年的实践经验，只需要小于建设部《城市道路照明设计标准》30%的照度强度，就能达到与高压钠灯一样，甚至更好的辨识与清晰度的照明效果。
　　采用与高压钠灯一样的照度标准来规范LED光源，就意味着能量的无谓浪费。过高强度的LED照明，甚至还会引来LED灯光过于“刺眼”的投诉；降低了照射强度，不但可以获得能量的节约，还可以获得“柔和”的灯光环境。
　　对于高压钠灯与LED灯具这两种显色指数相差2-3倍的灯具，照度标准的修改肯定是必然的结局。在我们的国家尚未对道路照明标准实行修改的情况下，唯有提请实施的专家们注意这个问题了。在不冒犯现有国家照明标准的前提下，建议还是采用该标准的低档值为明智。
　　因此，LED照明灯具色温范围与照明标准的选择，与照明品质及节能降耗息息相关。选择接近太阳自然白光色温的LED照明灯具和适当的照明标准，才是明智与科学、符合节能原则的选择。
8、照明亮度越高越好吗
　　目前，大多数国内城市照明的亮度，都超过国家规定的数倍之多，好像这样才能显示出该城市的特色，其实这是非常浪费能源的错误做法。
请先看看国际照明委员会（CIE，2003-2007)主席范.波莫工程师（Ir. W.J.M. van BommEL）对平均亮度与可见度的研究结果吧：
　图一，路面平均亮度与显示能力RP的关系
　　这是一条路面平均亮度与显示能力(RP)的关系曲线。显示能力RP是指人眼能够看到路面上障碍物的概率，也就是通常所说的可见度。
　　上面的研究曲线清楚地向我们传递了这样的信息：
　　通常情况下，当路面平均亮度为0.6cd/m2时，显示能力RP只有10%；当平均亮度达到2cd/m2时，RP可达到80%。而当地面平均亮度再往上提高一倍到4cd/ m2时，可见度才达到91.5%，也就是说，能量多消耗一倍，但是可见度只提高11.5%。即使地面上的平均亮度提高到五倍，让地面平均亮度达到10cd/m2，可见度也只能提高到95%。多花四倍的能耗，才能提高可见度15%。从经济学的角度上看，这是非常不合算的。从优选法的角度看，平均亮度0.6-2cd/m2才是最优化的经济选择。
　　漫反射表面的亮度与照度的关系L =ρE/π，是一个与地面反射系数ρ和照度乘积正相关的数学关系。这就说明，平均照度也不是越高越好的，也是服从上述曲线所体现的基本规律的。
　　明白了这条曲线的变化规律之后，我们的决策者就会很自然地选择0.6-2cd/m2的路面平均亮度范围，而不会也不应该一味追求越亮越好了。
9、追求高效率照明的主攻方向
　　首先，再让我们先看看国际照明委员会主席范.波莫先生在同一篇研究论著里面，向我们揭示的另一组曲线的关系图吧：
图二，照明总均匀度对显示能力RP的影响
　　这是一组研究照明亮度总均匀度对显示能力RP影响的关系曲线。图表显示，当眩光的阀值增量同样处在7%，同时照明平均亮度L=1cd/m2不变的条件下，当照明总均匀度U0从0.2提高一倍到0.4时，显示能力RP就由5%提高到75%。也就是说，当照明均匀度提高一倍时，可见度提高了15倍！这就说明照明总均匀度，比起平均亮度重要得多。它是提高照明品质的关键因数。这就向我们揭示了一个非常重要的节能途径：
　　要降低能耗，而又不影响照明可见度这个最终目标的前提下，最重要的主攻方向就是努力提高照明的总均匀度。良好的照明总均匀度，就可以适当地降低照明的平均亮度，这样能达到同样的识别辨认物体的视觉效果，同时又能达到节能降耗的目的。
　　再把照明总均匀度这个概念说清楚一些。总均匀度，指的是整条路面的照明总均匀度，尤其是指路面中心线的总均匀度，而非仅指单个灯具的照明均匀度而已。当然，总均匀度是由多个单一灯具的均匀度来构筑的。这里就向我们提出了另一个路面灯具布设设计的技术问题。一味地追求大的灯具间距，以为这样才能节省能耗，这是一种得不偿失的错误做法，因为它必然损害到照明总均匀度这个比照明亮度更为重要的指标。在单个灯具的均匀照明范围无法再扩大的情况下，我们只能适当缩小灯具布设的间距来与之配合，这样才不会影响道路照明的总均匀度。道路照明设计者第一需要照顾的参数，应该是照明总均匀度。
　　在LED还没有出现的单一光源作为灯具的唯一光源的年代，要提高照明的均匀度，只能在灯光反射罩上去做文章。但是，进入了LED这个由多个小光源构成整体灯具的年代，我们就应该改变思维，对这些单个小光源做起文章来了。如何通过调控这些个体小光源，来达到提高照明均匀度的目的，就应该列为灯具制造者的主攻方向了。
10、另一条提高照明效率的捷径
　　还是让我们再先看看范.波莫先生的另一个研究成果吧：
图三，相对阈值增量与显示能力RP的关系
　　这是一组揭示眩光等级的相对阀值增量与显示能力RP关系的曲线。先解释一下两个概念：
　　1、失能眩光 disability glare 降低视觉对象的可见度，但不一定产生不舒适感觉的眩光。
　　2、阈值增量 threshold increment（TI）失能眩光的度量。表示在存在眩光源时，为了达到同样看清物体的目的，在物体及其背景之间的亮度对比所需要增加的百分比。
　　这组曲线向我们显示了，在照明总均匀度均为0.4时，在不同的眩光阈值增量TI条件下，显示能力RP的变化情况。比如，在相同平均亮度（L=1cd/m2）时，眩光等级由TI=30%降低为7%时，那末，显示能力RP则由25%提高到75%。可见度提高了3倍！这又是一条提高照明效率的捷径，那就是尽量地降低眩光，就能成倍地增加可见度，从而可以相应适当地降低照明亮度，就能达到同样的照明视觉效果。
　　降低眩光分量，本身就是降低能耗，消除光污染的一条重要措施。它又能提高照明的品质，还可以进而适当调低照明亮度，进一步节能，是一种正效益累加过程，可不要轻易地放弃它哦。
　　所以，选取平均亮度0.5-2cd/m2作为道路的正常照明标准，是最经济的优化选择，过度地追求高亮度照明，是既耗能又得不到多大实际照明效果，并且会产生眩光与光污染的错误做法。致力于追求提高照明总均匀度与降低眩光，才是节能降耗最重要的主攻方向。

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