2016.12|白永生:LED光源的发展与照明设计思路

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LED照明的控制系统设计

1  开关模块控制

LED灯具在AC 220 V和DC 24 V等回路均可采用普通的翘板开关进行控制，并无特别，这里说明的是配电箱集中控制的灯控模块方式，LED光源常见配电系统示意如图3所示。

灯控模块设置于配电箱内，信号和总线类型由设计选定，灯具现场的智能开关面板通过灯控模块对出线回路进行通断；配电箱内的开关模块也可以为调光模块，则可外接DMX512等调光信号进行灯光的调节。

2  DMX512控制

如果仅为一种颜色的开启控制，则不需要设控制单元，仅是负责通断的两线就可以；如果有全彩色的控制要求，则需设控制单元，就要增设DMX512控制。

2. 1 DMX512概念

DMX512（数字多路控制）技术，原为对512个舞台灯光的控制通道，是灯光数字化设备的通用国际协议。在照明设计中则通过对RGB光源控制，实现色彩的调节功能，现在也有增加远程设备管理（RDM）的功能，RDM协议允许在DMX512主机与DMX512解码器之间进行双向通信，进一步增加远端通过DMX对灯光的调节与控制，使应用更加丰富。由于DMX512与不同厂家的系统协议连接需要设置不同的网关，则采用不同协议的主控系统与DMX512之间需设置网关，这个在设计时需要注意。

2. 2 常见的几种配线方式

带有DMX512协议的照明配线方式一般为信号线与电源线分开敷设，控制系统也单独表示。DMX控制系统分为服务器、主控器、分控器、灯具等几部分，主控器选择多路输出，最常见的为8路输出，之后再分至分控器。主控器考虑独立且必须装设，分控器则建议用于规模较大的系统。

在一些小型系统中，也可以在主控器后直接接调光模块。对于采用分控器的系统，分控器之前可采用8芯网线或2 × 0. 5 - RVVP信号线，如果传输距离超过100 m可以使用光纤；引入交流电源多为2芯1 mm2（指设备电源线）或取自就近插座，输出直流线缆为3芯或5芯，其中3芯是RGB三色的要求，5芯则是增加了音频信号，一般会有两个输出端，可以分别转发上下两台分控器信号；分控器进线为数据线及交流电源线，分控器之后至灯具的线缆则分为3种情况：

a. DMX分控器信号线加特低压直流信号的情况。控制线可采用单缆式，配出一根3芯或5芯信号线缆至灯具，灯具的电源则来自如DC 24 V等开关电源，其直流电源线为2芯，由于电源取自独立的开关电源，所以应用的场所多为DC 24 V等直流特低压照明供电的情况，如图4所示。

b. DMX分控器信号线加交流电源线的情况。电源线和信号线需分管敷设，且为金属管，主要考虑强弱电间相互干扰的可能，使用场所为AC 220 V供电的灯具，不再设有开关电源，如图5所示。

c. DMX解码器方式。与第一种方式控制模式相同，只是增加了将DMX512标准数码控制信号转换成PWM控制器信号，进而再驱动LED光源这一流程，使不具备接入DMX512系统的灯可以接入DMX512系统。另外由于PWM控制器可带更多的灯具，可从终端侧增加可控像素点的数目和系统规模。如图6所示。

2. 3  其他注意事项

灯具间距大于6 m时，信号一进一出，考虑到信号的衰减，则需要设置信号中继器，信号中继器可增加设备传输的长度；此外灯具总数不宜超过48个（也有产品为30或38个等），超过上述要求时宜增加信号放大器；另外分控器至灯末端信号线不宜超过60 m。

LED照明灯具的设计选择

1  LED照明灯具控制的多样化

除DMX512的控制协议、配电箱内的灯控模式、DALI系统的单灯控制以外，从灯具自身的设计方面，现代灯光控制也有更多的突破：

① 单灯的远程控制，由远端进行现场的开启控制；

② 单灯人机对话界面，增设显示屏或触摸屏等；

③ 灯具的可调节性，通过遥控器控制灯具的角度；

④ 单灯的可聚焦性，实现配光曲线的可变性；

⑤ 单灯的可调光性，根据场所不同调节光通量；

⑥ 单灯的地址可寻等，可巡查每一灯位的运行情况。以上各种单灯控制方式，都将灯具不再作为单一发光的物体来看待，使灯具的效果得以最大化发挥。常见几种控制系统的集成示意如图7所示。

2  LED灯具及设备的接线

a. 从灯具的接线角度来看，现行灯具连接方式已经由铜芯压接帽逐步转变为现场插拔式，不仅表现在灯具与灯具之间的连接，也出现在灯头与灯杆的连接，分段式安装，故障点大幅减少。

以前的照明线路连接上多为在灯具内或是分线盒内进行分线，现在LED灯具的线路分支方式则大为变化，每一根灯具自带的缆线如同预分支电缆，直接从线缆插接端头分支去灯具或是开关电源，重新调整布灯拔插即可。不过埋设于地下的灯具仍需设置灯内分线盒，线路超长之后也需要设置防水转换盒。

b. DMX设备的安装及接线：DMX分控器常见出线为16路，主控器建议设置于主弱电机房内，每层在弱电竖井或强弱电合用井道处设置分控器，其余分控器则设于灯具附近，各分控器之间采用菊花链式连接信号线。

3  LED灯具的应用与安装

3. 1 室外道路灯具

a. 灯具设计思路：现代路灯的设计宜同时考虑道路监控、广播、汽车充电、太阳能发电、WIFI等多种功能的集成，以方便迅速发展的使用功能之要求。

b. 控制思路：道路照明等建议增加红外传感，有人经过时为100 % 的照度，而无人经过时可以采用20 % 的照度等控制方式。

c. 电气设计思路：如果适用于园区内部道路的灯具，照明高度多为4 ~ 7 m不等，城市道路照明的高度多为7 ~ 12 m不等，多头泛光灯的高度宜为5 ~ 9 m不等。

灯距可为3 ~ 4 h（灯高）。路灯的配入电缆可为6 mm2、10 mm2、16 mm2等，根据分支电缆确定灯具的熔断器保护，多为10 A及16 A两种，配向光源的线缆可为2. 5 mm2，灯内分线。

d. 光衰问题：LED路灯的光源需要考虑光衰问题，设计可选取特殊的光源产品，如选取根据路灯寿命逐步自动增加路灯输入功率的灯具种类，以长期达到设计的照度要求。

3. 2 室内及室外装饰性灯具

a. 导轨射灯多用于超市、商场展示、展厅等，导轨灯一端预留电源接线盒及悬索，另一端仅为悬索，如导轨灯槽长为3 m，吊杆长为1 m，灯槽内部设插接导轨，灯具连接件滑动于导轨之上，灯槽可为单相也可以为三相，根据设计要求确定。

b. LED日光灯用于室内照明，采用暗藏、嵌入、悬吊等方式安装，适用于办公、会议、大开敞商业等场所。

安装方式与导轨灯相似，导轨内即可安装灯管，导轨下方为漫射罩或格栅，暗藏灯具的上部依据灯具外形预留吊顶空间，但一般不小于150 mm。

c. 线条灯用于建筑外立面整体的线条照明，可完成动画、图文等动态展示，多明装于幕墙夹缝处。

d. 洗墙灯用于外立面底部及顶部特定部位的照明，用于洗墙时距离投射墙面1 000 ~ 1 500 mm左右，连续安装，墙面螺丝明装。

e. 射灯用于外立面整体效果照明，为落地或是灯架安装，在负载面采用螺丝明装。

f.  点状光源多用于外立面轮廓照明，由于体积较小，明装也不影响外立面。一般要求表面温度≤ 40 ℃，负载面螺丝明装。

g. 地埋灯常用于照亮室外植物或是洗墙灯之用，安装时上表面对比地面要低3 mm左右，地灯的荷载为500 ~ 1 000 kg，暗埋嵌入楼板或是室外地面，室外灯具下方最好设有碎石进行压力缓冲，碎石下方沙土用以渗漏雨水。

h. 其他特别的照明设计，如浴室喷头自带光源。由于LED特低压灯具的使用，让用电安全不再是问题，炫光小，效果不错。

4  LED灯具使用的注意事项

a. 光衰问题。除了前文介绍了一种路灯光衰的解决方法之外，选取产品时可选取：1 000 h光衰为0，3 000 h光衰为1 %，10 000 h光衰为3%，50 000 h光衰不大于30 % 的产品。

b. LED蓝光问题。LED光源对眼部伤害的说法，缘自蓝光谱、紫光谱等对视网膜可能会产生伤害，LED光源中确有蓝光谱、紫光谱，众说纷纭，实际设计中可避免台灯等近距离光源对LED的使用，其余场合尽量避免炫光的产生，笔者认为只要设计得当，LED光源的使用安全就不应存有芥蒂。

c. 受潮问题。这里提及，是因为LED目前在室外照明灯具中的占比很大，由于光源不可能是彻底密封，发热冷却后从缝隙中进入的水汽，使灯具短路或提前老化，所以选择产品时需要注意室外LED灯具防护等级要为IP65或IP66。

照明设计常见思路

选用节能灯具，减少耗电量；选用寿命长，高质量的灯具及电器，减少维护量，节省更换费用；进行经济合理的施工电气电路设计；采用优良、可靠的智能控制系统，减少控制的复杂程度与误差；采用智能自动控制，实现平常无人值守自动化。

1  照明效果

a. 照射方式：需要处理眩光或是需要侧面烘托气氛时，常用反射式、漫射式灯具，通过光影、光色的渲染，创造独特的视觉观感。在采用节能光源、满足功能前提下，尽量减少灯具数量。

b. 色温的选择：需要显示物体本色的场合，如夜晚的植物照明，采用4 000 K左右的色温；严肃的场合，采用5 000 K以上的高色温；而需要显示温暖、温馨的环境，则采用3 000 K或以下的低色温。

c. 混光照明及适用场所：混光及混合照明为最常见的装修照明方式，在大堂、会议室、餐厅等大空间公共场所，可为中间用吊灯、四周用灯槽，配以均布型嵌入筒灯的样式；

各种走道多采用中间用筒灯、四周用灯槽的样式；泳池等有水场所，多为四周灯槽、水下壁灯的布置；客房多会设置床壁灯、桌台灯、落地灯、四周灯槽、卫生间镜前灯等；

展示台前多为导轨射灯；办公、会议则多按工位或会议桌布设顶部的条形照明，照明光源可为LED灯、荧光灯、卤素灯等单一或是组合使用。

2  灯具布置

a. 均匀度：直射灯具为了达到良好的照明效果，需要注意连续布置灯位，以保持光的连续性，进而达到0. 7的均匀度即可；层高3 m以内室内照明常见的条形灯具距高比一般在1 ~ 1. 7之间，点形灯具距高比一般在0. 5 ~ 1之间。

b. 空间感：高位灯具大致功率为200 ~ 400 W，高度在3 ~ 6 m的照明灯具容易使空间的立体感得到强调，灯具的布置要整齐而不零乱；

而低位灯具大致功率为20 ~ 200 W，低位置和埋地的灯具使照明显得有亲切感，规避炫光，富有规律感的照明可在路面产生较好的方向感和整体感。同时需注意灯具在白天的外观颜色也要与环境相协调。

c. 功能性：功能性照明对于交通空间机动车道最为重要，照度必须能确保驾驶者和行人的辨认度和识别度，对于室内空间则要求达到规范的照度标准，保护使用者的用眼安全。

d. 艺术性：如向下照射的灯具，可透过其下方的树荫进行投光，在保证基本照度的同时，也能在地面上产生落影的照明效果；将路灯与树木投光灯结合，可很好地解决眩光问题；

低位置的照明方式不但能在道路形成柔和的照明效果，还能引导行人的视线；办公照明则采用与顶部管道或装修风格相互配合的布置，灯具位置设计上可聚光于工位，灯具颜色则与顶部管道颜色一致；柱上和踏步明装或暗装壁灯，则不仅是一种照度有效利用的方式，而且不失优雅的意境。

结 语

如果说照明发展是技术进步的结果，那么人们对于能源节约的初衷推动了LED的发展和应用；如果说照明是电气设计的一类，那么照明设计才是电气表达美的方式；如果说我们未来的电气设计越变越复杂和庞大，那么照明设计才是电气的重要基本。所以照明设计的学习在现在或未来都很重要。望此文这块“砖头”对于了解LED照明的设计略有帮助。

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作者：

白永生，北京市科技建筑设计院，高级工程师。

本文有删减，全文载于《建筑电气》2016年第12期，详文请见杂志。版权归《建筑电气》所有。

byshcy

我是作者白永生，希望各位版主手下留情，自知水平有限，有点用就可。谢谢

chipy

有几个问题请教白工
1、LED光通量。大约100。是参考了哪个厂家的数据，我的了解得GE、上海三思的产品 大部分的LED灯的光通量基本在70、80左右。
2、设计有照度计算书。其他灯具，比较成熟。LED灯的照度计算如何计算？灯具效率如何选择？
3、文中提到 只要设计得当，LED光源的使用安全就不应存有芥蒂。蓝光问题目前设计考虑的头号问题，因为这个问题目前还没有很清晰明确的说法，谁都拿不准。请教怎么设计才能得当，解决蓝光问题呢？

byshcy

chipy 发表于 2017-1-14 21:32
有几个问题请教白工
1、LED光通量。大约100。是参考了哪个厂家的数据，我的了解得GE、上海三思的产品 大部 ...

感谢您的阅读，1，LED我的产品参数我参考的是飞利浦。2，文中有部分介绍可以参考，您可以纸质本，有全文，3，主要是还是适用场所的界分，全文中也略有介绍。不能代表正确，只是个人看法，再次万分感谢。

byshcy

治学以诚 发表于 2017-2-22 08:35
学术文章，
1、证真。自己对某事有独到见解。证明该见解正确。这是很难的。是专家中专家做的事。科学家们 ...

谢谢您的认真阅读，确实能力有限，所提问题虚心接受。