led 照明 設計

綠色建築的LED照明設計趨勢
2012/09/27-DIGITIMES企劃  


綠建築設計趨勢，隨著環保議題持續加溫，加上全球能源持續短缺現況下，成為現在最熱門的議題。除了建築本身的節能綠化策略外，導入更環保、節能的LED照明光源，已是綠建築應用的重點項目，如何善用LED節能效用、又能妥善銜接新／舊光源的應用特性，成為現在最熱門的應用課題...


LED照明業者，大多會將產品開發重點放在LED照明應用的物性、特性，反而忽略了人是屬於視覺性的動物，對於一個新產品、新應用的喜好，往往第一時間的「感覺」即下了選用與否的關鍵決定。

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映興電子股份有限公司行銷企劃經理　吳翊民
其實多數使用者，對於LED的感受要求，會高於LED光源元件或燈具本身的照明參數，因為使用者對於燈具照明效果的直接感受，往往會因為現場環境配置、裝潢、空間與氣氛的差異，而有相當大的落差；舒適與不舒適的光源表現，不在於LED照明是否已達最高照明輸出效果，LED照明業者必須在開發產品之前，即先預想可能的使用環境、光源的使用方式，讓LED燈光更能扮演營造環境氣氛、或達到實用用途的照明設置。

綠建築的LED環保光源應用

以現在最夯的「綠建築」概念來觀察，這股環保、節能風潮，除重視建築本身的節能與環保設計方案外，建築本身的照明耗能，也是綠建築列入重點能耗改善的項目之一！而導入耗能更低的LED照明光源，可積極有效地改善建築的照明能耗。

但LED照明光源畢竟不似傳統鈉燈、鹵素燈、白熾燈發展這麼多年，LED照明光源還算相當新穎的照明技術，多數業者與終端使用者還在學習、理解新光源的特性與使用方法，尤其是LED照明元件為高效能的點狀光源，如何滿足用戶已經習慣的傳統照明型態，同時善用LED新光源的元件優勢，成為空間光源設計與綠建築照明能耗改善的重要設計議題。

綠建築在照明方面有幾個重要的指標。首先，建築是否可以善用自然光，利用建築本身的結構變化或自動控制設計，達到引入自然日照到室內空間，自然可以用原有的照明搭配自然光輔助，原有照明所消耗的能耗即可達到一定比例的減省。但使用大幅自然光也並非綠建築指標獲得高分的關鍵，除善用自然光外，建築的照明應用還須考慮能否進行照度調整、搭配使用節能措施等項目，達到綠建築的照明能耗改善要求。

舉例來說：雖然在引入自然光方面，直接在房屋結構的屋頂挖空，直接讓日照投入室內也是種極端的作法，但實際上這種方式僅能達到部分指標，因為綠建築指標還須評估照度調整與加值節能措施。

而在照度調整、加值節能措施方面，即需針對不同的應用空間、情境進行燈具亮、暗或關閉設計，這需搭配可調光LED進行照明系統整合，如在會議室空間，可針對會議人數、會議形式設定多種光源應用型態，再搭配電子控制的窗簾適度引入自然日照，達到環境光源最佳化的節能設計方案。至於節能措施，即建築可搭配再生能源提供驅動燈具或其他電氣應用需求，如太陽能、風力發電等輔助綠色能源方案。

參考五大照明方式進行元件設計

對於左右人們的照明感受部分，可先從五大照明方式進行討論，因為設計LED燈具，需從LED元件的生產過程，在晶圓、打線、封裝、N次光學、模組製作、燈殼製作、驅動電路...等各個環節，就必須針對燈具的使用情境、用途、照明目的進行考量，達到產品的最佳化設計方案。

一、直接照明：應用於辦公室頂燈、檯燈等Down light型態，從上而下投射應用，照明輸出幾乎是100%投射於照明區域上。

二、半直接照明：半直接照明為較柔和的應用場景適用，也是較柔和的設計方案，一般設定約81%為向上投射、19%為向下投射方式，透過光的反射減少直接照明的不適感。

三、間接照明：間接照明在房屋裝潢相當常見，也強烈建議在室內可多用間接照明營造舒適環境。間接照明為90%照明往上投射，投射後的反射僅10%為向下之反射光源。

四、半間接照明：半間接照明適用在空間較狹隘的環境，可讓矮小的空間具變高的效用，為較特殊的照明效果。

五、漫射照明：為將光源適度以結構設計，讓光線不直接照射，產生柔和、舒適的視覺效果，多用於臥室或是強調舒適體驗的環境。

在了解照明方式後，可再自五種燈光形式進行了解，以對生產元件、燈具達到更接近終端應用需求的目的。對上游LED光源器件製造商而言，在製作元件時即針對終端用戶所需的光表現方式，微調LED器件製造方式，讓光源應用可呼應終端使用需求，達到最佳化的設計條件，滿足利用LED即可創造環境氣氛的營造需求。

一、面光：以天棚、牆面當發光面，光線充足，例如使用桶燈、吊燈的大面積照明方式。

二、帶光：帶狀燈光形式表現多樣，而長形的光源排列可具有多種使用性，像是利用條狀帶燈達引導作用，而人們的視覺會跟著條狀引導，達到空間設計目的，另也有天花板採用帶光營造空間設計或是裝飾用途。

三、點光：投光範圍小，可以營造光源設計，表現法有頂光(由上而下如日正當中，明暗對比強，不適合用於造型光)、由上而下可當輔助光、順光／逆光、側光(可產生立體感)。

四、靜止光：室內都是靜止燈光，如學校、商場，穩定柔和的光環境。

五、流動燈光：演唱會、Pub創造情境氣氛的動態光源。

燈具設計需考量安裝方式

另燈具設計業者，則需考量燈具的安裝方式，目前常見燈具除特種燈具外，主要有懸吊、吸頂、壁燈、檯燈等安裝方式。例如，懸吊屬於半間接照明，需考慮N次光學設計，而使用的LED光源若封裝時為強化輸出流明效果的設計方案，想達到半間接照明的應用目的，在光學設計就會變得更為複雜；因此，若能在元件端即考量燈具應用需求，整合複雜度與燈具成本就能再壓縮。

另設計燈具也有功能性、美觀、經濟與安全四原則需注意。功能性方面需針對不同場合、照度需求設計所需照明條件，而非越亮越好！美觀的部份並非CRI越高越好，而是需要視光源的應用場合調整，像是研究顯示：CRI在85可能會造成藍色產品照明後變得模糊、CRI在70則是影響紅色產品，而CRI若85對於生鮮蔬果的照明效果最佳，這些都是值得參考的重要資訊。最後在經濟與安全方面，則必須針對燈具要求的防觸電、防短路、防過溫與過載等重點設計，搭配節能設計方案。

從實際案例檢視LED照明應用趨勢

LED節能燈具，無CFL管燈的微量重金屬有毒物質製作疑慮，加上製造、生產與應用的新穎特性，可以在以往燈具無法想像的應用環境找到利基。

例如，在綠能建築設計案中，以成功大學的魔法學校示範建案作品，就在傳統利用建材、設計的綠建築設計基礎上，像是在頂樓種植耐旱植物，以達到降溫、吸收雨水、降低建築空調耗能效益；而建築使用的燈具，除部分仍使用金屬鈉燈、管燈外，為達到更高節能效益，也大量導入LED節能照明光源。為了讓導入LED的節能效益更高，成大綠建築亦導入智慧燈具控制機制，使用高效率燈具搭配各式控制感應器，來達到更具效率的節能效益。

另一個案例則呼應了人們對於燈具的效率，反而會更重視燈具所帶來的「感覺」！因為燈具若使用在生活空間，光線即成為營造空間感受一個很重要的媒介，尤其是善用漫射所營造的舒適感，可以在大量的舒適空間設計中看到，尤其是搭配自然取光的手法，在新一代的豪宅建築方案中已經是相當常見的設計手法。

搭配自動控制設計方案，可以在不同空間預設不同「情境」的照明組態，搭配感測器、自動控制設計方案，讓居住或在空間活動的人們，可以更輕鬆地利用LED前衛照明設備，達到所需的空間感受。