了解LED 室內照明
有鑒於我們一般非專業工程師的民眾對於節能減碳的需求迫切,但是卻又不知如何去了解和選用適合自己家居氛圍的LED室內照明產品,因此才有了這篇對照明需求的簡略介紹和偏重於傳統照明和LED照明間的汰換問題的遵循規則,希望能給予我們對LED室內照明的粗略了解,以期我們能以更經濟的方式享受到LED室內照明產品的好處,也就是能更加省錢啦。
更換LED室內照明產品的理由:
關於這堆理由,我們在報章雜誌上,喔,現在還多了個網路,我們已經看過不少理由,但是基於文章的完整,我們也不免隨便選幾條重要的來照本宣科一下啦!
綠色環保: LED燈泡符合歐盟標準,不含任何有毒物質、水銀、鎘、鉛、鉻和氙氣。
無紫外光(UV)和電磁波(EM):不破壞照射標的,不會造成黑斑和曬斑;不幅射腦部,不會造成偏頭痛。
低直流低電壓:不會有觸電傷亡的危險。
以上三點是針對傳統照明,特別是省電燈管和燈泡來說,後面我們會簡單地說明原因。
低幅射熱(IR):跟傳統照明來比,LED照明的熱量幾乎是微乎其微,既然室內熱源大量降低,那麼冷氣用電自然也就跟著下降了。
P.S. 一般來說,同樣大小的房間,裝上省電燈管和燈泡,和裝上LED燈管和燈泡來比,裝上LED的房間的冷氣耗電量會大幅下降,約是每小時冷氣降溫1-2度,所需的電力。
低維護成本:長壽命減少汱換成本;穩定的系統減少維護成本;低功率損耗減少建置成本。
長壽命: LED壽命時間超過50,000小時,系統壽命為20,000小時。與其他燈泡相比,白熾燈泡為1,000小時,鹵素燈泡為2,000小時, 螢光燈為2,000小時,省電燈泡為6,000小時,水銀燈為8,000小時及高壓納燈泡為12,000小時。
省電: LED照明系統比白熾燈泡省電80%,比省電燈泡省電50%,比螢光燈省電60%,比鹵素燈泡省電75%,比水銀燈省電80%,比高壓納燈省電65%。
不管有多少好處,這四點才是我們換成LED室內照明產品的理由,就是省錢啦!我們可以更低的價錢享受到相同的照明品質。
但是,在高興之餘,我們也不要忘記LED室內照明產品的最大缺點,就是價格很高,這也是令我們望而卻步的最主要原因。
也許會有人選擇便宜的產品,但是一分錢一分貨,而且更重要的是選擇合適的產品,才是我們這篇文章討論的重點。當然,耐用也是很重要的,我們也會提供最簡單,任何人在家都能做的方式,來找出耐用的LED室內照明產品。
所以要選擇產品之前,我們還是要先對室內照明有個簡略的了解。
室內照明:
古時候的人為了在夜晚可以看見東西,點燃蠟燭,這便是最早期的照明,所以早期最簡單的照明單位便是燭光。
直到愛迪生發明了電燈(其實就是燈泡)以後,蠟燭的照明功能便轉變為輔助或裝飾用途,而電燈,即是現在稱鎢絲燈泡(或稱白熾燈泡),成為照明的主力,因為比蠟燭亮而且不用清掃滴蠟。
可是不管是蠟燭或鎢絲燈泡,它們放出的光還是以黃光為主,並非白天所見的太陽光,所以又在鎢絲燈泡的玻璃內塗上螢光層,來模擬太陽光。
但是當水銀燈管(或現稱螢光燈管)發明後,白熾燈泡的壽命短和照明範圍小,成為它的致命傷,所以從水銀燈管開始,經濟,節能而且均勻的照明概念開始成型,室內、室外的不同照明標準也化成數據,所以現今一堆的專有名詞來詮釋照明的標準和定量各種照明產品,例如:燭光衍生出的流明和照度。
當然,在同樣的條件下,流明值和照度是有等價關係的,不過,因為照度會和距離有關,在不確定距離的條件下,一般照明產品都只標流明值。
後來為了特殊用途和進一步的節省電力,又出現了鹵素燈,省電燈泡、燈管和LED燈一類,但是在LED燈出現之前,主力照明幾乎都是360度發光,而LED因為比較需要散熱,所以並不能達到近乎360度發光,這也是目前市場上,不管是室內設計師或一般民眾搞不清楚LED照明產品該如何選擇的原因,後面我們將會將LED照明產品分為燈泡、燈管、鹵素燈(僅介紹MR-16)和嵌燈來與傳統照明一一對比。
LED照明:
目前LED照明的產品依然是以傳統照明燈具為主,在加上LED照明產品而成,這也能讓室內設計師不用改變照明的觀念便能設計出符合照明規範的環境。
這也是如同我之前所說:LED產品跟傳統照明產品一一比對,可以讓個位選出適合自己家庭使用的產品,至少取代成LED產品不能比傳統照明產品還差吧!不然,就失去了汰換的意義。
也因為LED產品雖然使用時間相當長,但是價位比傳統照明產品高很多,所以我們更需要小心挑選,以免記破財又傷眼。
後面我們便以LED室內照明產品為主先來談談最主要的影響生命週期(以使用時間來稱呼它,可能會比較直觀)的原因和我們比較有問題的色溫:
色溫,這個問題說簡單其實很單純,所以先談。
我們要知道一般我們看著燈光所認定的「亮」,其實是流明值和色溫的綜合。
現在我們拋開LED問題,回想一下,我們之前買過的四呎三波長燈管(或太陽光燈管)和目前市場上的晝光色燈管都是38W,但是卻感覺三波長燈管(或太陽光燈管)比晝光色燈管暗許多,但是看標示三波長燈管(或太陽光燈管)卻比晝光色燈管的流明值高了200-300流明,這是怎麼回事?不是流明值越高越亮嗎?怎麼感覺不是如此?
這就是色溫在做怪了,一般而言,三波長燈管(或太陽光燈管)的色溫在4500-4700K左右,而晝光色燈管大都超過5500K以上,而數值越小越偏黃,數值越大則越白,所以我們會感覺到「亮」,其實它是白。
但是不管白不白,流明值是我們判斷照明足不足夠的標準,足夠的照明便不會損害眼睛;但是過白的照明是會造成眼部病變的,如白內障、青光眼,甚至於黃斑部病變,這些眼部問題除了白內障可能由老化引起,其他的,不當照明便可能是引發問題的原因之一。
所以一般而言,以台灣的房屋挑高都在3公尺左右的環境,將色溫控制在6200K,甚至低於6000K以下,可能較為安全。
可能有人又要懷疑,那為何要生產6200K、6500K,甚至於更高色溫的產品?舉例來說明,可能會比較清楚,當然照明都在同樣的瓦數和流明值下才能比較:COSTCO,好市多,這類賣場的挑高最低都在6公尺以上,有些甚至於高達10米,所以若裝上6000K以下色溫的照明,地面會顯得很昏暗,感覺很不好,這是因為光在到達地面前被空氣散射開來,所以相對感覺昏暗;但是若我們裝上6500K的照明,雖然很白,甚至於白到偏藍,理論上對眼睛的危害極大,但是這種危害極大的光線在到達我們的眼睛前,便大部份被空氣散射掉了。(記得天空是藍色的,這代表傷眼的藍光極容易在空氣中散射開來,降低了單位能量,在眼睛可接受的範圍內,所以便不傷眼了。)
這都是因為賣場的挑高比較家裡高很多(可能是23倍),光線走到眼睛的距離也很長,所以這種照明產品是有需求的,而選擇適合的照明產品,不誤用照明產品,是我們自己的責任。
我們只要記得很白,甚至於白到偏藍(也就是色溫太高)的光線對眼睛是有危害的,無論它是來自於傳統照明,還是LED照明,危害的程度都一樣,沒有什麼不同。
至於要不要找有生物安全認證的產品可就是見仁見智的問題了,因為我們沒有辦法了解生物安全認證的內容和細節,所以生物安全認證是否對我們家庭有效?只能說是種安心保證而已,畢竟有害藍光的距離拉長,到達眼睛的能量降低了,也就可以過認證了。
當然,若搞到了紫外線範圍,那就只有自求多福了。
下面我們就一般現行在市場上看到的色溫值或其代表的稱呼列出,作為參考:
暖白光 <3100K 以下
白光 3100K4000K
冷白光 4100K5000K
晝光色 >5000K 以上
而以感覺論,一般來說,
色溫在3300K以下,光色偏黃給以溫暖的感覺;有穩重的氣氛,溫暖的感覺。
色溫在3000K-6000K為中間,人在此色調下無特別明顯的視覺心理效果,有爽快的感覺;故稱為「中性」色溫。
色溫超過6000K,光色偏藍,給人以清冷的感覺。
LED生命週期(使用時間)問題和自行測試:
要說到這個前,我們必須先知道LED照明產品的粗略結構:
一般來說,可分為三大部份:發光體(也就是光板)、散熱器和變壓器(有人稱為Driver)
發光體也稱光板,就是把LED黏在板上。以目前LED的技術而言,輸入的能量中有60%會變成光,而其餘40%則變成熱,而這也是LED需要散熱器的原因,只因為LED很怕熱,過熱它便會壞掉。
雖然傳統照明也是如此,但是傳統照明主要是以高熱發光(鎢絲燈)或高電壓放電發光(水銀燈管或省電燈管),然後靠玻璃來散熱,而且玻璃的耐溫高,但是LED是半導體元件之一,所以它的耐溫性自然不如玻璃了。
如圖中,黃色部份是發光區,而背面則是熱量流出的區域了。
散熱器顧名思義就是散掉LED發光體(光板)的熱量了,至於一般工程上來說發光體(光板)和散熱器的貼合面能不能有效導熱到散熱器上?那不是我們能關心的,原因很簡單:因為我們看不到也摸不著。因此,我們該關心的是散熱器是不是真的能有效的散熱?
即便是這個問題,我們也只能以間接方式看判斷:
若我們買了個LED產品,也只能在使用前先貼上個溫度計(請用可達100度C的溫度計),然後通電1-2個小時,看溫度能否維持在一個穩定的溫度上,基本上80度C以下都還好。當然,這溫度是越低越好。
但若是上下跳動範圍很大(可能以3-5度為標準好些),這代表散熱器和發光體的散熱不順,有可能會比較容易壞。
但是若沒有這種溫度計怎麼辦?我們後面還有簡單的方法可以做,雖然沒這方法準確,但是也可以過濾掉一些問題較大的產品。
如圖,這些都是LED照明常見的散熱器,大部份是金屬製,但是也有陶瓷和散熱塑膠製品。
變壓器這是提供整個產品電力的部份,也是整個LED照明產品中比較容易出問題的部份。但是它卻不是我們能自我測試和判斷的部份,只能由製造廠的品值檢測來取信我們。
但是由於台灣製造廠長期以來,以製造數位產品為標準,所以在照明,這種傳統領域,數位檢測的做法便容易出現問題,可惜這也不是我們能參與的部份,所以我們只能自己小心,再全面汰換前,先以小部份的自我測試為主,而不是迷信品牌和大廠。
而以上所述都是會影響LED照明產品的生命週期(使用時間)的原因,而下面來談我們測試前該有的態度。
任何產品,不管價格高低,精緻與否,都不脫一個最重要的核心:能用多久?當它毀損時,是我們自己不當使用?還是產品設計不良?特別是橫跨傳統和數位的產品最容易產生懷疑,例如:LED照明及各種號稱節能省電的產品。
LED照明因為容易取得,而且似乎不須要請專業人員來施工,所以產生的問題和懷疑更多,但是萬變不離其宗,產品上標示使用壽命:30000小時,我們也不苛求,但是總要能用15000小時以上吧!不然,難道標示好玩的?
其實LED照明因為是電子工程師設計,而大部份卻對照明的概念不足,所以有很多與燈具配合上的問題。
難道LED燈連燈具一起換或一體化就沒問題?其實也不見得,就如同上面所說的三大部份,任一項都可能製造出問題,例如:發光體(光板)上的LED是台灣製?大陸製?還是國際知名廠商製?這還是可以控制的部份;散熱器設計得好不好?還是堪用而已?這也是可以花錢改進的部份;變壓器負載夠不夠?會不會壞?這卻只能儘量要求,無法100%確定。
若是廠商做足,使問題減至最低,則又面對到價格下不來,難以快速普及的情況,所以當這一類新型產業出現時,其實政府的補助應該直接到我們身上,才會讓我們願意參與產品使用,也等於幫產業廣泛測試,整合各種問題,才能制定出標準和合適的價位、市場的分級,才不會像現在一樣:亂成一團。
現在,我們知道所謂甜蜜點應該是合適的產品給予合適的價位,而不是如同現在一樣,只考慮便宜與否,不考慮合不合用?或是一竿子打翻一船人。
既然節能減碳已然是趨勢,不管市場多亂?產品多爛?我們都應該選出既合用又能合乎生命週期(使用時間)的產品,當然在同等條件下,希望是越便宜越好。
下面,我們談最重要的如何自我測試LED照明產品:
先假設我們已經走訪了不少賣場,也看到了展示,選定了LED的選擇對象,而且按照說明,費盡千辛萬苦裝到了家中。我們建議是以一個小房間或小地區可以測試到家中所有的各類型照明產品為主,一般而言,大都是燈管、燈泡和MR-16(鹵素燈)。
當然,若測試過沒問題,也很滿意,可以提供料件,請水電幫忙安裝;也可以請水電代購一樣的品牌和型號,一起安裝。
重點只有我們必需要相信自己的測試結果和選擇,而不是人云亦云,因為一但人云亦云而發生問題,受害者只會是自己,不會是其他人。
一切就序,只消打開開關,連續三天,即72小時不關,既可以測試LED燈在家中各種燈具中的適用性,最主要是在燈具內的散熱問題,也可以對變壓器(Driver)做基礎測試,以免買到瑕疵品,而且若有隱藏性的問題,雖然不至於在72小時內發生,但也可以儘量在保固範圍內就提早發生問題,我們便可以免費換新,以減少損失。
之前,我們的介紹只是為大略了解LED照明的產品,以方便我們在看待這麼簡單的測試方法的合理性和對家中照明的選擇有個基本概念罷了。
當然,也有人會問:要求兩年保固就好了?也許三年、五年?先不論廠商是否還存在,光我們每個家庭每天平均照明時間的長短就是個大問題,莫衷一是,更增添計算上的困難。
好吧,就算有廠商願意做,那價格也鐵定低不了,風險依然不會太小,無論LED或傳統照明,常開開關關的產品,比較容易損壞,使用時間也自然較短,這便是事實。
所以,既要節能減碳,又不願大傷荷包,甚至於還能多省點錢,這都要靠自己排除掉一些可能發生問題的產品,畢竟常常壞,就算廠商願意換,光寄來寄去或跑來跑去的費用也不低,而且心裡也會很不爽。
挑選合適、正確的量產產品,便是不二法門。
另外,以我們身處亞熱帶而言,LED照明比起傳統照明的瓦數較低,消耗電力可節省一半以上。若我們家中是氣密窗,而且門窗很少開開關關,那換裝LED照明的確可以減少家中的熱源,意味著對冷氣來說,是可以減少耗電量的,光這減少的部份累積起來也蠻可觀的,一般來說,大約可以減少每小時降溫1-2度的電力,問冷氣製造商便可以知道這會省多少錢了。
如何選擇適合的LED照明產品:
LED照明琳瑯滿目,各說各的好,有便宜也有貴的,但是哪種才能適合我家使用?俗話說:便宜沒好貨,難道貴的就一定好?似乎也不見得。
這問題則必須架在合適的傳統照明上,不然,我們都不是專業的設計師,給我們一堆客廳要多少流明?臥室要多少流明的標準?對不起,不只看不懂,也沒有任何概念要怎麼搞才行?
幸好,我們家中已經有了照明環境,不管是請水電或設計師裝配的,我們都已經習慣了,或許也感覺滿意,所以我們應該是選擇跟家中現有照明氛圍差不多的LED照明產品,對我們而言,才是合適的做法,不是嗎?
因此我們決定汰換家中的傳統照明產品,用LED照明產品來取代,那我們又該如何選擇呢?如何找出LED照明對應的產品?這就是我們今天的重點!
好了,從前面,我們知道照明是以一個範圍內均勻為主,然後不要太刺眼和太白到偏藍,卻也不能太暗就可以了。
那麼,多大的瓦數才適合我?LED適乎找不到跟傳統燈泡或燈管一樣流明值的產品?這些問題很重要,而且牽涉到燈管和燈泡的特性,有些專業,所以容後以各種家中常用照明產品來逐個討論,分為燈管、燈泡、鹵素燈(MR-16)和較特別的嵌燈來討論。
但是在討論前,我們先來看看一般LED照明產品會標示一堆規格參數,而哪些才是我們需要注意的重點?
雖然,燈泡、燈管該注意的不太相同,但是總是有一些共通的參數可以討論的:
瓦數(Watt):
這個數值通常是指耗電量,我們可能都聽過T5燈管比較省電或它的每單位的流明轉換較高等等,一堆奇奇怪怪的數字,但是其實看產品省不省電?其實還蠻單純的,就是在相當的色溫和流明值下,也就是一樣的亮度下啦,所耗的電能較小,那就是較省電的產品,對吧!
所以,當我們拿起LED照明產品(當然,燈泡跟燈泡比,燈管跟燈管比,除了正式的設計因素外,我們總不會為了換燈泡,結果連燈具都換成燈管用的了吧!),在同樣10瓦,而且同樣是色溫6000K的產品中,一個只有850流明,另一個有950流明的話,當然選950流明的產品囉!
色溫(K)、流明(lm):我們在一開始就花了不少時間來談它們給我們的感覺,除了流明值會在後面分燈管、燈泡來討論合適的數值之外,我們就選合適自己家居裝潢的色溫就行了。
當然,喜歡改變色溫來適合心情的人,市面上也有相關的變色產品可以選擇,這不在我們家居的討論範圍內,不再累述。
演色性(CRI):這只是評估照明光源品質好壞的依據,通常是越高越好,但我們一般會選CRI>80的產品就可以了。再上去價格過高,而且既沒需要也不必要多花這些錢。
至於電壓(Voltage)部份 ,通常建議是以全電壓為主,90V245V,若能到265V則更佳,沒硬性規定。
功率因數(Power Factor;PF)這代表變壓器(Driver)的效率,得看我們的想法了,數值越高當然是越好,但是自從省電燈管到LED照明產品,這數值越高,也代表會看到高頻閃爍現象,以台灣大約是120Hz。眼睛是感覺不到,但是透過數位相機或攝影機就可以看得很清楚,基本上,對生活是沒有影響啦!
這問題當然是跟功率因數,這個參數無關啦,只跟我們變壓器的降壓設計方式有關,也可以做到完全不閃爍,這當然就跟摳摳,也就是價格有關啦。在價格提高的同時PF值還可能無法達到90以上,通常無閃爍的變壓器的PF值會在6085之間。
反正,對生活是沒有影響,一般也不會有感覺,大部份純粹只是心理因素,所以要不要求就又是見仁見智的問題啦!
最後發光效率(luminous efficiency;lm/W),這對專業的人來講,是個指標,但是對使用者來說,有瓦數,有流明值,自己除一除也就是了,我們還是選擇合適的LED照明產品才是正途,畢竟數字再漂亮,不合用也沒啥意思吧!
基本上,再說一次,省不省電,瓦數和適當的流明值才是關鍵!在適當的流明值下,瓦數越小,越省電。
記住,照明不是越亮越好,而是太亮或太暗都不行,所以當我們挑選LED照明產品時,如何跟近乎360發光的傳統照明做出相當的選擇是一件非常重要的事。
那究竟該如何選擇呢?
我們下面就家中常見的照明產品來一一討論:
1淺論燈泡
說到燈泡,我們先來看看這張圖,沒錯,這是鎢絲燈泡(或稱白熾燈泡)和它通電發光的情況,當然,光的強度已特意減弱,不然,我們什麼都看不到。
再看下圖,這是它的結構,看來簡單的鎢絲燈泡,其實,構造比我們想像中的要複雜許多。
再來看看我們號稱的省電燈泡,如下圖
這些省電燈泡的發光原理跟鎢絲燈泡就完全不同了,它們其實跟我們常見的省電燈管是一樣的做法:灌入水銀和惰性氣體(如氬,氖氣),內建安定器,以高電壓方式,汽化放電,特性是比鎢絲燈泡省電及多種色溫可選,缺點是有微量微波與電磁波,對敏感的人或太靠近人體,會有不良的影響。
(最後一張圖,一般稱PL燈管,應屬燈管範圍,但因其使用處大都與燈泡相當,故放在此處討論。)
所以由上述可知,看來簡單的燈泡其實並不單純,而且我們看接頭部份,會發現燈泡跟其他照明產品(如燈管)不同:我們想像把燈泡旋入燈具,它的電力來源(接頭)會在燈具的罩子底部。
想像不出來,沒關係,看一下這些圖:
發現了嗎?
這問題對鎢絲燈泡和省電燈泡,這些可用玻璃來散熱,而且裡面都是可耐高溫的零件的產品來說,或許問題不大。
但是對怕高溫的LED顆粒來說,可就是大問題了。
這兩張圖是我們在市面上常見的LED燈泡,知道我們要說的問題了嗎?
電力來源(接頭)和散熱器連在一起,當然,我們雖然看不到,但是經過之前的敘述,我們知道散熱器的上方就是發光體(光板),LED燈的主要熱量來源,然後再旋入燈具中知道了沒?散熱器在燈具罩子的底部最需要散熱的散熱器在燈具中最不容易散熱的地方!!!
所以,我們知道了,LED燈泡在各種LED照明產品中是最難設計的,它不只要散掉自己的熱量,而且還要能在最難散熱的地方把熱擠出罩子外,因此它需要比一般LED照明產品更強的散熱力和更耐高溫(??)。
以目前的LED顆粒要更耐高溫很難,所以我們只能退而求其次,以超越LED光板(發光體)需求的散熱器來彌補燈具或燈罩的散熱不良問題。
這也是之前要我們連開72小時測試的主要原因。
當然,也可要求燈具廠商來解決問題,但是若不是重新裝潢,為了節能減碳,投資大錢汰換成LED照明也就算了。
為了LED還要連主燈具都換了(也許還很喜歡這組燈具),我們恐怕不太願意吧!
好了,嘮嘮叨叨談這麼多,我們對燈泡有了基礎認識,現在還是來談談該怎麼選
要開始之前照慣例還是得再嘮叨一番,放心,這是必要的。
想我們小時候,呃,好吧,應該說40-50年前,一般家庭客廳的挑高大都在4米左右,所以若不用燈管的話,會有一組6個燈泡左右的燈具,上面一般都用60瓦的鎢絲燈泡,大體上來說,那時技術已經算不差的了,所以60瓦的鎢絲燈泡一般也大都有750流明左右。
然後大概25年前至今,用23瓦省電燈泡來取代60瓦的鎢絲燈泡,大體上也差不多,圓球型23瓦省電燈泡(有人稱龍珠)那時也約850-900流明。
但是隨著技術的進步,現今23瓦螺旋式省電燈泡做得好的可達1350流明,雖然因為發光體太長,所以放入燈具後反而減分,但是平均也大約在1000流明左右。
鎢絲燈泡的技術也有進步,以現今鎢絲燈泡來算,75瓦也可達1000流明(以舊鎢絲燈泡來看可能要85瓦才做得到),所以既然我們已經習慣這種流明值了,那我們就以23瓦螺旋式省電燈泡和1000流明為標準來汰換。
而大部份的LED燈泡的光源發光設計跟鎢絲燈泡比較接近,因此,若算上燈具的加成,至少也得選擇900流明以上的產品才能跟原來的差不多。
當然,若我們習慣於將燈泡用到完全不亮才換而言,流明值還可再下降些,但是這種做法可能跟原始光源分配的設計不符,對眼睛來說,應該會太暗,不過這也是習慣問題,每個人的標準不同,本處不予以討論。
另外,再嘮叨一下,我們不要用燈管和燈泡來比較,這兩種產品各自有各自的光源覆蓋範圍。一般來說,早期的4呎水銀燈管(38/40瓦)的光源覆蓋範圍大略是6顆60瓦的鎢絲燈泡的覆蓋範圍;而現今的4呎省電燈管(28瓦)也要4顆23瓦螺旋式省電燈泡才能有相當的覆蓋範圍。
因為燈管本來就是很經濟有效的照明產品,但是基於個人對照明的需求和不同地方須要不同的照明設計,才會有各種不同的產品。
現在我們再回到LED燈泡的選擇問題上,好了,我們已經選定用900流明以上的LED燈泡來取代23瓦螺旋式省電燈泡,而LED燈泡雷同鎢絲燈泡的光源,那還有我們需要注意的嗎?
當然,基於LED燈泡雷同鎢絲燈泡的光源發光設計,那就會牽涉到球型近乎360度發光的覆蓋範圍了,再來看一下,兩種不同的LED燈泡發光設計的外型(就只看白色的球體)
我們可以明顯的感覺到第一張圖的發光範圍似乎較第二張圖大,沒錯,第一張圖的圓球比較完整,第二張圖僅有半球而已,然而,這又有什麼差異?
再討論前,我們再來看兩張圖各自點亮的情況
這是兩種不同的LED燈泡發光設計相對應的照片,我們可以很明顯看出第二張圖的正下方有一個黑色的圓型圖案,這代表光線照不到這個地方,稱之為暗區,所以我們稱第一種圖的設計叫全周光,而第二種,我們姑且稱它,半周光。(兩型燈泡都是市面上看到的10瓦6000K白色霧面LED燈泡)
看不清楚,沒關係,我們找到了一款LED燈泡,它有分為透明和白色霧面的兩種規格
因為它燈的外殼部份是玻璃製,所以照出來會反光,不過,我們依然可以看出第一張圖是透明的,第二張圖則是白色霧面的,再看一次它們各自點亮的情況
這下我們就可以看得非常清楚了,同樣的規格下,透明殼因為光線幾乎是直接穿透外殼,無法反射,所以暗區代表光線到不了的地方;而白色霧面外殼則因為有部份光線的反射,所以光線也可以延伸的正下方的部份。
而看光線的發光範圍有兩個專有名詞:出光角(也有人稱光束角;正式英文叫Beam Angle)和散光角(也有人稱佈光角;正式英文叫Field Angle)。
我們並不是專家,所以只要以直觀的角度來看待這兩個名詞就可以了:出光角可以看成是光線可以直接到達我們眼睛的最大角度(好似上圖的透明殼),而散光角可以看成是光源的最大覆蓋範圍(好似上圖的白色霧面殼);但是它們的含意總是要知道的:
出光角是指發光強度最大值的50%處的角度
散光角是指發光強度最大值的10%處的角度
這只是個規範的標準罷了,一般在照明產品中,若是有標示,也只會看到出光角多少度罷了。
由上面的LED燈泡來說全周光的出光角會比半周光的出光角來得大。
現在再回到,這又有什麼差異?那就要用燈具的型態來輔助說明了
我們來看這圖
這種燈具中,燈泡是往下照的,所以不管全周光或半周光,除了光源覆蓋範圍大了一些些外,實在是看不出差異。
但是若換成這張圖
那可就不一樣了,雖然這燈具是利用天花板來反射光源,以求光源能夠均勻分佈在範圍內,當然看起來也比較不會刺眼,但是若用半周光燈泡,還記得那張下方有一塊暗區的圖嗎?那燈具的正下方雖然不會像黑一塊那麼慘,但是比起全周光燈泡來,的確是顯得比較暗一點就是了。
所以一般而言,我們會選擇全周光燈泡,而且出光角越大是越好。
到此,我們知道了選擇LED燈泡是以
先決定流明值:
23瓦螺旋式省電燈泡至少要900流明以上;
27瓦螺旋式省電燈泡可能要求到1200流明會安全些。
再選其中瓦數最小的,這樣才能達到省電又省錢的目標。
當然,也不要忘了72小時的嚴苛測試。
另外一提,記得透明殼的LED燈泡嗎?它應該用在何種狀況?
看一下這些燈具
發現了嗎?這些水晶燈具都有一個特點:享受光線在水晶中反射亂竄的感覺,有些會使用蠟燭或低瓦數燈(稱蠟燭燈);但是畢竟瓦數太低,所以近年來,市場期望有可以取代100瓦的鎢絲燈泡的LED燈泡產品出現,一般期待的流明值會在1600流明上下,所以才會有那種透明殼的LED燈泡出現。
當然,如同這些下吊式燈具,
也有些人認為透明殼的LED黃光燈泡會比霧面殼的LED黃光燈泡更貼近鎢絲燈泡的感覺,而這些需求就約略會使用約11001200流明左右的產品,應就是12瓦的LED燈泡的產品。
所以對透明殼的LED燈泡大都以黃光為主,來營造如同鎢絲燈泡(當然也是玻璃透明殼)的溫馨感覺。
2淺論燈管
說到燈管,我們就必須先了解到傳統燈管,不論是水銀燈管或是省電燈管,也不論大小尺寸,T8/T5/T9/T10等等,都是360度發光的照明產品,而LED燈管卻因為散熱的需求,無法做到360度發光,所以若加上燈具的影響,我們在燈泡時所談的出光角的大小,便是關係到LED燈管能否有效利用燈具反射的關鍵了。
不過,按照慣例,我們還是先談談傳統燈管的狀況這些分為兩種組合,最舊型的是安定器(穩定電壓、電流和提供起動電壓)、起動器(就是高壓點火啦)和燈管(舊型起動需約700V),這組合最為耗電;新型的是只有電子安定器(整合起動器和安定器為一體)和燈管,一般用在省電燈管(起動約需1100V),但整體效率高,較為省電。
由於,我們之前說過,傳統燈管已是一種相當經濟的照明產品了,只是它壽命短,所以當傳統燈管中,技術最高的T5省電燈管和預熱式電子安定器的配合,可以有效的延長T5燈管的壽命時,對於建置成本高出許多的LED燈管,是否有汰換的必要?這種爭議自然就出現了。
若以最好的Philips T5省電燈管和預熱式電子安定器來說,LED燈管的安裝費用大概是它的3倍左右,當然,LED燈管的生命週期(使用時間)也長了不少,而且也比它省電,所以省回成本,再多賺一筆還是沒問題的,只要選擇正確的產品,而不是一味的求便宜,這樣才不會因小失大。
假設我們已經決定要換成LED燈管了,那選擇適合的產品就是重點了,現在我們回頭來看傳統燈管,為何?很簡單,因為我們家中的照明配置都是用傳統燈管配置的,而且大部份都是T8或T5的燈管,常見的以2呎和4呎為主。
我們先果斷地把2呎燈管的狀況當做就是4呎燈管的一半來看待問題(其實也差不多),集中來看4呎T8燈管的狀況一般而言是38瓦,以Philips的數據來看大約是3500流明,而新型的省電T8燈管大約是3350流明,號稱省電,其實是可以使用預熱式電子安定器,整體效率較高,當然除了壽命長了些,也多省了一點電,但是若只看燈管,則一樣是38瓦。
現在我們來看看兩者最大的不同點當然我們先以圖中這類型的燈具組為標準,去掉一些固定燈管的元件,僅留下燈管和燈具的反射部份,
就成了這個簡易圖形了。
我們可以看見傳統燈管的外觀是一整個圓形,而LED燈管卻不是,那是因為切掉部份是散熱面,完全不透光的原因。
再加上發光的示意圖,我們就可以很清楚的看出來了。
現在我們看傳統燈管上方的三個箭頭,這三個箭頭範圍內的光線基本上都會在燈具內多次反射後才會被我們看見(紅包箭頭部份),甚至於三個箭頭的光線會直接反射回燈管,我們根本看不見,而其它的部份大都直接或經一次反射後就可以被我們看見。(當然,這只是概略的說法,實際情狀會根據燈具形狀不同而變得異常複雜,不過,可以簡單如此理解。)
這代表這個範圍內的光線對我們的照明沒有貢獻,或僅有微乎其微的貢獻,而這個部份粗略估算大約是燈管上方約接近90度角的範圍,所以我們知道了,以傳統燈管來說,僅有270280度角的範圍可以使用到燈具的反射,對我們的照明有加成的貢獻。
也因此,我們在挑選LED燈管時,也應該考慮到出光角來保證燈具的加成能為我們所用,這樣才能達到汰換成LED燈管時,照明的效果會差不多的目標,這樣才有汰換的價值。
當然,在相同的流明值下,燈管的出光角越大效果越好,以目前的LED燈管來說,建議選擇出光角超過240度以上的產品,效果會好一些,不過,基本上,到達280度出光角的產品也就是極限了,不必過度苛求。
下面這兩張圖,我用一般辦公室用的輕鋼架燈具,僅裝上一根LED燈管,來拍照的:
(這樣可以最大範圍遮蔽非直接反射和非燈具反射的干擾)
第一張圖是出光角250度,第二張圖是出光角270度的同瓦數,同流明值的6000K色溫的LED燈管來做比較
我們可以很清楚看到第一條光的界線,這是整個燈具的出光角;而第二條光的界線則代表燈具的散射角,大概可以這樣來理解。
但是很明顯第二張圖的介線比較不明顯,這就是燈管的出光角在實際使用時的差異(這還僅僅只是可以用到燈具反射的情況下20度角的差異;若是以220度和250度角的燈管來說,一個幾乎用不到燈具反射的情況下,那差異就會很明顯了),所以在燈具一樣的條件下,同瓦數和流明值的LED燈管,出光角越大的燈管的效果越好,而我們所見的還僅僅只是一隻燈管的影響,若是燈管數目加大,其效果差異就會越明顯。
(雖然市場上可以輕易的買到出光角在200度以下的產品,但是我們還是選用同一家公司生產的前後世代的LED燈管來做比較,這樣才不會有其他規格參數不同所引起的問題。)
談完了出光角的問題,現在我們再來看看燈管流明值的問題。
之前,我們說過以Philips 的4呎T8螢光燈管(38W)而言,流明值約在3500左右,就算是新式省電型也有3350流明。
然後,根據統計,傳統燈管的有效流明,這名詞的意思是只對照明有貢獻的光線的部份,也就是我們看得到、感覺得到的部份啦。
傳統燈管的有效流明,不算燈具反射的話,最差只能用到60%,而算上燈具的反射則會到70%左右,那我們應該要用哪個數字來選擇呢?
因為我們家中的燈具已經存在,而且若是要連燈具一起汰換的話,傳統照明的燈具的取得容易,也比較經濟,所以我們就只討論燈管的部份就可以啦。
那理所當然的就只用不算燈具反射的60%囉。
所以就算用3350流明來看,我們的LED燈也應該選3350流明x60%=2010流明,大約是2000流明以上的產品,會比較符合原來的照明環境。
但是因為傳統螢光燈管屬於高電壓水銀放電的技術的關係,所以光線會隨著時間慢慢減弱,然後才會兩端發黑、壞掉,相信我們大家都遇到過,但是一般而言,在兩端發黑之前,會有一段相當長的時間是維持在一定的、穩定的亮度,也就是流明值的變化不劇烈的情況,而這段時間的流明值會比規格上的3350流明的數值再小一些。
因此,我們的要求可以再放寬些,大約1900流明以上的產品就可以了。
現在我們整理一下,對LED T8燈管而言:
4呎燈管選擇1900流明以上的產品(大概是20瓦左右)
2呎燈管選擇1900的一半,也就是950流明,一般是會標900流明以上的產品(大概是10瓦左右)
然後,選擇出光角越大的產品越好。
怎麼好像跟選擇燈泡的原則雷同呢?
沒錯,記住,不管如何選擇LED照明產品,其標準都是一樣的:先確定流明值,再確定出光角,最後選擇瓦數,然後,比較價格。
當然,對燈管而言,燈具的散熱效果,遠高於燈管本身的散熱效果,幾乎沒有阻礙,對傳統燈管或LED燈管來說,都是一樣的,這跟燈泡的狀況截然不同。
最後,再說幾句,我常被人問到:到底是T5燈管比較省電?還是LED燈管比較省電?
我想經過上面的論述,我們應該知道要T5燈管是需要(電子)安定器才能運作,而LED燈管,一般都內建變壓器,所以只要接電便能運作,這點我們在做比對時必須先知道。
但是僅僅用燈管來比對的話,LED燈管雖然吃虧,但是依然是比較省電!
以4呎燈管為例,T5燈管是28瓦左右,而LED T8燈管卻只要20瓦左右,很明顯以耗電量而言,LED T8燈管比T5燈管多省8瓦,這還不算上(電子)安定器所消耗的電力。
這樣我們應該很清楚了,所以關於LED燈管的討論就此結束了。
3淺論嵌燈
在談論嵌燈前,我們照例先發發牢騷:
LED嵌燈其實是照明廠商嘗試開發適合LED照明產品的燈具的第一款產品,為何選它,因為它沒有很好的照明效果,通常用在走道一類不是很需要足夠照明的地方。
LED照明的發展卻可以使它有成為主要照明的機會,但是很尷尬的是我們一般都會直觀的想買個LED燈泡直接取代傳統燈泡了事,而不是整組汰換!
這不是我們的錯,而是觀念的改變需要時間,我個人認為也許我們可以考慮整組汰換,因為照明的效果實在差很多,理由可以在文中感覺得到,現在就開始進入正題吧
嵌燈,其實它應該是屬於燈具類,但是在LED照明產品出現前,受限於傳統照明產品的形狀的關係,它一直都沒有很好的照明效果。
所以我們先來看看嵌燈,這類燈具產品
有這種燈泡直立向下的燈具:
也有這種燈泡橫置式的燈具:
而且如上面第二張圖,還有加上一片毛玻璃來達到更均勻的照明效果的燈具。
這些都是使用燈泡的燈具,而且有過經驗的人,或說被陷害過的人,都知道若要換成LED燈泡,橫置式的燈具要特別小心,可能會因為LED燈泡的散熱器比較大而裝不進去,所以要慎選LED燈泡的大小。不過,這不在我們討論的範圍。
當然,也有用PL燈管的嵌燈
但是這些燈具都有一個特性,我們經過上面的學習後應該猜得到,沒錯,它們的出光角都比裡面燈泡或PL燈管的出光角都來得小,而且小很多,基本上是大幅度的減少。
所以在LED照明出現後,才會有LED嵌燈的照明產品出現,現在我們來看看
這兩種不同光板型式的LED嵌燈都有一個特點,就是光板放置的位置很淺,一般來說大概是5-10cm左右,所以LED嵌燈的光線覆蓋範圍比傳統的嵌燈要大得多,這也是我們會建議使用LED嵌燈的原因:可以改善照明氛圍,減少暗區的範圍。
但若是只想維持原因的照明方式,又想省電,也可以只將傳統燈泡換成LED燈泡就可以了。
還有在家中使用一般會建議選用有毛玻璃或其他半透明的透光罩的產品,這樣雖然會損失部份的照明強度,也就是比較沒那麼亮啦,但是卻可以使照明更加均勻,而且可以避免直視發光體,以免強光損壞眼睛。
但若是像圖中這類型的燈具,我們稱之為筒燈,它的用途除了照明,多半還配合裝潢而有特殊的視覺效果,所以一般就換成燈泡就行了。
當然,若感覺要有所改變而整組換,通常也沒什麼問題就是了。
4特殊照明MR16(鹵素燈)
MR16(有時稱為MR-16)是一種由眾多製造商所製定的標準規格鹵素反射燈。經常用在各種需要用更強的光源來強化標示的應用場合,如零售展示照明、景觀照明和自行車頭燈,它們需要從低到中等強度的指向性照明的場合。
當然,也有人用在家居照明的展示櫃中,而隨著間接照明的普及,也被用來做為間接照明的層板下的裝飾照明或強調壁掛物件(如大幅圖呼畫或名家書法之類)的追蹤照明。
而且它本身就具有多重反射罩的設計,以求達到指向性照明的需求,所以一般我們在看待這類型燈源則以其範圍內的均勻的照明為主,這樣才有展示的效果。
P.S. 為了達到指向性照明的目標,MR16耗費了相當高的耗損在多重反射罩上,所以它並不省電。
也因此,一般常用的MR16的應用上以30-50瓦為大宗,它經由多重反射後的照明強度略高於一般照明應用,而且也不會給人太突兀的感覺。
然而,用過的人都知道,它對電源的穩定性要求很高,一但有所波動,極易毀損,而且它的運作溫度高於200度C,對於一般裝潢而言,一但接觸,容易引起火災,所以一般而言,很少長時間開啟。
但是LED所製的MR16則沒有以上的缺點,而且可以長時間開啟,也是目前LED照明應用中,省錢最多的產品,原因都只是因為傳統MR16耗電量高而且太容易壞了。
但是一般家居中,MR16很少長時間開啟,所以大量省錢,僅對商業用途而言,以目前市場上的LED MR16而言,不管價位多高,它都可以在一年內回收成本(省下的電費加上耗材),也因此,選擇合適耐用的產品更顯得必要。
同樣的,對一般應用而言,5-6瓦的LED MR16已經足夠,所以我更注重均勻的照明,不管使用何種技術,有一傳統燈具的零件可以輕易達到均勻的照明的同時,又能減少燈體對眼睛的刺激,也就是較不刺眼啦!
現在我們來看市場上LED MR16產品的外觀
看到了嗎?最後一張圖跟前面的MR16不同點是多了一片有花紋的面板,這有花紋的面板,一般稱為碎光板,還有一種是不透明的乳白色面板,我們在市場上沒找著,它稱為導光板,不過,導光板可能會破壞指向性光源的功能,而這也可能是我們找不到這類型MR16產品的最主要原因。
碎光板是一般傳統照明中,燈具廠商為了解決刺眼,而且在柔化刺眼問題的同時,可達到照明均勻化所使用的零件之一。
所以,我們會建議買這類型的產品,會比較適合居家的使用。
總結:
談過這麼多LED室內照明的問題後,有一點我們還是得特別注意的,它就是照明的強度問題。
近年來,為了省電或省錢,很多工廠或辦公室的照明明顯不足,而長時間處於這種環境對眼睛的傷害頗大,明顯的感覺便是眼睛容易疲勞。
而且當我們從長期適應低光源的環境,回復正常時,可能會有太亮的感覺,最明顯的是白天在室外活動時,會感覺太亮,有輕微的畏光傾向,也因此,近年來,連家居的照明品質也隨之下降不少。
但是,我們又要如何分辨其中的不同呢?是真的太亮還是長期處於照明不足的情況?
中華民國有公佈一份各種照片強度的國家標準,可供參考。
CNS國家標準照度標準(包含各種場所照度標準)
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辦公室 |
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照 度 |
場 所 (1) |
作 業 |
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2000 |
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1500 |
設計 |
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1000 |
辦公室 (a) (2) ,營業所,設計室,製圖室,正門大廳 (日間) (3) |
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750 |
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500 |
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辦公室 (b) ,主管室,會議室,印刷室,總機室,電子計算機室,控制室,診療室 |
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300 |
禮堂,會客室,大廳,餐廳,廚房,娛樂室,休息室,警衛室,電梯走道 |
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200 |
書庫,會客室,電氣室,教室,機械室,電梯,雜務室 |
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150 |
|
盥洗室,茶水間,浴室,走廊,樓梯,廁所 |
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100 |
飲茶室,休息室,值夜室,更衣室,倉庫,入口 (靠車處) |
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75 |
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50 |
安 全 梯 |
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30 |
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備註:
(1)關於室內停車場請參照表10。
(2)辦公室如作精細工作,且日間因光線之影響而室外明亮,室內黑暗之感覺希望能選擇 a 之標準
(3)為了避免日間已適應屋外數萬Lux的自然光,於進入屋內正門大廳時呈現昏暗之情形,正門大廳照度應予提高,正門大廳日夜間照度可分階段點滅調整光線。
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住宅 |
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照度 |
起居間 |
書房 |
兒 童 |
客 廳 |
廚 房 |
臥 房 |
家事室 |
浴 室 |
洗手間 |
走廊 |
儲倉 |
玄關 |
門、玄關 |
車 庫 |
庭 園 |
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2000 |
手藝 縫紉 |
手工藝 縫紉 縫衣機 |
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1500 |
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|
1000 |
寫作 閱讀 |
作業 閱讀 |
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750 |
閱讀 |
看書 化粧 |
工作 |
鏡子 |
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500 |
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餐桌 |
修臉(10) |
清潔 檢查 |
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300 |
團聚 娛樂(13) |
遊玩 |
桌面(12) 沙發 |
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裝飾 |
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200 |
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150 |
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全般 |
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全般 |
全般 |
全般 |
宴會 聚餐 |
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100 |
全般 |
全般 |
全般 |
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75 |
全般 |
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全般 |
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全般 |
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門牌 |
全般 |
陽臺, |
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|
50 |
|
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全般 |
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30 |
|
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全般 |
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20 |
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10 |
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走道 |
走道 |
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5 |
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2 |
深夜 |
深夜 |
深夜 |
安全燈 |
安全燈 |
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1 |
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備註:
(12)對全般照明照度另作局部性的提高照明設備,使室內照明不流於平凡而富有變化為目的。
(13)趣味性讀書當作娛樂看待。
(14)其他場所也準用。
我們僅列出辦公室和家庭照明來參考而已。
看來好像很複雜,其實只要掌握一個簡單的數字就可以了只要有看書或寫字、化妝等作業需求的地方,那照明應達500流明以上(長時間讀書的書桌,照明要增半,須達750流明以上,可以用檯燈輔助不足的部份);其餘的空間,像看電視、玩游戲的位置或其他活動區域,可酌量減半,250300流明就夠了。
更零碎的地方,如儲藏櫃、展示櫃或玄關等,則聽設計師的意見便是,或自己感覺舒服就可以了,畢竟這些位置不屬於主要活動區域,還是以自己的意見為主。
所以,我們來再次檢視我們所說的判別方法:
1.確認流明值和色溫
色溫:由我們自己的需求而定,看是溫暖色或要稍微白一些。
流明值的選擇(以白光6000K為例,3米高左右):
a。傳統4呎38瓦燈管以1900流明以上取代;傳統2呎18瓦燈管則以900流明以上取代。
b。23瓦螺旋燈泡(75瓦白熾鎢絲燈泡)至少要900流明才能取代;而27瓦螺旋燈泡(85瓦白熾鎢絲燈泡)則以1200流明取代會安全些。
當然,若是因天花板高度較低而感覺太亮的關係,可以酌情減低100流明左右。
2.確認出光角及瓦數
若選定了流明值,則以出光角越大,瓦數越小為優先選擇。
3.比價
需求符合後,當然要選便宜的啊!
但是,我們還是建議選幾種中等價位的LED照明產品回家測試,以免測試難以過關!
最後當然是回家裝置好,連開72小時(3天)測試啦!
我們別覺得麻煩,必竟LED室內照明產品花樣煩多,良莠不齊,令我們難以判斷,也因各家電源穩定度和燈具型式完全不同,在完整的檢驗標準及統一規範底定前,還是小心選擇和完整自我測試為佳。
因為LED室內照明產品的價位實在太高了,一但選錯就難以翻身,只能白白浪費金錢,所以我們更要不怕麻煩,小心選擇優良的產品,來支持優良得廠商,以免出現劣幣驅逐良幣的狀況再次發生,期待不要再有黑心或一味求便宜而犧牲品質的產品出現!!!
