☆LED節能減碳應用於照明設計★
一、 引言
在具備光環境之照明規劃基本思維外,設計者對於建構一個優質照明環境下,創造藝術價值及話題,為光藝術。
當光芒由黑夜中射出,光線彷彿能深入夜間靈魂深處。照明設計師試圖將人工照明自在融入空間環境,是為光環境。因此,在西方照明高科技及材質不斷創新、求變的帶動下,LED從一個半導體光源與傳統照明應用的革命,強勢地帶動照明設計的改變,使得LED建築造型語彙得以重新詮釋,相對改變了照明設計軟、硬體之應用。隨著人們對環境氣氛的要求越來越高,光所具有的特性,包含色溫的冷、暖之分及由波長定義色彩,經過照明設計師「裁剪」,使夜間呈現光線不同形體的表現、透過光與不同材質配合,皆可形成無數樣式,演繹動人的場景效果。
從九十年代後半期,發光二極體(Light Emitting Diode ,LED)產品,從一個光電技術躍升到照明應用的同時,帶動照明設計與規劃的多樣性。許多設計師開始不斷探索LED神奇魅力。當光被設計師們更好地利用並展現其魔力時,人類生活空間因LED創新概念所賦予空間更多情境氣氛,也是傳統光源無法比擬。因此,LED光源雖是理性科學,但被運用於感性講求情境氣氛的空間;但如何兼具延續空間基本需求、美學與經濟效益(如預算、節能、安全性與維護管理)的掌握,成為照明設計具體實踐上最複雜化的考量。
除此之外,以現在照明設計師的角度觀察,就照明規劃流程而言,創新照明設計手法及工程技術是緊密結合而不可分的;從照明設計、燈具產品整合及施工技術,這三者之間的運用與搭配,宛如色彩的調和般,獨重其中一項或是刻意缺一,都是使得整體成品呈現失去協調性的。相對應的重點:儘速整合使得LED標準化,推動國家技術標準及規範、或是工程技術指南,來把關夜間照明的工程品質;其次,LED燈具品質穩定性及合格證認定,才足以摒除良莠不齊LED燈具充斥在市面。在追求突破LED光源技術層面外,衍生而來的負面問題,包含過量光源對大自然環境、動植物,甚至對人類身心理異常,卻是值得政府、產業界及學術界省思;反之,綠色設計價值應用更應發揮在LED光源新思緒『與自然共處,以人為本。』為出發點。
(二)人造光源對大自然之效應
人類創造出光,使黑夜得以光亮,拉開人類夜生活序幕。人類的生活,得以從白晝延長至黑夜,漸漸地人類忘卻『自己是日行性動物,而非夜行性動物』的本質。根據統計,三分之二的人類居住在光污染的環境,五分之一的人再也看不到清澈的天空。當人類試圖改變人類生活運行節奏,卻也獲得相對的嚴重後果;光污染 (Light pollution),使整個光環境韻律被破壞殆盡,不僅影響到人類自身之外,更是對其他物種的遷徙、繁衍與下一代的養育,產生巨大的改變。
最具繁華代表的紐約市而言,光污染與雲霧結合後,模糊了紐約市的天際線(Sky Line)。即使晴空萬里的夜晚,觀星者位處受光害影響最少紐約中央公園,也無法看到夜間大自然之星空;如同大部分的美國城市,星空皆被眩光阻擋。夜晚,被籠罩在雲層中顯得極度閃亮,大部分都是因為光從無數街燈中逃脫而形成光污染。
以加拿大多倫多為例,都市中多數帷幕玻璃幕大樓,不論早上或晚上,成了多數的鳥類殺手,不僅使鳥類迷失方向,更使她們筋疲力盡無力飛出這城市迷宮。人造光源不僅僅讓鳥類困擾,夜間過多的光害讓鳥類以為這是他們等待的黎明,而展開覓食,但卻因都市帷幕牆光源反射及內部光源點亮,致使鳥類撞擊建築人造結構體而致命。舉例來說,FLAP(致命光源體認計畫)測量在北美最少一百萬隻鳥類,大部分是低飛的歌唱鳥類,死於撞擊建築人造結構體。
在多倫多,一隻黃腹啄木鳥因為撞上一棟發亮的建築體而死亡。大部分我們在市區所檢到的鳥類都是黎明前碰撞的受害者,減少大樓人造光數量不但可以省錢且可以減低污染,這樣不僅僅可以使大眾受惠,特別是鳥類。
光污染的避免並不是要停止夜間燈光的使用,其目的在於減少不必要的燈光和光線溢漏,也就是『在需要照明的地方使用有效率的照明』。1988年『國際暗天空協會』(International Dark-Sky Association,IDA)成立,針對光害造成的影響進行研究,並推動相關的立法及大眾教育工作。2003年捷克在大氣保護法中訂立了全球首例的光害防制條款,成為首個將光害防治列入全國法規的國家,象徵著光污染防治的里程碑!
據估計有50%的光污染來自於路燈,不良的路燈會使駕駛人感受到炫光,影響行車安全。因此IDA致力於宣導路燈的改善,並提供認證服務,國際照明協會(CIE)也根據不同區域類型,對室外照明燈具的光強度訂出明確規範,各國也紛紛開始採用這些可降低光害、節省能源的燈具。澳洲、英國等已開始施行,日本已對CIE所分類的四處戶外環境,對不同街道照明燈具制定明確的產品規範。
體認光污染的危害的另一個意義,是讓能源利用更有效率!不當的照明規劃,使光線往天空漏失,這些光線不但製造光污染,同時也代表了能源的浪費,因為『它沒有照在應該要照的地方』!溫室氣體產生溫室效應,引起氣候的迅速變遷,也同樣威脅人們的存續。更有效率的使用能源,對能源問題、溫室氣體問題都具有正面的幫助。以台灣地區而言,每年的路燈電費就超過16億,也就是說約10億度電用在路燈上,假如能對不良的路燈進行改善,而全面擬定照明設計規劃,以正確的室內外照明觀念,進而促進城市美學的提升。
處在失衡的世界,人類必須要從源頭重新開始思考,到底黑暗對我們有著什麼樣的意義。當街燈安裝之後,蝙蝠漸漸失去棲息地並死亡,夜行的鳥類漸漸失去應有的生活空間。在經過了燈泡發明百年之後,更應該要思考,如何將照明運用正確,與萬物的運行相符合。
在多倫多,人們蒐集了三個月的空中受害者,並展示於博物館。總共有著超過1000隻鳥,超過八十九種鳥類。
(三)光、色和健康:
如果當LED成為主流光的同時,光色適當選擇正是照明設計的精髓所在。當失去正確方向,又缺少對色光運用內在的價值的重視,就成為今日許多色光的使用失去章法的原因,以及很多情況多色彩退化成裝飾的地步。
舉例來說,依據人類的生活環境約略可區分為春、夏、秋、冬四種天候背景,按照氣候運行的特色,各有不同代表顏色。將四季的觀念帶入照明設計之中:四季節點設定為『春夏秋冬』,照明與時間、季節的相關顏色的結合,它的作用彷彿時間一樣,卻能比時間提供更多的訊息,藉由色溫顏色的變化通過如水流般的流動韻律,營造出另一種與自然氛圍相呼應的空間。
節能及時段控制:「夜晚我們選擇讓心靈的沉澱,提醒我們生命的規律。夜晚是休息的時間,也是從另一個角度欣賞城市的時間。」合理地設定燈光節點,依時間段控制令燈光變化更具多樣性,及以燈具特性考量均能達到節能目的及美觀。夜間,一般人活動最集中的時段為七點到八點之間,可考慮將最多樣重點燈光集中在這一時段點亮。隨著人流量的減少,可以將燈光減少到30%或20%。考慮到夜晚是大地休息時刻,也考慮到節能減碳環保問題,將讓城市因著合宜的照明規劃,而有更多的變換之美。
配合嶄新技術:就LED的運用,輔以配合向日葵光纖、太陽能電板等技術,能讓城市照明不僅是建築科學、光學的結合體,更是城市經營、管理的一門學問。城市的美麗,夜晚來臨時,並不是越光亮越好,燈光的裝置,也不是色彩越多越美麗,而是經過協調後的城市光廊新美學。
(四)LED於具體應用時的檢視
後奧運時代之LED照明設計
2008年北京奧運所揭開的LED表演應用令全球耳目一新,帶動所有人對LED的驚艷。接連著大陸地區將舉辦2010年上海世界博覽會、廣州亞洲運動會,和2011年深圳世界大學運動等活動,相信能持續帶動大型LED看板、建築景觀照明、表演展示等等之應用商機。同時在照明市場上,除了因國際展覽賽事帶動的LED浪潮外,各國政府更大力推動道路LED照明,透過LED路燈照明規格相繼定案,預估2009年全球LED路燈市場將開始邁入快速成長期。
早年,發光二極體以作為指示性光源最主要用途,除指示燈用途外,其它多用於軍事、隔離等場合,雖然其價錢高,但穩定的使用壽命能確實降低維護費用,很符合特殊空間的高規格需求。
近年來,由於發光二極體製造成本持續降低,不僅其效率和亮度不斷提高,加上其原有壽命長、安全性高、發光效率高(低功率)、色彩豐富、驅動與調控彈性高、體積小、環保等特點,使得發光二極體在一般照明市場應用得以大幅度擴張,帶動其市場需求成長。
表演用之LED,受LED本身侷限較少,但如將LED運用於照明發展上,目前仍有諸多問題等待解決,包括成本、發光效率、後續維修及散熱問題等,等其效率提昇之後,LED照明產業將更能蓬勃發展。
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