【LED光源在现代建筑化照明中的应用初探】led环形光源,超宇照明24&w

　　摘要：随着照明技术的不断发展，以绿色、节能为特征LED 光源以其丰富的色域、不断提高的发光效率和逐年下降的价格优势，在现代建筑化照明中显示出巨大的市场潜力。论文首先对建筑化照明概括，并通过LED光源的特点列举了LED光源提高常规照明质量方面的实例，最后探讨了建筑化照明关键设计技术。
　　关 键 词：LED光源 建筑化照明应用
　　中图分类号： TG115.3+31 文献标识码：A 文章编号：
　　Abstract：With the continuous development of lighting technology, with green, energy-saving features of LED light source with its rich color gamut, and constantly improve the luminous efficiency and decreasing the price advantage, in modern architectural lighting showed tremendous market potential. First of all papers on the architectural lighting generalization, and through the LED light source characteristics listed LED light source to improve conventional lighting quality aspects of the case, finally discusses the key technology of architectural lighting design.
　　Key Words：LED light source; Architectural lighting; Application.
　　引 言
　　在当前绿色节能建筑不断发展大背景下，LED 具有光色饱满、无限混色、迅速切换、耐震、耐潮、冷温、超长寿、少维修、低功耗、体积小等优势，在现代建筑化照明中发挥了不小的作用，尤其是以对照明质量尤其是照明质量的非量化指标要求高为特征的场所，如需要适应时间、事件和功能的不同相应的对照明场景进行调整的场所，都可以使用。LED 光源不仅能够满足常规照明质量量化指标所规定的照度等要求，而且LED更是把建筑美学体现的淋漓尽致。此外，通过相关技术控制，得到不同色温不同亮度的照明效果，无论是做背景气氛照明还是局部重点照明，正确的设计都能达到积极的心理影响；提高了照明的文化品味和美学价值，从非量化的角度改善了环境照明质量。
　　1建筑化照明的提出
　　建筑化照明是将灯同建筑构件(顶棚、屋檐、梁、柱、地板、外墙挑檐等)合成一体，采用埋入式隐蔽光源，利用建筑物的表面反射或透过光线，达到使建筑物的一部分光辉夺目的目的，从而使建筑和照明融为一体的照明方式。这种见光不见灯的照明方式，形成简洁高雅的格调，具有优良的光环境质量。
　　发光二极管是由P型和N型半导体组成的二极管。发光二极管的发光原理可以用PN结的能带结构来解释。在LED的PN结附近，N型材料中多数载流子是电子，P型材料中多数载流子是空穴。PN结上未加电压时构成一定的势垒，当加正向偏压时，在外电场作用下，P区的空穴和N区的电子就向对方扩散运动，构成少数载流子的注入，从而在PN结附近产生导带电子和价带空穴的复合，同时释放出相对应的能量hμ(h为普朗克常数，μ为光子频率)而发光。
　　LED 进入照明领域是新生事物，具有划时代的意义，LED能满足人们对建筑环境照明个性化的需求，能与建筑构件的结合，体现一定的环保与节能，发展新型 LED 混光、混色技术等给现代建筑化照明带来了革命性的突破。
　　2 LED 照明光源特点
　　自国家实施“中国绿色照明工程”以来，绿色照明的概念已深入人心。作为节能环保光源的首选，相对于其它较普及电光源来说，LED 光源具有如下优点：
　　（1）能耗小：白炽灯的光效为12～24 lm/W，荧光灯的光效为50～70 lm/W，且大部分的耗电变成热量损耗。LED 灯的光效可达50～200 lm/W，且光的单色性好、光谱窄，有更少的热辐射，无需过滤可直接发出有色可见光。LED 的光谱几乎全部集中在可见光频段，效率可以达到80%～90%，而光效差不多的白炽灯其可见光效率仅为10%～20%，所以其发光效率是普通灯泡的8～9 倍。
　　（2）光源光线的利用率高。对于传统光源来说，从发光体发出的光线，都向空间散出去，部分光线可直接利用，而许多光线只能间接利用(通过反射器后才可利用)，自然就比较低。利用LED 制作的照明灯中约90%二极管发光角度可同灯具发光角度保持一致，从而使发出的大部分光线能直接射向指定区域，只有很少一部分通过反射，因此光源利用率要远高于传统光源。
　　（3）坚固耐用：LED 是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固，属于一种全固体结构，灯体内也没有松动的部分，所以能经得起一定强度的震动，冲击而不至损坏。使用中由于LED 辐射的是冷光且没有灯丝电极，所以耐振动。这些特点使得LED 具有极长的使用寿命，其理论寿命在5～10 万小时，是白炽灯的60～100 倍，应用于照明领域，维护成本大为降低。
　　（4）安全环保：半导体LED 单位工作电压大致在1.5～5V 之间，目前功率等级最大的单个LED 工作电流也仅几安培，对人体无害。LED 是一种环保性的绿色光源，由无毒的材料做成，生产过程及其产品无污染，同时LED 光源技术与传统发光技术相比，还是一种无污染的无汞光源且废弃物可以回收利用。因此，LED 光源被誉为21世纪最有价值的绿色照明新光源。
　　3 LED光源提高常规照明质量方面的应用
　　LED 光源在很多使用场所都有发挥其自身优势的应用潜力，例如：餐厅酒店照明系统、街景路灯照明系统、多功能厅照明系统、博物馆照明系统、高校图书馆照明等甚至办公室照明系统。
　　（1）餐厅：随着经济的发展，餐厅的功能不再那么单一，可以提供快餐、可以宴会客人、可以喝咖啡休息谈生意等等，除了达到规范规定的照度标准，还应依据餐厅的功能、规模、等级及餐饮食品的特点，就餐者心理需求和室内装饰和整体艺术效果，对光源的色温、显色性进行合理选择。在设计宴会厅的光环境时，考虑到营造宴会进行时的热烈气氛，人们可以使用暖色调的白光 LED 作照明光源，而在平时一般快餐功能时，为了营造一个简洁、明快、高效的就餐环境，通常采用色温较高白光 LED 组合。光源的显色性是餐厅光环境评价的重要指标，可以选择适当波长的红绿蓝三种颜色的 LED，使显色指数达到 95 以上，这样能确保各种食物看上去都色泽鲜艳，不失真，诱发就餐者食欲。
　　（2）室外景观照明：这种用途是 LED 的强项，根据建筑结构的要求，不同色温的白光 LED 可以产生不同的空间层次感，可以营造不同效果的心理感觉。城市景观照明就是用灯光重塑城市的夜间形象，为人们的夜间生活提供一个良好的光照环境，其主要是依照光和色的综合艺术效果体现的。LED 能耗小，颜色纯，不管是建筑立面串灯彩色光照明(构建轮廓图)，还是用于商业街、公园等彩色照明都是适用的，而且是首选。
　　（3）高校图书馆书库照明。由于高校图书馆书库在借书高峰期，人流量非常大，这就要求配合人员流动传感器的光源必须能够提供瞬时启动。符合要求的传统光源，只有白炽灯。但白炽灯发光效率低，寿命短，且点亮时，会产生大量的热辐射，不宜应用于书库照明。目前高校图书馆常用的光源－荧光灯，不能满足上述条件的要求。白光 LED 灯相对传统光源来说，具有很多优势。LED 反应速度快，点亮仅需 100nms，且点亮次数的多少，对其寿命没有影响。高校图书馆书库 LED 照明控制设计，建议采用被动式红外传感器。
　　（4）博物馆展厅照明。对于博物馆展厅照明首先考虑的就是光害问题，因为光源发出的紫外辐射或者红外辐射可能会对文物造成不同程度的损害。荧光灯于作业过程中会产生大量的紫外辐射而致对文物展品保存产生一定程度的危害。白光 LED 完全不存在这些缺点，其发光原理较荧光灯、金卤灯简单，其光谱分布曲线十分单纯，从光谱分布曲线中可看出其波长在397nm以下的紫外辐射及 770nm 以上的红外辐射能分布几乎为零。也就是说其无紫外辐射及红外辐射的存在，另外LED 的光色可调性更为展厅照明提供了一个灵活的选择，根据展示的不同文物，选择合适的光源亮度和色温效果，配合博物馆文物展示环境的空间亮度关系，参观者的视觉效果及展品陈列的展现内容特性关系共同配合考虑设置，以设置最为人性化的照明光环境。
　　对于LED 营造的动态化照明适合使用的照明场所远远不止这些，甚至家庭中用作常规照明，夏天可以调到 5000K 色温，给我们清凉的感觉；节日调到 3000-5000K 色温，营造出节日欢快的气氛；冬天及有朋友来时调节到 3000K色温，呈现出温暖、稳重的气氛；生日聚会点缀缤纷色彩，随音乐跳动，营造出舞厅的感觉等，不再赘述。
　　3 建筑化照明关键设计技术
　　3.1建筑室内照明
　　（1）发光天棚。为了保持稳定的照明条件，在整个天棚上安装灯具，在其下边安装上扩散板(乳白透明片)得到扩散光的照明，好像天空效果一样。发光天棚的构造方法有两种，一种是把灯直接安装在平整的楼板下表面，然后用钢框架做成吊顶棚的骨架，再铺上某种扩散透光材料（如图2）。
　　(2）反光天棚。将天棚的一部分做得高些，在它的凹下部分和墙壁的上部分装进灯具，所有的光射到天棚上，靠反射光照明室内的一种间接照明（如图2）。由天棚面的扩散光，使室内照明呈现出一种柔和的气氛。天棚面的反射率直接关系到照度、天棚面的亮度、灯泡的遮光等。装饰顶棚四周，可装置下直射光灯具衬托美观。
　　
　　图1 发光天棚 图2 反光天棚
　　（3）隔栅天棚。整个天棚装上灯，在它下边装上隔栅的照明。扩散光受隔栅结构的影响。靠隔栅的反射率可以调整天棚的亮度。
　　（4）光梁和光带。将发光天棚的宽度缩小为带状发光面，就成为“光梁”或“光带”。从提高效率的观点来看，采取缩小光带断面高度、将断面做成平滑曲线、反射面保持高的反光比以及利用玻璃有较高的透光比等措施是有利的。
　　（5）透光玻璃幕墙。突破室外投射光的局限，在美化环境与建筑的前提下，根据景观的整体需要，以室内光源的充分利用来取得室外观察的良好效果，决定光源的设置。从外面街道上看去，整个建筑的幕墙就成为一个富于表现力的大屏幕。在这个屏幕上，每个内部间隔空间(窗口)就是一个有色彩、有亮度、有空间位置的彩色灯光元素(光元)。上海的金茂大厦的单体内透照明充分利用玻璃透光的特性，让灯光从内部外泄，达到通透效果，既不损坏建筑立面，又便于维修，是效果与经济完美的一种泛光照明手段，也是建筑泛光照明的更进一步发展。
　　（6）发光地面。在地面下按纵横方向做好格栅，在地面上以钢化玻璃做成方格形，在地面下格栅之间装灯，利用控光装置使灯光颜色不断变化，成为发光地面，适用于酒店大堂，娱乐场所及演播室等房间。此外也可用于室内楼梯的装饰。
　　3.2建筑外立面泛光及装饰照明
　　（1）建筑化线性灯饰照明法。一般做法是将高亮度白炽或 LED 美奈灯或通体发光光纤，有时也用霓虹灯等线性发光条或带嵌装在建筑立面需要做夜景装饰的部位，以形成和建筑一体的线性内透光发光条。
　　（2）建筑化发光盒照明法。这种发光盒子有矩形、正方形、圆形等几种，光盒内一般装荧光灯或低功率 HID 灯。将光盒嵌装在建筑立面需要重点装饰的部位，与建筑结合成一体，来美化建筑立面。比如上海浦东八百伴百货大楼使用建筑化发光盒美化建筑立面，均收到了独具特色，日景和夜景双优之功效。
　　（3）建筑化外墙灯槽照明法。利用外墙上部或中部挑出的壁檐或横向勒线位置设计暗灯槽，将光源、灯具隐藏在暗槽中，并照射墙面，形成均匀明亮的光带，以装饰建筑夜景。比如北京东方广场壁檐暗灯槽照明是比较有代表性的实例，由于暗槽宽大，检修十分方便。
　　3.3建筑环境及园林景观照明
　　园区的景观设施主要有 绿化（草坪和树木形成的立体绿化）、水体、雕塑、花坛、景观墙等，白天它们作为景观设施为人们生活提供了优美的环境，晚间如果没有照明，白天绿化的翠绿、水体的透彻都看不见了，因此要给与适当的照明。对于树木和雕塑一般采取重点照明形式，要选取适当的光色，合适的投射角度和投射位置。利用间接照明技术的标志性灯具和隐藏式的地埋灯，用集中的光束照亮某一点，而让其他的区域保持昏暗会产生强烈的明暗对比。而对于水体照明，一般采用水下照明的方式，并且用地埋灯标示水体的边界，起到警示的作用景观墙或柱一般采用韵律性较强的装饰照明方式，不但形成优美景观，同时也提供了一定的环境照明。对于路和台阶有必要有一定的功能照明，但是可在考虑功能照明的同时考虑其装饰作用。
　　4结语
　　总之，LED 进入照明领域是照明技术的一大飞跃。本文将 LED 与建筑化照明结合，论文通过对LED 光源在常规照明应用中的优越性和实现方法的研究，为照明质量的改善以及 LED 进入常规照明领域进行了有益的探索，为充分利用高效节能灯具达到高质量的建筑光照环境要求提供了可选途径，具有一定的理论意义和较高的实用价值。
　　参考文献：
　　[1] 李琳.浅谈LED在建筑照明设计中应用[J]. 科技创新导报. 2009(11)
　　[2] 郭振涛.LED产品在建筑照明工程中的应用及效益[J]. 电力需求侧管理. 2008(05)
　　[3] 王靖绚,高劲松,韩临曦.智能LED灯在建筑照明中的应用与研究[A]. 安徽节能减排博士科技论坛论文集[C]. 2007
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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