ＬＥＤ在照明工程中的应用 ■付艳铮天津市市政工程设计研究院

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ＬＥＤ在照明工程中的应用 ■付艳铮天津市市政工程设计研究院

作者：power 来源：网络点击：日期：2007-09-03

在现代都市中，大功率气体放电灯、泛光照明、霓虹灯、灯箱广告等光源所产生的光污染，已经对人类、自然环境以及天文观察造成严重危害。21世纪，解决光污染，是照明技术急待突破的课题，LED应运而生，前途无量。过去10年来，ＬＥＤ在颜色种类、亮度和功率都发生了极大的变化。ＬＥＤ以其令人惊叹而欣喜的应用在城市室内外照明中发挥着传统光源无可比拟的作用。ＬＥＤ寿命长达10万小时，意味着每天工作八小时，可以有35年免维护的理论保障。低压运行，几乎可达到100％的光输出，调光时低到零输出，可以组合出成千上万种光色，而发光面积可以很小，能制作成１平方毫米。经过二次光学设计，照明灯具达到理想的光强分布。快速发展的ＬＥＤ技术将为照明设计与应用带来崭新的可能性，这是许多传统光源所不可能实现的。
一、照明与LED光源
科学需要分析和理解，照明需要鉴赏和品味，艺术则需要深层的直觉感悟。照明艺术必须透过光和照明，才能产生生命力。
照明可以改变环境的外观，艺术性的照明灯光和色彩，构成动态和静态的光、声、色的景观，更显示出景观庭园灯具的小品化、雕塑化、时装化，给大自然环境的点缀。
随着人们思想意识，生活方式的不断改变，灯具、光源、材料、风格与设计方式都发生很大的变化。在选择适宜光源，除了经济因素外还要从整个光环境效果及材料的质感可靠性考虑，还注重自然环境与照明统一性。照明应用LED光源就摆脱传统照明的思路设计。
二、 LED的光环境
为了提高可视性和观赏性。LED已越来越多地应用到信号和标识照明，道路上的交通信号灯，建筑物中的诱导灯和勾勒轮廓的立面照明，城市广场、园林、步行街道的庭园灯光多色彩的照明，都是采用超高亮度的LED后生产出来的，其优异的节能特点和极长的使用寿命,被灯光设计师和业主们青睐。
三、LED光源的特点
1、发光均匀性好,发射光角在100度,发光率在40～50Lm/W。
2、光源平均寿命≥10万小时,不出现严重的光衰现象,发光衰减量≤10%,能耗≤24W。
3、发光波长应一致,光色RGB的发光强度应能连续变化。
红光: λ=630nm～650 nm
　　黄光: λ=585nm～593 nm
　　绿光: λ=525nm～528 nm
　　蓝光: λ=467nm～473 nm
4、可按照环境整体要求进行编程控制,产生整体的艺术景观效果。
5、LED魅力四射，优点多多。除了寿命长、耗能低之外，LED更大的长处有三点：一是应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是环保效益更佳，由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，属于典型的绿色照明光源，而且废弃物可回收，没有污染；三是控制极为方便，只要调整电流，就可以随意调光，不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。
四、色调
LED发光二极管有着柔和的光色，在广场和园林照明有较强的艺术效果，它不仅为人提供舒适的视觉条件，更需要通过各类光色的协调，体现景观照明风格，增加艺术美感，达到灯设计意图所刻意创造的空间景观，满足人的视觉需求、审美需求、心理需求。
由于夜景在庭园灯光小品上反映的颜色对人所产生的视觉感受，表现出不同的色调、艺术欣赏、文化层次。红色是暖色调，使人感受到热情、温暖、热烈；黄色属偏暖色调，给人高贵、光明、欢快的感受；绿色是森林的主调，它使人想到青山绿水、春光明媚；蓝色是一种极其冷静的色彩，使人联想到碧蓝的海洋；白色是冷色调,它给人以优雅、纯真、平和的感受。
五、ＬＥＤ在照明工程中的应用
1、景观照明
　　对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于ＬＥＤ光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为ＬＥＤ投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间，对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。
由于ＬＥＤ不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用ＬＥＤ作为光源进行照明。ＬＥＤ隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。
2、标识与指示性照明
需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的ＬＥＤ自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，ＬＥＤ与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。
3、室内空间展示照明
就照明品质来说，由于ＬＥＤ光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的ＬＥＤ，室内装饰性的白光ＬＥＤ结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用ＬＥＤ，对于低矮的空间特别有利。
4、娱乐场所及舞台照明
由于ＬＥＤ的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，ＬＥＤ的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值(10，000小时后仍然维持90％的光通），与ＰＡＲ灯和金卤灯的 50～250 小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，ＬＥＤ克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与ＰＡＲ灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前ＬＥＤ彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。
5、视频屏幕
全彩色ＬＥＤ显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的ＬＥＤ显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只ＬＥＤ，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100ｍ的超大型ＬＥＤ屏，总计面积达到3600平方米，堪称世界第一。
6、与工业设计相结合
　　ＬＥＤ是近年来欧洲产品设计师的宠儿，他们将ＬＥＤ作为产品设计元素的一部分，驰骋于想象的空间，将光、玻璃或其它材料结合在一起，成为美轮美奂的艺术品。
六、ＬＥＤ产品研发亟待解决的问题
ＬＥＤ是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链，但在白光照明实现ＬＥＤ功能化照明方面存在着许多制约因素。因此，在目前的情况下，对ＬＥＤ照明产品开发与设计寄予以下希望：
1、满足人们对照明的个性化需求
ＬＥＤ的模块化，为照明设计带来了便利，通过设计者充分合理的布局，使ＬＥＤ处于良好的工作状态。ＬＥＤ的产品在满足个性化照明方面是传统光源相形见拙的，ＬＥＤ产品形制的多样化将达到前所未有的程度。因此，ＬＥＤ产品个性化的研发与设计是所有ＬＥＤ灯具供货商必须要面临的最大挑战。
2、面发光ＬＥＤ产品考虑建筑的模数化
面发光的ＬＥＤ必须与城市设计和建筑设计相结合，才能满足设计者的需求。例如作为地面铺装的夜间装饰，产品的尺寸与地砖的尺寸相协调，即符合模数的要求： 150×15；200×200；200×100；300×300；400×200等。
3、小功率ＬＥＤ灯具设计
城市夜景照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，小功率的ＬＥＤ产品应该能够找到它的用武之地。ＬＥＤ发光角度小，方向性强，可作局部重点照明。问题是要给设计师提供有足够大的选择范围，外观上也应有美观的要求。可以肯定地说，ＬＥＤ将会在未来引领照明的时尚与新潮。
4、环保与节能，ＬＥＤ的合理利用
绿色照明的概念是全球追随的生态设计目标。如果能将ＬＥＤ与太阳能电池组合，将会扩大ＬＥＤ的应用范围与场所。
5、大功率、高光效、高显色性的白光ＬＥＤ照明产品研发
ＬＥＤ在照明领域的使用目前还受到技术水准和价格的限制，目前我国ＬＥＤ在照明领域应用的困难是ＬＥＤ白光光效不高(每瓦只有20流明左右），功率不大(几十毫瓦至一瓦）、价格贵。但是白光ＬＥＤ的发展前景看好，发光效率将达到 100 lｍ／ｗ，单颗的输出功率达到10Ｗ，大功率、高亮度ＬＥＤ集成封装技术的研究，包括驱动电路及特种灯具的开发，无疑是ＬＥＤ最终走入照明领域的关键。一旦光效和价格问题得到解决，ＬＥＤ将是未来照明的主体。

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