LED照明技术在景观照明中的应用

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：LED光源可以按照预定要求在色彩、亮度、灯光因素配置等方面加以变化。LED光源在景观照明应用中还有以下景观特征：1）照明效果能变化，实现动感化。3）将若干个二次设计完成的LED组件合并成一个有相当规模、满足照明要求配光曲线的景观灯具，这就是LED的三次光学设计。

为了提高可视性和观赏性，LED已越来越多地应用于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表现出来的，其优异的节能特点和极长的使用寿命，受到了灯光设计师的青睐。

LED光源可以按照预定要求在色彩、亮度、灯光因素配置等方面加以变化。以勾画一幢建筑物轮廓的灯的光柱为例，LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在微处理器的控制下按不同模式加以变化（例如水波纹式连续变色或定时色彩变化等），形成夜晚高楼大厦轮廓的千姿百态的效果。在城市街道或绿地中，用草坪灯、地埋灯、庭园灯等各种不同造型不同功能的LED光源，可以形成色彩绚丽的灯光幻影。这种“多色彩，多亮点，多图案”的变化正好显现了LED光源的特色。

LED光源有着柔和的光色，它不仅为人提供舒适的视觉条件，更需要通过各类的光色来协调，增加灯光艺术美感，达到设计意图所刻意创造的灯光氛围。在夜晚，可产生诱人的灯光形态，满足人们的视觉需求、审美需求、心理需求。

由于LED光源不受空间的限制，因而可以“积木”式地任意拼装不同亮度、不同色彩（不同波长）的光源，可以构成接近自然的赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七彩灯光。如用LED光源设计制作大屏幕墙，将LED灯镶嵌在整个大楼墙面上，则可以起到“想象之中，意料之外”的独特视觉效果。采用LED光源，可以较为方便地制成流水般跑动和奔放跳跃的动态光源，很适合用在横跨路面的立交桥上和大面积草坪的周边景观上。众所周知，LED接通与断开的时间以微秒计，这是传统光源所无法比拟的。用LED光源构成的跑跳式灯光可以让人感到心旷神怡、激情荡漾，可以充分体现灯光的动态效果。LED光源在景观照明应用中还有以下景观特征：

1）照明效果能变化，实现动感化。

2）景观照明设备的隐藏性好。

3）景观照明的安全性好。

4）景观照明设施的维修与管理工作量小。

1.LED光源产品

一个典型的LED范例，其中包括电学、热学以及光学的模拟计算。大功率LED光源决定了大功率LED灯具的最终光通量。因此，选择高质量的适配光源是灯具的基础。LED芯片的研发固然重要，但灯具的设计和研发同样不容忽视。大型景观灯主体照明光学系统的结构包括以下3种设计：

1）芯片外加光学系统得到适宜应用的一次光学设计，这由LED器件的生产商完成。

2）将一次光学设计的单只LED装入一个量身定做的透镜中，得到需要的定向光束。这就是所谓的二次光学设计，可得到满足单只光学需求的LED组件。

3）将若干个二次设计完成的LED组件合并成一个有相当规模、满足照明要求配光曲线的景观灯具，这就是LED的三次光学设计。

在LED光源产品中，大多数产品，例如光柱、草坪灯、地埋灯、装饰灯等均是用市电供电，这就要求在这些灯具中设置AC/DC转换电路，以适应LED电流驱动的特征。以光柱为例，为便于建筑上的安装与设置，需要在数十米长光柱间相互对接而只能用一个电源接入点，因此每根光柱内要设置一个既能独立工作又能相互对接的独立电源。这个电源既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向电流输出，又要有较高的变换效率，否则就会失去LED节能的优点。另外，成本低也十分重要，可选择开关电源、高频电源、电容降压整流电源等，根据电流稳定性、瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求做不同选择。

可以放置在E-27标准灯头内的高频开关电源使LED的供电十分安全可靠，电源效率达90%。内置这类电源的LED灯具可以适应交流85～240V的工作电压范围而灯内LED的电流基本不变。电源是影响LED光源可靠性和适应性的一个重要组成部分，必须作重要考虑。

LED光源产品另一个重要的考虑因素是LED器件的可靠性。作为半导体器件，LED的失效模式研究对评估LED光源的寿命十分重要。LED器件同样符合“浴盆曲线”这一失效规律，因此，如何筛选早期失效器件，即“加速”寿命试验方法的研究显得尤为重要。随着LED光源的广泛应用，目前，现有的芯片封装方式已不能适应灯具制造的需要。不仅如此，目前LED芯片的尺寸也正在向大面积化方向发展，大功率LED器件的出现已迫在眉睫，因此，对芯片的版图设计、芯片的热分布研究势在必行。对于封装企业，则要进行低热电阻支架以及支架材料的导热不导电的特性研究，这也需行业协同来加以发展。提高发光效率、改善散热特性是LED光源发展中必须解决的问题之一。与此同时，在行业协同下开展LED可靠性研究，规范器件老化筛选标准，是解决LED光源在应用中遇到的一些问题的有效途径之一。

2.LED照明灯具

LED灯具在景观照明工程中的应用逐渐增多。比如，用LED灯具勾勒建筑轮廓，或在建筑立面上嵌入LED灯具，通过发光组合成图案，或用小型的LED投光灯照亮建筑或构件的局部立面等。对于那种通过发光体自身的亮度和位置来勾勒建筑外廓形体或装点建筑立面的照明方式，除了应考虑作为被照对象的建筑体态和风格是否适合采用这种照明方法之外，还应该让灯具的亮度与被照明对象的表面亮度保持一定的关系。也就是说，除了让人们看到由明亮的LED灯具构成的图案之外，还应让观赏者知晓建筑的大致形体和形态，否则，孤零零的一些亮线条或光点悬浮在空中会让人觉得莫名其妙。当然，这并不是要求一定要把建筑立面统统照亮。对于这种通过附着在建筑物上的发光体的亮度和图案来构建夜景观的方法，同样也应注意控制灯具表面亮度及灯具照明方向与观赏者视线的关系。此外，建筑夜景属于城市街道照明范畴，人们会从很多的位置和方向来观赏，会有很多的观看距离和观景视线方向，因此，如何让用光束十分集中的LED光源所制成的灯具能在各个角度和距离都给人们提供满意的景观，确实需要在灯具设计和灯具安装方面进行综合的考虑。一种有效的方法是进行照明效果试验，通过客观的试验数据和主流的照明工程项目来说明是非常必要的。

在照明工程中使用LED产品时还应进行有关经济性方面的论证，综合考虑技术先进性和可靠性、建设成本、维护管理等相关问题，并应该将有关的试验结果和论证分析等材料形成一个报告，作为设计方案的一个组成部分。

从整体的景观照明灯光考虑，需要使用表面照度不是很高的灯具进行人行道照明，所有灯具不能出现眩光，而且光效要与周围景观协调统一。室外灯具必须保证使用安全，应选用低压灯具，而且灯具即使破损也不会危及公众安全。

从户外灯具的使用和维护成本考虑，灯具寿命必须在50000h以上，灯具的适用温度必须为-20～70℃，防水等级要求达到IP67，水下使用时需达到IP68；要求灯具本身不发热或微热，保护公众安全。从运行成本考虑，选用LED灯具，有利于节约成本和电力资源。灯具的可塑性要强，最好每款灯具都具有独一无二性。

LED在大型景观照明中的应用是一项复杂的系统工程。随着LED光效的提高，近年来LED逐步用于城市照明系统中，其特点是有更高的单位光束能、更低的流明折损率和更短的变色时间。

LED照明技术在景观照明中的应用

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