LED在城市照明中的應用——以綿陽為例

黃 珂 ，高 明

(西南科技大學土木工程與建筑學院，綿陽621010)

0 引言

四川綿陽的LED產品示范應用始于2004年，利用綿陽市九洲光電科技公司等企業的技術和產品，實施了一批半導體照明示范項目，節能明顯、效果良好。2009年4月，綿陽市被列入全國“十城萬盞”半導體照明應用工程21個試點城市之一。在實施過程中，結合LED照明技術的現狀和發展前景，綿陽市從2009年至2011年，分期完成LED示范城市建設，重點推廣市政道路照明工程、市政景觀亮化工程、受災城鎮和景區LED示范工程，以及政府辦公和市政公共場所LED照明改造，由于LED產品出色的性能，實現了良好的景觀效果和節能效益。

1 LED產品特性

隨著第三代半導體材料氮化鎵(GaN)制備技術的突破和藍、綠、白光發光二極管的問世，被譽為“照亮未來的技術”的LED(Light Emitting Diode，發光二極管)，漸漸走進了人們的日常生活。作為固體光源的發光二極管，真正點燃了“綠色照明”的光輝，被認為是21世紀最有價值的新光源，將取代白熾燈和日光燈成為照明市場的主導，使照明技術面臨一場新的革命，從而在一定程度上改善人類的生產和生活方式。

LED產品最大的特點是它的發光效率高且能耗小，壽命長。美國科銳(Cree)公司于2009年12月初公布，其開發的白光LED發光效率已可達186 lm/W，而市面上的白熾燈或鹵鎢燈只有12～24 lm/W，熒光燈和HID燈約40～120 lm/W。另外，LED使用的電源為6～24 V，所以它是安全的使用電源，更適用于公共場所，其標稱壽命可達100 000 h。

從LED燈具的尺寸來看，它體積小，安裝簡易，易與建筑結合。由于傳統燈具的光線向四面發散，需要反光罩進行二次配光，所以體積相對較大，常常需要用支架進行安裝。我們在照明手法中常用外投光與內透光兩種照明方式。外投光是利用建筑外表面的凸凹與LED燈結合，將燈具隱藏在建筑構件之中，保證建筑立面的美觀;或者是利用離建筑物一定距離的位置裝設LED投光燈作為立面照明的光源，將光線射向建筑物的外墻。在現代很多優秀的建筑物外觀照明工程中，光源的位置已不再受室內室外的局限，而是在美化環境與建筑的前提下，根據景觀的整體需要，以室內光源的充分利用來取得室外景觀的良好效果，這就是內透光的表現方式。

從光環境藝術的角度來看，LED本身光色的豐富，是LED技術在藝術領域的一個保證。LED可以產生高純度的R，G，B三色，采用加色法混合可以得到豐富的色彩，幾乎涵蓋了所有的可見光波段，也就是我們經常提到的全彩色。所以，在氣氛營造上LED就有很大的空間。部分LED燈具可以通過電路驅動的控制實現不同色光、色溫的輸出，甚至可以編制程序配合音樂、視頻，或者人的情緒來實現相應的氣氛效果。LED多樣的顏色輸出和便利的可控性在夜景工程的實踐上效果比較顯著。例如采用LED燈帶、點狀光源勾勒建筑輪廓，應用變色投光燈具營造動態泛光效果等等。在光色可變性上，LED較傳統燈具更有優勢，能實現豐富的照明效果，為藝術表現留下足夠的空間，可變性是LED照明相對于傳統光源最獨特的地方。

2 LED應用方法

2.1 “點”的手法

點光源一般設置在建筑實墻面上，點光源多配合線光和面光使用，例如在局部進行強調或者讓圖案節奏發生跳躍，使夜景燈光不再平淡。常用多組點光源組成圖案，這種方法的單元燈光構圖和色彩可以有所變化，可以使得整體建筑夜景更有層次和動感，適合于在稍大一些的建筑物上使用。

2.2 線條的手法

線條常用于建筑勾邊，在立面變化豐富的建筑上或者線條優美的橋梁上運用此法較多。

圖1為綿陽鐵牛廣場濱江夜景，廣場周邊的建筑群以立面勾邊為主要照明手法，根據建筑的立面特征分別采用了水平和縱向的線條，形成了鮮明的對比，在建筑樓身和樓頂上又各自選用了冷色和暖色的色調，使得色彩更加豐富。圖2為綿陽富樂大橋，LED線條燈隨橋拱優美延伸，即顯示出大橋的結構美，又突出了橋身的線條美。

圖1 綿陽鐵牛廣場濱江夜景

2.3 發光面的手法

點和線的照明手法雖然最為常用，但是它們在建筑的空間感和層次感上的表現力仍然有所欠缺，為此需要用到發光面的表現方法。例如在外墻的線腳或壁檐隱蔽處設置大功率LED洗墻燈照亮墻壁，使建筑立面獲得與白天截然不同的視覺景觀效果。或者在LED光源外設計帶有造型的半透光乳白聚碳酸酯板，形成較大的發光面積，裝飾建筑夜景效果。

圖3 綿陽越王樓夜景

2.4 建筑化的手法

外置的燈具往往對建筑在白天的形象造成影響，為此我們可采取將照明燈具建筑化的手法。例如根據立面造型設計發光盒，其內裝低功率LED燈。將光盒嵌裝在建筑立面需要重點裝飾的部位，與建筑結合成為一體，來美化建筑立面(見圖3)。

另外，在現代建筑中常常采用玻璃幕墻結構。對此可采用內透光，將建筑與玻璃交界處的墻角或窗沿照亮，以建筑立面本身的韻律與節奏烘托夜間效果。或者在幕墻結構外用滿天星墻面的照明手法，但須注意采用與建筑構件相結合的LED燈具，如圖4所示。

圖4 LED燈具與建筑構件結合

3 比較與分析

目前，常用于城市照明的光源有金鹵燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈。每種光源的光色都不相同，當需要較豐富的色光時一般會采用濾色片，但由此產生的光通損耗非常多。因LED光源光色純，顏色鮮艷豐富，無需加濾光片。此外，其他燈具需要體積較大的投光燈具，而LED光源體積小巧，線型投射燈具的研發無疑成為LED投射燈具的一大亮點，因為許多建筑物根本沒有出挑的地方放置傳統的投光燈。LED燈安裝便捷，可以在水平方向也可以在垂直方向安裝，與建筑物表面更好地結合，所以為照明設計師拓展了廣闊的創作空間。

表1 LED燈與傳統燈具比較

根據LED高效、低能、長壽命特點，當綿陽LED試點工程建設全面完成后，預計每年將節約用電2 250萬kW/h，節約電費支出1 910萬元。

4 小結

通過研究城市照明工程的節能技術，在實踐中，既可以提高建筑景觀照明的質量和水平，促進城市經濟發展與安全穩定，同時，又能節約能源，減少污染，緩解照明需要與電力緊張的矛盾。這是實現經濟進步與環保節能和諧發展的有效途徑，是建筑照明可持續發展的重要方向，具有非常重要的現實意義和深遠的歷史意義。

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