LED照明在建筑设计中的应用

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  【摘要】将LED引入到建筑设计中是照明技术的革命性发展,在我国经济水平的发展之下,人民的消费观念也发生了极大的变化,对于照明也提出了更高的要求,LED有着迅速切换、超长寿、维护费用低、饱满色光、冷温、耐震以及耐潮的优势,已经成为人们生活中使用最为广泛的光源。就现阶段来看,对于LED光源在建筑设计中的使用还处于一个初级探索阶段,本文主要分析LED照明在建筑设计中的应用。
  【关键词】LED照明;建筑设计;应用
  近年来,LED照明设备在建筑领域中得到了广泛的使用,其发光效率也得到了一定程度的提高,价格越来越低廉,在我国提倡节能环保的形势之下,LED照明设备受到了建筑界的热烈欢迎。但是,就现阶段来看,对于LED光源在建筑设计中的使用还处于一个初级探索阶段,下面就针对LED照明在建筑设计中的应用进行深入的分析与讨论。
  1 LED的发光原理与特征
  1.1 LED的发光原理
  照明点光源根据其发光机理能够分为气体放电光源、热辐射光源与场致发光光源几种内容,其中气体放电光源的应用范围是最为广泛的,场致发光是一种新型光源,有注入式发光与本征场致发光两种类型。
  发光二极管是上世纪60年代开发出来的,到了90年代,就发展成为了各类不同的LED简易结构,发光二极管的种类是多种多样的,根据其发光材料来分,有磷化镓发光二极管、砷铝镓发光二极管、林砷化镓发光二极管几种类型;根据其颜色来分,能够分为绿光、黄光、红光等发光二极管;根据功率来分可以分为大功率发光二极管、中功率发光二极管以及小功率发光二极管几种类型。发光二极管发光原理图见图1。
  1.2 LED的光学特征
  LED是一种使用化合物材料制作而成的一种光电器件,该种器件有着时间特性、光谱响应特性以及光强指向特性。而发光二极管有可见光与红外两种类型,前者能够用光度学进行度量,后者则使用辐射度来度量。
  其中,判断表征发光器件的主要依据就是发光强度,LED需要使用圆球与原柱进行封装,在凸透镜因素的影响下具有一定的指向性,发光强度也会随着封装形状的变化而发生变化。
  1.3 LED的优点
  就现阶段来看,照明光源是有三种类型的,即普通白炽灯(卤素灯)、荧光灯与HID灯,这些照明灯具光效的提升都十分的困难,有些是由于工作温度的影响,有些则是由于热辐射原理与可见光能量转化效率的影响。但是,LED光源不会受到上述因素的影响,有关学者预测,到2015年,LED的光效可以达到200lm/W。与传统照明光源相比而言,LED有着如下的优势:
  第一,功能性
  截止到目前为止,我国白光LED光效达到了40lm/W,尚未达到荧光灯的标准,与普通的白炽灯相比而言,LED的光线质量更高,白炽灯在使用的过程中会发出较大的热量,这就容易影响周围环境的温度。而LED光谱则主要集中在可见光波段之中,不会出现紫外光与红外光的辐射,是一种典型的绿色光源。
  第二,艺术性
  LED是一种分立光谱,有着艳丽、丰富的色彩,能够根据需求进行配光,LED发散角很小,均匀性理想,能够有效的简化灯具结构,防止炫光的产生。此外,LED结构与白炽灯等已损坏部件不同,是一种环氧树脂封装的固态光源,抗震性强,体积小、重量轻,可以应用在狭小的空间之中。同时,LED灯可以反复开关、灵活控制,响应时间很短,因此,已经得到了广泛的使用。
  第三,经济性
  LED的寿命长,其中,低功率LED灯的寿命可以达到3万小时,高功率LED灯寿命则可以达到2万小时,其经久耐用,这就可以有效降低使用成本。同时,LED的色彩艳丽、丰富,光线利用率能够达到100%,正向工作电压低、工作电流小、不易破碎、耗电量小,在水下、桥梁、易爆、易燃的环境中都能够正常工作。
  第四,环保性
  LED只要使用低电流、低电压驱动即可,不仅能够降低耗电量,也可以有效降低配合光影耗电量。
  在环保方面,目前常用的汞灯与荧光灯中都含有汞,这会对环境与人体产生危害,而LED等则不含有铅、汞等有害物质,其废弃物是可以回收利用的,因此,LED能够也兼具绿色环保的性能。
  2 LED在建筑设计应用中的注意事项
  2.1 LED在建筑设计应用中的原则
  将LED应用在建筑设计中需要坚持技术先进、环境相宜、造型美观、经济合理以及功能适应的原则,要看建筑物的风格与LED的景观是否和谐,确定好灯具的比例,突出重点,提升环境的艺术性。在设计构思上,应该具有创新性,突出设计的时代感与魅力,多应用新型先进技术,考虑到色彩的效率、遮光、照亮、亮度等因素,实现以上几类因素的协调统一。此外,还要考虑到照明质量与照明经济性,采取科学有效的措施提升照明的安全性。
  2.2 建筑化照明标准分析
  建筑化照明是一种先进的照明模式,必须要遵循科学的照明理念,将可持续发展思想融入其中,在满足照明功能的前提因素下,融入个性化元素与人文元素,创造出一个美观、舒适的环境。同时,还要注意到,建筑化照明也会消耗大量的电能,因此,在设计时需要进行科学合理的搭配,避免出现不必要的电能损害,提升用电效率。
  此外,理想的建筑物照明还需要具备耐久性的特征,需要将灯具进行隐藏处理,这也会给后续维护工作的开展带来一些困扰,考虑到这一因素,就需要尽量的简化灯具安装程序与结构,多使用污染小的材料,实现艺术性、节能性的有机统一。
  2.3 现阶段我国建筑化照明的常见问题
  2.3.1 光源利用率不理想
  根据传统的标准,间接光建筑化照明在墙体与天花板因素的影响下,照明效率就会受到制约,基于这一因素,很多设计师开始青睐于发光顶棚,但是,由于顶棚楼板与透光面之间的间距很小,就很容易出现照度不均匀的情况,严重的影响了照明的质量。   2.3.2 耐久性差,难以维护
  多数灯具都是使用固定的形式进行安装,即使无法达到理想的照明效果也很难进行轻易的更换,同时,这样给后续的维护工作带来一定的困难。
  2.3.3 缺乏专业的设计队伍
  由于各种因素的影响,我国照明设计队伍的综合素质水平参差不齐,常常出现产品选择不当、能源浪费等问题,为了扭转这一局势,必须要加强对设计队伍的培训工作,提升他们的职业道德水平,真正发挥出照明设计师的作用。
  3 LED照明在建筑设计中的应用分析
  3.1 隐藏式应用
  LED的结构紧凑、体积小,应用十分的灵活,能够应用在狭小的空间中,可以摆出多种多样的造型,能耗较低,可以有效的美化建筑环境,营造出一个理想的艺术效果。LED照明的隐藏式应用有以下几种形式:
  第一,带式隐藏法
  带式隐藏法即在天棚四周安装LED条形射灯,将其排成一列或两列,将多个灯具串联起来,这样就可以营造出一个明亮的光带,在使用该种方法时,应该做好遮光措施。
  第二,点式隐藏法
  点式隐藏法即将灯槽嵌入天棚中,再装入灯具,根据具体的需求来选择LED灯具,可以采取各种各样的排列方式,该种使用方法有着布局灵活以及便于检修的优势。图2就是点式隐藏法。
  第三,面式隐藏法
  在建筑物中,需要照亮的发光面包括地板、天棚与外墙面三种,在传统的设计方式下,多将灯具直接安装于楼板下面,再将钢框架作为骨架,铺上透光性材料。而发光底板则需要将灯安装在楼板表面,将钢框架作为支架,并铺上透光性材料。在应用LED灯具时,可以将发光条安装于窗户内沿中,这样就能够营造出一种梦幻的装饰效果。
  3.2 LED灯具在建筑设计中的创新使用
  LED灯具与建筑物的结合并非是简单的藏灯,在人们生活水平的提升之下,对于起居环境也提出了更高的要求,因此,设计师就需要根据建筑物的环境性格、使用功能与装饰风格进行创新使用,将建筑使用功能与艺术照明模式进行密切的结合。LED的指向性好、体积小、颜色丰富,可以为设计提供一定的空间,因此,受到了广大设计人员的欢迎。
  在对LED灯具进行处理时,需要遵循以下几个原则:
  第一,采取科学的措施突出其装饰色彩、光特性、材料质感、分布特征;
  第二,灯光使用应该具有目的性,需要考虑到白天与完善的应用效果。
  目前,LED灯具已经发展出了多种多样的形式,这包括以下几种类型:
  第一,表面发光灯具
  表面发光LED灯具中最为简单的就是平面型灯具,该种灯具可以安装在地面上、墙壁上与顶棚中,他们的发光面积大,能够进行拼接使用;
  第二,组合发光灯具
  将各类组合薄片组成的结构件与装饰件组合在一起能够组合出各种不同类型的艺术灯具,该种类型艺术灯具的种类是最多的,可以实现不同类型的变化,能够替代传统的吸顶灯、吊灯以及壁灯。
  第三,灯光雕塑
  从内部采用人工光进行雕塑就能够创造出一种光的雕塑,各类卡通、旅游、仿生、仿真、商业、漫画灯光雕塑都已经在建筑设计中得到了广泛的使用,只要结合简单的微电子控制法与机电一体化技术就能够做成一些景观灯雕塑。
  目前,LED艺术灯具已经是灯具种类中的一个重要分支,该种技术也是未来阶段的艺术灯具发展方向,其涉及的范围也是十分广泛的,有着广泛的市场。
  3.3 LED灯具的一体化使用
  在优秀的建筑物之中,建筑与照明间并无确切的分别,照明已然成为的建筑的有机组成部分,实现建筑与照明的一体化使用即将建筑空间、建筑构件、灯具与环境进行密切的结合,积极利用各类手段来解决设计矛盾,LED灯具与建筑设计的一体化使用有几种类型:
  3.3.1 大面积显示屏
  LED形状大多是圆形,要将其应用在大面积显示屏之中,可以使用整面式与程式控制相结合的模式,在应用数位化视频处理技术,根据具体的户内外环境应用不同的发光图元来调整解析度、色彩与亮度,这样就可以满足不同的用途。
  3.3.2 LED和建筑构件的整合
  LED灯有着良好的装饰性,能够装入发光条与发光带,只要将其应用在立面构件置入装饰部位即可,光点的分布情况可以根据建筑物的构造与表面来决定,对于网架结构墙面,可以将光点设置在网架的节点位置;对于大片的墙面,光点的布置需要遵循布置均匀的原则。
  3.4 LED灯在城市夜景中的使用
  在优秀的建筑照明中,照明与建筑之间常常没有明确的界限,照明也是建筑的投机组成部分,在将LED灯应用在城市夜景建设的过程中,不仅要考虑到照明功能,还要与建筑进行密切的结合,将建筑空间、构件与灯具环境进行密切的结合,实现几者之间的一个相互渗透,并积极的将现代化科技手段应用在其中,科学的解决好各项矛盾。
  LED灯在建筑中最为突出的应用方式就是地屏,地屏在现代都市的广场、公园等公共场所应用较多。目前比较多地采用了荧光灯灯箱,而LED以及场致发光屏的应用还不是很普遍。在实际应用中,灯光地屏通常都安装在人流较多的场所,地面装修也相当高级,频繁的维护是难以接受的。LED的工作寿命长,又可靠耐用,制作成灯具很薄,是名副其实的“屏”而不是“箱”。如图3-5就是城市夜景图,应用了大量的LED灯。
  LED等有着良好的装饰性,能够与建筑融为一体,即使在不发光的情况下,也不会引起注意,将小的发光盒、点光源LED等应用在城市建筑的屋面与墙面中还可以营造出一种类似繁星的建筑表面。
  4 结语
  总而言之,将LED引入到建筑设计中是照明技术的革命性发展,在我国经济水平的发展之下,人民的消费观念也发生了极大的变化,对于照明也提出了更高的要求,LED有着迅速切换、超长寿、维护费用低、饱满色光、冷温、耐震以及耐潮的优势,已经成为人们生活中使用最为广泛的光源。将LED应用在建筑设计中能够有效提升建筑物的审美效果,也可以有效降低建筑物的能耗,建筑化照明基于人类的现代生活方式,创造出装饰照明的新理念和新模式,注重空间的装饰创意,关注人们的心理需求,通过科学技术和照明设计的完美结合,实现了照明质量与空间艺术的统一。这种先进的照明方式符合照明发展潮流。
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