【照明貼士】
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LED在照明工程中的運用已非常普遍,但照明設計人員苦于非常有限的產品選擇,而生產企業研發的產品卻難以找到市場。就這個問題文中討論了LED在照明工程中是如何應用的,并提出了LED產品研發的設計要求,目的是使LED照明燈具的生產與研發更具有針對性。

過去10年來,LED在顏色種類、亮度和功率都發生了極大的變化。LED以其令人驚嘆而欣喜的應用在城市室內外照明中發揮著傳統光源無可比擬的作用。LED壽命長達10萬小時,意味著每天工作八小時,可以有35年免維護的理論保障。低壓運行,幾乎可達到100%的光輸出,調光時低到零輸出,可以組合出成千上萬種光色,而發光面積可以很小,能制作成1平方毫米。經過二次光學設計,照明燈具達到理想的光強分布??焖侔l展的LED技術將為照明設計與應用帶來嶄新的可能性,這是許多傳統光源所不可能實現的。

LED在照明工程中的應用方向

1、建筑物外觀照明

對建筑物某個區域進行投射,無非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具,這與傳統的投光燈具概念完全一致。但是,由于LED光源小而薄,線性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。它的安裝便捷,可以水準也可以垂直方向安裝,與建筑物表面更好地結合,為照明設計師帶來了新的照明語匯,拓展了創作空間。并將對現代建筑和歷史建筑的照明手法產生了影響。

2、景觀照明

由于LED不像傳統燈具光源多是玻璃泡殼,它可以與城市街道家具很好的有機結合??梢栽诔鞘械男蓍e空間如路徑、樓梯、甲板、濱水地帶、園藝進行照明。對于花卉或低矮的灌木,可以使用LED作為光源進行照明。LED隱藏式的投光燈具會特別受到青睞。固定端可以設計為插拔式,依據植物生長的高度,方便進行調節。

3、標識與指示性照明

需要進行空間限定和引導的場所,如道路路面的分隔顯示、樓梯踏步的局部照明、緊急出口的指示照明,可以使用表面亮度適當的LED自發光埋地燈或嵌在垂直墻面的燈具,如影劇院觀眾廳內的地面引導燈或座椅側面的指示燈,以及購物中心內樓層的引導燈等。另外,LED與霓虹燈相比,由于是低壓,沒有易碎的玻璃,不會因為制作中彎曲而增加費用,值得在標識設計中推廣使用。

4、室內空間展示照明

就照明品質來說,由于LED光源沒有熱量、紫外與紅外輻射,對展品或商品不會產生損害,與傳統光源比較,燈具不需要附加濾光裝置,照明系統簡單,費用低廉,易于安裝。其精確的布光,可作為博物館光纖照明的替代品。商業照明大都會使用彩色的LED,室內裝飾性的白光LED結合室內裝修為室內提供輔助性照明,暗藏光帶可以使用LED,對于低矮的空間特別有利。

5、娛樂場所及舞臺照明

由于LED的動態、數字化控制色彩、亮度和調光,活潑的飽和色可以創造靜態和動態的照明效果。從白光到全光譜中的任意顏色,LED的使用在這類空間的照明中開啟了新的思路。長壽命、高流明的維持值(10,000小時后仍然維持90%的光通),與PAR燈和金鹵燈的 50~250 小時的壽命相比,降低了維護費用和更換光源的頻率。另外,LED克服了金鹵燈使用一段時間后顏色偏移的現象。與PAR燈相比,沒有熱輻射,可以使空間變得更加舒適。目前LED彩色裝飾墻面在餐飲建筑中的應用已蔚然成風。

6、視頻屏幕

全彩色LED顯示屏是當今世界上為引人注目的戶外大型顯示裝置,采用先進的數字化視頻處理技術,有無可比擬的超大面積與超高亮度。根據不同的戶內外環境,采用各種規格的發光像素,實現不同的亮度、色彩、分辨率,以滿足各種用途。它可以動態顯示圖文動畫信息,利用多媒體技術,可播放各類多媒體文件。世界上目前最有影響的LED顯示屏,當屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所,總計使用了18,677,760只LED,面積為10,736平方英尺。屏幕可以劃分成多個畫面,而同時顯示,將華爾街股市的行情一目了然呈現在公眾面前。另外崛起在上海浦東陸家嘴金融中心的震旦國際總部,整個朝向浦西的建筑立面鑲上了長100m的超大型LED屏,總計面積達到3600平方米??胺Q世界第一。

7、與工業設計相結合

LED是近年來歐洲產品設計師的寵兒,他們將LED作為產品設計元素的一部分,馳騁于想象的空間,將光、玻璃或其它材料結合在一起,成為美輪美奐的藝術品。

LED發光原理

發光二極管(LED)是一種能把電能轉化為光能的固體器件,它的結構主要由PN結芯片、電極和光學等系統組成。LED的基本工作原理是一個電光轉換的過程,當一個正向偏壓施加于PN結兩端,由于PN結勢壘的降低,P區的正電荷將向N區擴散,N區的電子也向P區擴散,同時在兩個區域形成非平衡電荷的積累。由于電流注入產生的少數載流子相對不穩定,對于PN結系統,注入到價帶中的非平衡空穴要與導帶中的電子復合,其中多余的能量將以光的形式向外輻射,電子和空穴的能量差越大,產生的光子能量就越高。能量級差大小不同,產生光的頻率和波長就不同,相應的光的顏色就會不同。

LED照明的優點

  • 高節能:節能能源無污染即為環保。直流驅動,超低功耗(單管0.03瓦-1 瓦)電光功率轉換接近100%,相同照明效果比傳統光源節能80%以上。
  • 長壽命:LED光源被稱為長壽燈,意為永不熄滅的燈。固體冷光源,環氧樹脂封裝,燈體內也沒有松動的部分,不存在燈絲發光易燒、熱沉積、光衰等缺點,使用壽命可達5萬到10萬小時,比傳統光源壽命長10倍以上。
  • 利環保:LED是一種綠色光源,環保效益更佳。光譜中沒有紫外線和紅外線,熱量低和無頻閃,無輻射,而且廢棄物可回收,沒有污染不含汞元素,冷光源,可以安全觸摸,屬于典型的綠色照明光源。
  • 配套投資小:由于LED照明燈具以極小的功率達到5倍功率的照明燈具的效果,其配套投資小。沒有整流器,低電壓,冷光源不會引起火災,所需導線規格也大大低于目前照明燈具所用導線規格,由于LED照明燈具壽命長,可維修,其后續維護量也大大小于目前的傳統燈具。
  • 多變幻:LED光源可利用紅、綠、籃三基色原理,在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合,即可產生256*256*256=16777216種顏色,形成不同光色的組合變化多端,實現豐富多彩的動態變化效果及各種圖像。

照明術語

1. 光通量
光源在單位時間、向周圍空間輻射并引起視覺的能量,稱為光通量。
用Φ表示,單位為流明(Lm)。
光通量與光源的輻射強度有關,還與波長有關。人眼對波長555nm的黃、綠光最敏感。
2. 發光強度(光強)
光源在某一特定方向上單位立體角內輻射的光通量,稱為光源在該方向上的發光強度,簡稱光強。用符號I表示,單位 坎德拉(Cd)對于向各方向均勻輻射光通量的光源。
I=Φ/W
Φ-光源在W立體角內所輻射出的總光通量。(Lm)
W-光源發光范圍的立體角(Sr)
立體角是一個錐形的角度,用球面度來測量,單位為球面度(Sr)
S=2πr平方(1-COSθ) W=S/r平方=2π(1-COSθ)
3. 照度
單位面積上接受的光通量稱為照度,用E表示,單位勒克司(Lx)
E=Φ/S
Φ-光通量(Lm)
S-受照面積(㎡)
4. 亮度
發光體在給定方向單位投影面積上的發光強度稱為亮度,用L表示,單位坎德拉.每平方米(Cd/㎡)
發光體在θ方向上的亮度為L=Iθ/Scosθ
物面的亮度與光源強度有關,還與物體反射能力有關
5. 色溫
當光源發光的顏色與黑體加熱到某一個溫度所發出去的顏色相同時,稱為光源的顏色溫度,簡稱色溫
換算關系
1勒克斯=1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的照度
1流明=發光強度為1坎德拉的點光源,在單位立體角內發射的光通量
1勒克斯=發光強度為1坎德拉的點光源在半徑為1米的球面上產生的光照度
6. 冷光源
利用化學能、電能激發的光源,如LED、EL、節能燈、光纖、熒光燈等
7. 熱光源
利用熱能激發的光源,如白熾燈、鹵鎢燈、高壓汞燈、金屬鹵素燈等
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