LED在建筑夜景照明節(jié)能中的應(yīng)用探討
——以咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程為例

汪統(tǒng)岳，楊春宇，馬俊濤，胡 皓

(重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

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LED在建筑夜景照明節(jié)能中的應(yīng)用探討
——以咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程為例

汪統(tǒng)岳，楊春宇，馬俊濤，胡 皓

(重慶大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院；山地城鎮(zhèn)建設(shè)與新技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400045)

LED光源在建筑夜景照明中具有高效節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)、色彩豐富等傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)與傳統(tǒng)光源參數(shù)的對(duì)比，結(jié)合咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程實(shí)際功率密度值計(jì)算，得出LED實(shí)際發(fā)光效率高、耗能低的結(jié)論，對(duì)節(jié)能減排意義重大。盡管LED還存在一些缺陷，但通過(guò)改進(jìn)將在夜景照明領(lǐng)域擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。

LED；城市夜景；建筑物；照明節(jié)能

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，代表城市形象的夜景照明工程全面展開(kāi)，成為城市公共設(shè)施建設(shè)重要的組成部分。與此同時(shí)，配套的照明能耗逐年增加，部分地區(qū)過(guò)分追求高亮度、多色彩，浪費(fèi)了大量電能，也造成了光污染等環(huán)境問(wèn)題。如何在保證夜景照明效果的前提下減少能源消耗成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前大力推廣的第四代光源LED(Light Emitting Diode)具有發(fā)光效率高、使用壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)，不僅在交通信號(hào)燈、路燈、顯示屏等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而且在夜景照明、室內(nèi)照明等方面正逐步取代傳統(tǒng)的照明方式。

1 LED用于夜景照明的主要優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)代城市建筑樓宇的夜景照明主要采用輪廓勾勒、泛光照明、動(dòng)態(tài)表演等照明方式，存在燈具老化、光衰嚴(yán)重、能耗高及光污染等問(wèn)題。LED(發(fā)光二極管)屬于固體發(fā)光光源，具有高效節(jié)能、壽命長(zhǎng)、多色彩、易控制、維護(hù)費(fèi)用低等傳統(tǒng)光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在夜景照明工程中得到了廣泛的運(yùn)用。LED為冷光源，可以頻繁開(kāi)關(guān)，便于控制，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果。LED光源色溫變化范圍大，可實(shí)現(xiàn)多彩的畫(huà)面效果，裝飾性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的彩色金鹵燈。LED為點(diǎn)光源，體積較小，可以進(jìn)行任意的排列組合，實(shí)現(xiàn)豐富的點(diǎn)、線(xiàn)、面等層次效果，越來(lái)越受到夜景照明行業(yè)的青睞。

表1 LED與傳統(tǒng)光源的參數(shù)對(duì)比

根據(jù)不同光源的發(fā)光效率、有效光照效率、燈具(取光)效率和電源效率等參數(shù)計(jì)算，可得出對(duì)應(yīng)的光源實(shí)際效率(表1)。LED的能耗小、耗電量低，LED燈具的實(shí)際效率高達(dá)65.51 lm/W，是傳統(tǒng)白熾燈的9倍，普通熒光燈的3倍和高壓鈉燈的2倍，且通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的改進(jìn)LED的發(fā)光效率還能有所提高。除此以外，LED光源節(jié)能環(huán)保，平均壽命高達(dá)50 000小時(shí)，是普通白熾燈的50倍，熒光燈的6倍，高壓鈉燈的2.5倍。不考慮其他破壞因素，夜景照明按照每天開(kāi)燈5 h計(jì)算，LED燈具平均壽命可以達(dá)到27.4年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了夜景照明的設(shè)計(jì)使用年限，后期維護(hù)和燈具更換成本大大減少。

2 LED建筑夜景照明應(yīng)用實(shí)例

2.1 咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程項(xiàng)目簡(jiǎn)介

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)槲己哟髽虮睒蝾^區(qū)域內(nèi)重要高層建筑、多層建筑、行道樹(shù)、街頭園林景觀綠化等夜景照明。建筑由現(xiàn)代形體的高層、多層建筑與部分傳統(tǒng)建筑立面形式構(gòu)成，建筑物以商住樓為主，少量公共建筑。世紀(jì)廣場(chǎng)及道路旁園林綠化對(duì)建筑起到襯托作用。街區(qū)建筑高低錯(cuò)落，有一定的節(jié)奏韻律感，建筑立面色彩以淺灰暖色調(diào)為主。多層建筑大部分是舊建筑，高層建筑是近年新修的現(xiàn)代形體建筑。多數(shù)建筑物外形特征不明顯，缺乏地標(biāo)性建筑，作為夜景照明載體，在表現(xiàn)夜景特色上有一定難度，需要精心進(jìn)行夜景設(shè)計(jì)，努力營(yíng)造歷史帝都、輝煌大氣的氛圍(圖1)。

圖1 咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程實(shí)際效果照片

由于項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)建筑物多為商住樓，特別是高層建筑，除兩棟公共建筑外，其余均為住宅，窗戶(hù)占用樓身的大量面積而無(wú)法照明。采用洗墻燈照亮窗戶(hù)下部實(shí)體墻面，較大面積山墻采用投光燈照亮，窗間墻采用壁燈或點(diǎn)光源處理。使用直接型點(diǎn)光源時(shí)，選用磨砂透光型以避免過(guò)高亮度。屋頂一般采用泛光照明，一些構(gòu)件用小射燈或小投光燈、小泛光燈照射。采光井、樓梯間采光窗，用泛光燈照亮產(chǎn)生內(nèi)透光效果。部分裙樓采用地面桿安裝投光燈或外挑架投光燈照射，或者根據(jù)建筑情況選用洗墻燈。行道樹(shù)采用防眩光埋地?zé)粽丈?，街頭園林采用埋地?zé)簟⒎汗鉄?、投光燈照明，選用適當(dāng)?shù)牟噬?。在世紀(jì)廣場(chǎng)園林綠化中，樹(shù)上裝設(shè)流星雨燈，產(chǎn)生動(dòng)感效果以烘托建筑夜景。

照明燈具主要采用LED光源，以暖黃光為主(3 000 K)，白色光為輔(6 000 K)，玻璃幕墻采用LED彩色變幻圖案方式，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)感，設(shè)計(jì)好圖案和顏色，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

2.2 咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程功率密度值計(jì)算

照明功率密度Lighting Power Density(LPD)是指單位面積(或長(zhǎng)度)上的照明安裝功率(包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器等附屬用電器件)，單位為W/m2。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出的功率值統(tǒng)計(jì)，匯總得出咸陽(yáng)市渭城區(qū)一

期亮化工程項(xiàng)目的總功率值。出于夜景的觀看方向和節(jié)能環(huán)保的要求，確定建筑物的臨街面為主要觀看方向，重點(diǎn)進(jìn)行夜景設(shè)計(jì)，建筑物在視線(xiàn)范圍內(nèi)的側(cè)立面適當(dāng)點(diǎn)綴設(shè)計(jì)，建筑物背立面和視線(xiàn)范圍以外的側(cè)立面不做處理；因此，計(jì)算照明面積時(shí)采用建筑物外立面面積，具體尺寸采用簡(jiǎn)化后的建筑物長(zhǎng)寬高尺寸，計(jì)算得出咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程功率密度值為3.34 W/m2(表2)。

表2 咸陽(yáng)市渭城區(qū)一期亮化工程功率密度值計(jì)算表

續(xù)表

序號(hào)名稱(chēng)功率/(kW)長(zhǎng)/(m)寬/(m)層數(shù)/層高/(m)建筑外立面面積/(m2)功率密度(LPD)備 注32水岸名居60．00/////3．14/ 1#/38．0027．0015．0045．005850．00/層高3．0 2#/40．0027．0016．0048．006432．00/層高3．0 3#/44．0027．0016．0048．006816．00/層高3．036東湖公寓40．0035．0019．0016．0057．606220．806．43層高3．637東煜地產(chǎn)1#55．0029．0026．5026．0078．008658．003．80層高3．038東煜地產(chǎn)2#/31．0023．0018．0054．005832．00/層高3．039君度會(huì)所130．0047．0042．0030．0093．0016554．007．85層高3．0底2層4．540陜西六建醫(yī)院5．0025．006．007．0025．201562．403．20層高3．641公園對(duì)面樓6．0060．0015．006．0019．802970．002．02層高3．342合計(jì)773．77////231419．403．34/

注：功率值為現(xiàn)場(chǎng)電箱實(shí)測(cè)值，建筑長(zhǎng)寬高尺寸為簡(jiǎn)化后測(cè)量值。

城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定建筑物立面照明功率密度值(LPD)作為照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，且不應(yīng)大于表3的規(guī)定。該項(xiàng)目區(qū)域位于渭城區(qū)通往西安市的門(mén)戶(hù)，居住區(qū)與商業(yè)區(qū)混雜，隨著咸陽(yáng)湖景觀的開(kāi)發(fā)，該區(qū)域?qū)儆谙剃?yáng)城市規(guī)劃的商業(yè)休閑中心之一，因此確定其為高亮度環(huán)境區(qū)(E4區(qū))?？紤]到總體的規(guī)劃效果和該地區(qū)建筑的特征：仿古建筑及老建筑較多，飾面顏色較為暗淡、陳舊，整體環(huán)境區(qū)域材料反射比取0.3～0.6。查表可知，該工程區(qū)域的建筑立面照明功率密度值設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為8.9 W/m2。

表3 建筑物立面照明功率密度值(LPD)

該夜景照明工程主要采用綠色節(jié)能的LED燈具(如LED洗墻燈、LED投光燈、LED泛光燈、LED點(diǎn)光源等)，在實(shí)現(xiàn)良好照明效果的同時(shí)，又減少了能源消耗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算得出的實(shí)際功率密度值為3.34 W/m2，遠(yuǎn)小于城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范中8.9 W/m2的標(biāo)準(zhǔn)值。項(xiàng)目實(shí)際總功率為773.77 kW，按照標(biāo)準(zhǔn)功率密度值進(jìn)行換算，如果采用傳統(tǒng)的照明方式，標(biāo)準(zhǔn)總功率為2 061.84 kW，節(jié)省功率為1 288.07 kW。若按照每天開(kāi)燈5小時(shí)計(jì)算，每年節(jié)省電能達(dá)235.07萬(wàn)千瓦時(shí)。依此類(lèi)推，在整個(gè)咸陽(yáng)市甚至全國(guó)夜景照明工程中，LED燈具的推廣將節(jié)省相當(dāng)可觀的電能，對(duì)節(jié)能減排意義重大。

3 LED在建筑夜景照明中的不足

LED作為劃時(shí)代的新光源，在城市夜景照明中被寄予厚望，但也仍存在一些問(wèn)題。LED產(chǎn)品規(guī)格還在不斷更新完善，新舊型號(hào)不一定匹配，不同的品牌之間也存在差異，生產(chǎn)工藝缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，尚不能滿(mǎn)足夜景照明工程應(yīng)用的要求。部分LED燈具并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)理論上的長(zhǎng)壽命，使用一段時(shí)間以后便損壞或者顏色變化異常，這可能是LED燈具材料和生產(chǎn)工藝的問(wèn)題，也可能是控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路的問(wèn)題，產(chǎn)品質(zhì)量的影響因素復(fù)雜，導(dǎo)致了夜景效果的不確定性較大。LED的散熱性能和封裝技術(shù)還有待改進(jìn)，對(duì)燈具的光效、壽命和可靠性影響較大。此外，目前LED燈具的價(jià)格偏高，是工程實(shí)際推廣運(yùn)用中的主要障礙。

4 小 結(jié)

在提倡節(jié)能環(huán)保的時(shí)代背景下，LED相對(duì)于傳統(tǒng)光源具有高效節(jié)能、色彩豐富、使用壽命長(zhǎng)、易于控制等明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在材料工藝復(fù)雜、散熱要求高等缺陷。通過(guò)對(duì)不足之處的改進(jìn)，LED正朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、模塊化、人性化的方向發(fā)展，在夜景照明領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用。

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Discussion on the Application of LED in Building Energy-saving Night Landscape Lighting in Weicheng District of Xianyang City: a Lighting Project as an Example

WANG Tongyue, YANG Chunyu, MA Juntao, HU Hao

(KeyLaboratoryofNewTechnologyforConstructionofCitiesinMountainArea,
FacultyofArchitectureandUrbanPlanning,ChongqingUniversity,Chongqing400050,P.R.China)

The LED light source has the advantages of high efficiency, energy saving, long service life, rich color, and so on, which can not match with the traditional light source. Comparing with the traditional light source parameters, combined with a lighting project Weicheng District of Xianyang City, the actual power density value, the actual LED high luminous efficiency, low energy consumption of energy saving and emission reduction results, great significance. Although there are some defects in LED, the improvement will have a more broad application prospects in the field of night lighting.

LED; urban night view; building; lighting energy saving

2016-05-07 作者簡(jiǎn)介:汪統(tǒng)丘(1993—)，男，重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院碩士生，主要從事建筑技術(shù)科學(xué)(光學(xué)方向)研究。