建筑照明設(shè)計中LED 光源的運用分析

梁 博

商丘職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，河南 商丘 476100

0 引言

當(dāng)前的建筑照明普遍采用LED 光源，這是新時期的一種綠色照明技術(shù)。但在運用的過程中，需結(jié)合建筑具體情況開展設(shè)計，保證LED 的照明效果與建筑相匹配。

1 LED 光源的照明原理

LED 光源照明是發(fā)光二極管借助相應(yīng)的發(fā)光材料、固體半導(dǎo)體芯片進(jìn)行照明，對兩端施加正向電壓，半導(dǎo)體內(nèi)部載流子在電壓作用下形成全面復(fù)合，將材料內(nèi)部過剩能量全面釋放，促進(jìn)光子順利發(fā)射各種可見光。發(fā)光二極管主要包括主系統(tǒng)、電極及PN 結(jié)芯片等部分，對應(yīng)晶片發(fā)光體整體面積約0.25 mm2，當(dāng)前國際社會中的大晶片LED 面積為1.016 mm2。整體發(fā)光過程可以分為正向偏壓下注入載流子、光能傳輸及復(fù)合輻射三部分。微型半導(dǎo)體晶片在潔凈環(huán)氧樹脂等物質(zhì)內(nèi)被順利封裝，在電子流經(jīng)對應(yīng)晶片物體后，攜帶負(fù)電的電子進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至攜帶正電的對應(yīng)空穴區(qū)域中，使正負(fù)電子出現(xiàn)復(fù)合現(xiàn)象，空穴和電子同時形成光子。隨著空穴和電子之間能量空隙持續(xù)擴(kuò)大，所形成光子能量相繼提升。光子能量和光色彩對應(yīng)，在可見光對應(yīng)頻譜范圍中，攜帶能量最多的是紫色光和藍(lán)色光，攜帶能量較少的是紅色光和桔色光，因為所用材料存在差異，對應(yīng)帶隙各不相同，LED 會散發(fā)出多種色彩的光線。

2 LED 光源的類型及特征

2.1 LED 光源的類型

LED 光源根據(jù)相應(yīng)的發(fā)光原理，分成場致發(fā)光光源、熱輻射發(fā)光源及氣體放電光源三種。其中，在具體實踐中應(yīng)用較頻繁的是氣體放電光源；場致發(fā)光光源充分利用各種新型能源，可以進(jìn)一步分為本征場致、注入式發(fā)光等形式。LED 材料有多種類型，發(fā)光材料有砷化鎵、砷鋁鎵及有磷化鎵等。按照不同光源色彩劃分，LED 光源可分為紅光、黃光及綠光等LED 光源；按照不同功率劃分，LED 光源可分為小功率、中等功率及大功率三種形式的LED 光源[1]。

2.2 LED 光源的特征

（1）LED 光源擁有較高亮度，以固定冷光源為主，實際應(yīng)用中輻射范圍有限。

（2）LED 光源擁有較佳美感，全面應(yīng)用于各種建筑裝飾領(lǐng)域，能夠幫助設(shè)計人員擴(kuò)展創(chuàng)作空間，發(fā)揮良好裝飾功能，提升建筑美觀性。

（3）LED 光源具有較強(qiáng)可控性，主要體現(xiàn)在色彩調(diào)節(jié)方面，能夠隨時調(diào)整光源色彩。合理改變化學(xué)設(shè)計方法，能夠得到不同色光的LED 光源。

（4）LED 光源有較長的應(yīng)用壽命和較高的處理效率。盡管對應(yīng)單一光譜的LED 光源的發(fā)光效率較低，但借助先進(jìn)技術(shù)能夠使各種光譜全面匯集于相同頻段內(nèi)，提升LED 光源的發(fā)光效率。LED 光源的整體發(fā)光效率在80%～90%，超過白熾燈的發(fā)光效率。

3 LED 光源的優(yōu)勢

3.1 傳統(tǒng)照明光源的不足

建筑工程中應(yīng)用的傳統(tǒng)照明光源主要有下列問題：

（1）光源利用率低，光源來源狹窄，無法發(fā)揮應(yīng)有的照明效果；

（2）產(chǎn)品使用壽命有限，增加后期維修成本，資源嚴(yán)重?fù)p耗；

（3）照明產(chǎn)品設(shè)計形式十分古板，人文性和藝術(shù)性不足；

（4）所用材料容易導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)境污染，還會形成光污染。

3.2 LED 光源的運用優(yōu)勢

3.2.1 光源柔和

LED 照明技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新提升了LED 光源的整體發(fā)光均勻性，同時發(fā)射光相對柔和。和傳統(tǒng)照明光源相比，LED 光源能夠為建筑裝飾提供全新思路。

3.2.2 體積較小

LED 光源體積較小，能夠進(jìn)行靈活組合與安裝，將LED 光源融入建筑照明系統(tǒng)，應(yīng)用LED 光源可以美化室內(nèi)空間，賦予室內(nèi)環(huán)境強(qiáng)烈的藝術(shù)感和人文氣息，還可以為部分建筑裝修造型設(shè)計提供多種思路，為照明技術(shù)應(yīng)用提供更多發(fā)展空間。

3.2.3 環(huán)保安全

LED 光源主要利用各種無毒、無污染材料生產(chǎn)，可以減少環(huán)境污染，實現(xiàn)二次回收。同時LED 光源屬于冷光源，不含紅外線和紫外線，提升了使用安全性。

3.2.4 結(jié)實耐用

LED 光源材料堅固耐用，不會輕易損傷。

3.2.5 使用壽命長

正常電壓下，LED 光源應(yīng)用壽命更長，后續(xù)應(yīng)用中無須投入過多成本，可以節(jié)約資金[2]。

4 LED 光源在建筑照明設(shè)計中的實際運用

4.1 LED 光源在建筑照明設(shè)計中的運用意義

LED 光源在當(dāng)前發(fā)展背景下呈現(xiàn)出一種人文化特征，圍繞居民現(xiàn)實生活需求不斷創(chuàng)新。LED 光源設(shè)計需要合理設(shè)計光源亮度，確保擁有較高視覺效果，幫助人們減少用眼疲勞。借助LED 光源還可以塑造合適的光環(huán)境，滿足人們各項發(fā)展需求。設(shè)計室內(nèi)光源時，可以選擇點式隱藏模式，將燈具設(shè)置于墻壁和天花板中，借助燈光及色彩反射美化室內(nèi)環(huán)境，營造更加舒適、溫馨的空間環(huán)境；可以借助不同光線和光源色彩優(yōu)化整個室內(nèi)環(huán)境布局，提升室內(nèi)空間的人文氣息和藝術(shù)美感，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)和LED 光源充分融合，體現(xiàn)室內(nèi)裝飾美感[3]。

4.2 LED 光源在建筑照明設(shè)計中的具體運用

4.2.1 LED 光源的隱藏設(shè)計

在建筑照明設(shè)計中，常常會對LED 光源進(jìn)行隱藏設(shè)計。許多LED 光源體積頗小，設(shè)計師經(jīng)常會采用組合型設(shè)計方法，將一些LED 光源緊密連接，這也使得LED 光源的運用更為靈活。例如，建筑中存在一些狹小空間，大的照明光源不僅占用空間，還會影響美感，為了滿足投光需求，會采用LED 光源的隱藏設(shè)計方法。

LED 光源的隱藏設(shè)計方法主要包含三種。一是帶式隱藏設(shè)計。這種隱藏設(shè)計的LED 光源通常會設(shè)置為條形，一般會嵌入建筑頂部周圍的燈槽中，讓單獨的LED 光源成列狀組合，再進(jìn)行電路的科學(xué)串聯(lián)。使用時，會產(chǎn)生從上至下的光源，還可能產(chǎn)生絢麗光帶。二是點式隱藏設(shè)計。主要是指將小型LED 光源單個安裝，嵌入隱藏設(shè)計的合適燈槽中，根據(jù)建筑實際布局來分散設(shè)置多個LED 光源，以此滿照明要求并提升功率。三是面式隱藏設(shè)計。面式LED 光源隱藏設(shè)計是建筑照明設(shè)計中比較常見的類型，是指將一部分地板面、墻面或天棚面作為發(fā)光照射面，利用內(nèi)沿嵌入或支架安裝線性的LED 發(fā)光條，達(dá)到預(yù)期的光源照射效果，LED 未發(fā)光時不會搶占視線，具有隱藏效果。

4.2.2 LED 光源與建筑的結(jié)合設(shè)計

在建筑設(shè)計中，常會運用LED 光源和建筑結(jié)合的設(shè)計形式，具體是充分利用建筑內(nèi)部空間或可利用部分，合理設(shè)置LED 光源，保證光源和建筑環(huán)境之間的協(xié)調(diào)，讓建筑和照明光源完美融合，二者相輔相成，打造出理想的建筑環(huán)境狀態(tài)。在將LED 光源與建筑進(jìn)行有效結(jié)合運用的過程中，應(yīng)當(dāng)采用現(xiàn)代化科技，具體可圍繞以下兩點進(jìn)行設(shè)計。一方面，根據(jù)當(dāng)前的LED 光源應(yīng)用情況，圓形設(shè)計較多。因此在與建筑結(jié)合運用時，可以將圓形作為排列方式，再用一些具有設(shè)計感的外殼來包裝，帶給人特殊的欣賞效果和視覺造型體驗。另一方面，在建筑中運用LED 光源時，可以讓光源與各項建筑構(gòu)件充分結(jié)合。LED 光源本身就具有裝飾性，因而可以將光源裝進(jìn)一些透明的、中空的管線中，制成發(fā)光帶或條狀發(fā)光物。建筑構(gòu)件，尤其是立面部分可以安裝這些發(fā)光帶，采用內(nèi)嵌或外沿形式，促進(jìn)建筑的立面與具有發(fā)光特性的LED 照明結(jié)構(gòu)進(jìn)行一體化組合；也可將LED 光源制成小發(fā)光盒，作為建筑構(gòu)件的裝飾，同時能夠提供照明光源[4]。

（1）室內(nèi)照明的LED 光源設(shè)計。室內(nèi)照明設(shè)計為建筑照明設(shè)計的重要內(nèi)容，在進(jìn)行室內(nèi)LED 光源設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)遵循著以下基本原則。①考慮適應(yīng)性及可見度，明確室內(nèi)布局及面積，計算亮度和照度的實際需求值，避免設(shè)計的LED 光源產(chǎn)生眩光或閃爍的問題，在保證光源滿足需求的情況下，確保環(huán)境舒適感，而不是一味地追求更亮、更多。②考慮到室內(nèi)設(shè)計的藝術(shù)感，需要充分了解室內(nèi)可用空間，科學(xué)設(shè)計燈具的造型、光源位置及照明方式等，將藝術(shù)美感的需求放在重要位置。③充分考慮室內(nèi)用戶的實際使用感受，讓照明光源設(shè)計與環(huán)境之間具有協(xié)調(diào)性，利用照明效果打造舒適氛圍。例如，在民用建筑中設(shè)計普通家庭空間的LED 光源照明效果時，應(yīng)當(dāng)以營造溫馨柔和的氛圍為主題；若是建筑用作娛樂場所，可設(shè)計耀眼炫目的氛圍主題，體現(xiàn)出LED 光源設(shè)計的靈活性、適應(yīng)性強(qiáng)的特征。

（2）室外照明的LED 光源設(shè)計。室外照明的實際需求具體來說包括感官信息需求、基本功能需求、審美文化需求三點。建筑室外照明包括功能照明、安全照明及景觀照明等不同形式，照明光源可以給人帶來視覺上的幫助和精神上的安慰。以建筑室外道路照明設(shè)計為例，應(yīng)當(dāng)符合三項基本要求：①確保人在室外道路行走時能夠發(fā)現(xiàn)障礙物，同時能夠借助照明光源清晰辨認(rèn)行進(jìn)方向，保障人員夜間出行安全；②保障夜間行駛車輛的安全；③對室外的夜間環(huán)境有著一定改善效果，提供照明所需，降低夜間事故的發(fā)生概率，讓照明光源美化環(huán)境，但不能產(chǎn)生光污染。在具體進(jìn)行道路LED 光源設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合夜間車流量密度、道路級別及交通控制水平等因素，合理選擇光源類型并科學(xué)布置光源；在夜景照明的LED 光源設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)充分考慮城市規(guī)劃，從城市建設(shè)的現(xiàn)實意義出發(fā)，對建筑表面進(jìn)行光源設(shè)計，或是距離建筑一段距離使用LED 投光燈，提升夜景的照明效果[5]。

4.3 LED 光源在建筑照明設(shè)計中運用的注意事項

4.3.1 不可盲目借鑒設(shè)計

在設(shè)計LED 光源時，需要體現(xiàn)出節(jié)能性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性及藝術(shù)性，但這些都需結(jié)合實際情況來考慮。當(dāng)前的許多建筑照明設(shè)計師為了追求節(jié)能或藝術(shù)特征，出現(xiàn)了盲目推崇LED 光源的情況。例如，設(shè)計人員盲目增加建筑室內(nèi)外的LED 元素，導(dǎo)致實際設(shè)計缺乏獨特性，也沒有很好地體現(xiàn)出LED 光源的優(yōu)勢，甚至沒有發(fā)揮出基本的照明效果，導(dǎo)致環(huán)境的視力舒適性下降。因此，在建筑照明設(shè)計中運用LED 光源時一定要考慮實際情況。

4.3.2 充分考慮LED 光源的質(zhì)量

在現(xiàn)代社會中，運用LED 光源開展建筑照明設(shè)計已經(jīng)十分常見，LED 光源的出現(xiàn)也給建筑照明的發(fā)展帶來了很大幫助。目前LED 光源的設(shè)計越來越多，市場上也出現(xiàn)了越來越多的LED 照明產(chǎn)品，但是產(chǎn)品的質(zhì)量參差不齊。若在設(shè)計中只考慮照明效果，不考慮質(zhì)量，可能導(dǎo)致LED 光源使用壽命較短，增加替換成本。同時，建筑照明的設(shè)計也要重點關(guān)注LED 光源與建筑結(jié)構(gòu)、建筑材質(zhì)及建筑外觀等方面的搭配效果，還要考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境、氣候是否會對LED 光源造成損害，兼顧設(shè)計效果與產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3.3 重視LED 光源的各項參數(shù)

從目前國內(nèi)市場來看，大部分LED 光源的顯色指數(shù)不高。冷色調(diào)的LED 光源顯色指數(shù)大多在70 左右，暖色調(diào)的LED 光源顯色指數(shù)普遍在85 左右，和國外的LED 光源的顯色指數(shù)相比還存在較大差距。在節(jié)能方面，國內(nèi)LED 光源的功率若是在5 W 以上，其功率因數(shù)都為0.7，較國外偏低，節(jié)能效果較差。對此，應(yīng)當(dāng)盡可能通過設(shè)計來彌補(bǔ)產(chǎn)品缺陷。此外，當(dāng)前的建筑材料種類越來越多，許多新型材料的立面特性十分復(fù)雜，增加了LED 光源的設(shè)計難度。因此，在設(shè)計的過程中，也要考慮建筑的材料特征。

5 結(jié)論

綜上所述，建筑照明設(shè)計中LED 光源的運用已經(jīng)十分廣泛，在實際設(shè)計運用時，需了解LED 光源的類型、特點、優(yōu)勢、產(chǎn)品情況等。由文章分析結(jié)果可知，LED 光源在建筑照明設(shè)計中的具體運用包括LED 照明裝置隱藏設(shè)計、LED 光源與建筑的結(jié)合設(shè)計、室內(nèi)照明中的LED 光源設(shè)計、室外照明中的LED 光源設(shè)計等。在使用LED 光源時，一定要重視LED 的質(zhì)量和顯色指數(shù)，不可盲目照搬已有設(shè)計成果，要結(jié)合建筑實際設(shè)計LED 光源，以此提高建筑的美感和居住的舒適感。