浅论LED光源在城市景观灯光中的应用

1、毕业论文论文题目:浅析LED光源在城市景观灯光中的应用专 业: 应用电子技术 班 级: 应电07-2班 学 号: 姓 名: 指导教师: 二00九年 月 日毕业设计（论文）任务书学 生姓 名学号班级应电07-2班专业应用电子技术论文题目浅论LED光源在城市景观灯光中的应用指导教师姓名职 称工作单位及所从事专业联系方式备 注讲师论文内容：注意：选题要结合实际。论文内容要详细写明具体步骤；学生在该设计中具体完成的工作（结果）1LED结构及发光原理；2LED光源的机遇与挑战；3LED城市光源的基本要求；4LED光源实践中的应用及问题。进度安排：要有较为详细的时间安排（时间具体到周）；第3-5周：资料收

2、集；第6-7周：论文结构；第8-11周：论文初稿；第12-14周：论文定稿；第15-16周：论文答辩。主要参考文献、资料(写清楚参考文献名称、作者、出版单位)：1章海骢2006年中国照明学会青年学术论坛半导体（LED）照明设计与应用，20062蔡明诚中国（天津）第二届现代城市光文化论坛论文集.天津出版社，20043萧辉乾.城市夜景照明规划设计与实录M.中国建筑工业出版社,20004杨志忠数字电子技术（第2版）.高等教育出版社，2003审批意见教研室负责人：年 月 日备注：任务书由指导教师填写，一式二份。其中学生一份，指导教师一份。目 录摘 要1第1章 绪 论21.1 LED光源与城市景观概述2

3、1.2 LED光源在城市景观灯光中的优缺点31.2.1 LED光源在城市景观灯光中的优点31.2.2 LED在城市景观灯光中的缺点31.3 本论文研究目的及意义4第2章 LED光源在城市景观灯光中的机遇与挑战52.1 LED光源在城市景观灯光中的机遇52.2 LED光源在城市景观灯光中的挑战6第3章 LED光源在城市景观灯光中的要求73.1 LED光源在城市景观灯光中的基本要求73.2 LED光源在城市景观灯光中的运用要求8第4章 LED光源在城市景观中的应用及问题94.1 LED光源在照明工程中的应用方向94.1.1 建筑物外观照明94.1.2 景观照明94.1.3 标识与指示性照明104.

4、1.4 室内空间展示照明104.1.5 娱乐场所及舞台照明104.1.6 视频屏幕104.2 LED光源在城市景观照明工程中的应用114.3 LED光源在城市景观灯光中的展望12结 论13参 考 文 献14摘 要本文通过对LED光源优缺点的比较，概述了未来城市景观的发展方向，分析了LED光源应用于城市景观的机遇与挑战，研究了LED光源在城市景观灯光中的基本要求及运用要求，探讨了LED光源在城市景观灯光中的实践运用及存在的问题，展望了将LED光源运用在城市景观灯光中的前景和发展趋势。关键词 LED光源；城市景观；应用第1章 绪 论1.1 LED光源与城市景观概述当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背

5、景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世界的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。随着我国经济的持续发展和人民物质生活质量的提高，人们对于居住的城市的环境要求越来越高，“白天需要绿色，晚上需要灯光”。尤其是城市夜晚的景观灯光，已成为一个重要的部分。城市夜晚的灯光，已从早期的简单照明正在演变为城市夜晚的景观照明。这就是说，城市灯光正在从照明向着多姿多彩的动态效果演变，灯光的亮丽与否，已成为城市夜晚一道靓丽风景线。如一幢大楼，就是一处景观，就有泛光照明、内透照明以及轮廓照明之分。城

6、市景观照明往往与城市大型事件和重大活动紧密相连，传统节日、庆祝活动、全球重要的国际会议、大型体育运动都会成为进行城市景观照明的契机和主题表达。景观灯光在某种意义上，它可以体现一座城市，一条街区或一幢建筑或一条道路的夜晚特征。就一般城市而言，它所采用光源的基本要求为：“变、亮、跳、省、长”的效果。世界上许多城市都十分重视城市景观照明的建设工作，寄希望于通过城市景观照明达到城市形象更新的作用。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。近年来，世界上一些经济发达家围绕LED光源的研制展开了激烈的技

7、术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。LED光源因具有节能、环保、长寿命、安全、响应快、体积小、色彩丰富、可控等系列独特优点，被认为是节电降能耗的最佳实现途径。1.2 LED光源在城市景观灯光中的优缺点1.2.1 LED光源在城市景观灯光中的优点1省钱运行成本低是LED灯具有最重要的特性，运行成本决定于功耗和维护费用，同样光效的LED比传统光源节能80以上，一座2000米桥梁的LED护栏灯点亮1小时只用10度电左右，一年的电费比传统光源灯

8、节省几万甚到几十万元，比传统光源低2050倍，LED灯具有平均寿命8万小时以上，按每天工作10小时，也可以工作22年以上，大大降低维护费用。2省力城市亮化照明灯具通常安装在高楼、桥梁、地（水）下、公共场所，日常维护、光源更换都比较困难，耗时耗力，特别是装饰灯具由于受恶劣气候环境影响而无法及时维护，直接影响照明效果，以前机场导航灯更换的时候，跑道要关闭，飞机要停飞，现在导航灯选用LED光源后，将极小机会出现以上情况。因此，选用寿命长，性能稳定，工作环境要求不高的LED灯具既省电又可避免频繁换灯之苦。3省心LED光源是采用直流驱动的超低功耗器件，抗震、耐冲击、无热辐射、安全、稳定、可靠，无需考虑散

9、热，灯体灵巧，安装简便，款式新潮，工艺精良，产品系列化。广泛应用于彩灯装饰、甚至照明等领域。1.2.2 LED在城市景观灯光中的缺点1LED较为“娇贵”需要配套的优异散热、恒流驱动等解决方案支持，使用不当，就容易出现光衰甚至“死灯”现象。2单个LED功率低为了获得大功率，需要多个并联使用。3LED显色指数低在LED照射下显示的颜色没有白炽灯真实，这要从光谱分布上来分析，属于技术问题。当然，这些LED的软肋和短板，不过是其在景观照明市场上前进的小小绊脚石，并不能阻止其在景观照明市场厉兵秣马，大刀阔斧的脚步。1.3 本论文研究目的及意义LED光源作为半导体照明技术，对艺术化城市景观照明工程的实施可

10、以是城市整体，也可以是单一景点。不论是静止或活动的、长期的或短期的，艺术景观照明能把声音或其它音响和灯光场景的特殊效果与灯光游戏结合起来。半导体照明景观可以艺术的创造出真正意义上的夜生活气氛、不断地增强地区的观光吸引力、让城市居民对每天的环境产生新奇感和亲和力。半导体照明景观的魅力，在入夜后，将更显出不凡的丽致风采。LED光源在景观照明的应用上非常广泛，随着社会进步、经济发展，人类对生活品质的不断追求，景观照明有不可估量的发展空间。目前，据保守估计，仅国内景观照明市场规模就在200亿元以上，常规的景观灯如庭院灯、步道灯、草坪灯、壁灯、建筑物轮廓灯、小型射灯、道路分道灯、地埋灯、水下灯等，均可采

11、用LED光源。我们有理由相信，随着LED产业的技术进步，应用规模的不断扩大，成本的进一步降低，LED光源将成为景观照明的主要光源。第2章 LED光源在城市景观灯光中的机遇与挑战2.1 LED光源在城市景观灯光中的机遇LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有毒射线等优点外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多出类拔萃的优势。如：1低压供电无高压环节，为了绝缘的开销要小很多，可靠性高；2附件简单无启动器、镇流器或超高压变压器；3结构简单具有固体光源的最大优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击；4可控性好响应时间快(微秒数量级)，可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦；5

12、色彩纯厚由半导体PN结自身产生色彩，纯正，浓厚；6色彩丰富三基色加数码技术，可演变任意色彩；7轻质结构材质对灯具强度和刚度要求很低；8体积小巧大的LED灯具可看成有LED细胞组成，最小的LED仅为平方毫米数量级或更小；9柔性化好LED的精巧，使LED能适应几何尺寸和不同空间大小的装饰照明要求，诸如：点、线、面、球、异形体及至任意艺术造型的灯光雕塑。综合以上内容，LED照明，特别是在景观照明中有无以伦比的优势，LED不愧为21世纪绿色照明的骄子。2.2 LED光源在城市景观灯光中的挑战LED是21世纪最具发展前景的高技术照明领域。作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保等显著优点，将是人类照

13、明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯的又一次飞跃。在半导体照明产品的外延生产、芯片制造、器件封装、集成应用等几个环节已初步形成比较完整的产业链，但在白光照明实现LED功能化照明方面存在着许多制约因素。因此，在目前的情况下，对LED光源照明产品开发与设计寄予以下希望：1光通量有待进一步提高LED的光效与高强度气体放电灯(HID)相比仍有较大差距，采用LED作为照明光源，必须可以发出更多的光，必须具有更高的能量转换效率，目前世界各国均加紧了对提高LED发光效率方面的研究。2LED发出的光与自然光相比仍有一定的差距自然光具有非常强的黄色光谱成分，给人一种温暖的感觉；而白光LED发出的白光带有较多的

14、蓝光成分，在这种光的照明下，人们的视觉会不很自然。3价格较高这是影响LED照明灯具普及的主要原因，但是近年来随着晶片生产技术的改良及各种专利技术的解禁(日本Nichia日亚公司的专利保护期至2006年)，制造成本正在急剧下降，LED照明灯具正朝着高效率、低成本的方向发展，这为LED在照明领域的广泛应用提供了有利条件。4电光源技术与微电子技术的结合程度不够，控制方式较为单调，控制手段比较原始。LED生产企业应重视微电子技术在光源控制领域的应用，可以借鉴LED户外大型显示屏的做法，按占空比方式实现对若干个红、绿、蓝LED发光单元发光灰度进行控制，采用嵌入式微控制器，实现独立的数字化控制，使其产生全

15、彩动态变化的显示效果。5产品的一致性、可靠性有待提高由于照明灯具需由多个LED单体组成，其参数离散性是一个重要的技术问题。除了通过预选、分类，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构(包括LED单体的排列和位置布局)和研究合适的驱动电路，防止偶然产生的能量集中而烧毁部分LED，此外由于多个LED单体组成一只照明灯具时，免不了对LED进行并联、串联。而在使用过程中只要有一个LED短路或开路(主要是开路)，都将会导致小片或整条LED工作点的变化，造成寿命缩短或熄灭，影响照明效果。为此必须研究简单、廉价、有效的保护电路，将这种不良影响降低到最低限度。第3章 LED光源在城市景观灯光中的要求3.1

16、 LED光源在城市景观灯光中的基本要求景观灯光在某种意义上，它可以体现一座城市，一条街区或一幢建筑或一条道路的夜晚特征。就一般城市而言，它所采用光源的基本要求为：“变、亮、跳、省、长”的效果。1“变”“变”，就是要求所用的光源，可以按照预定要求，在色彩，在亮度，在灯光因素配置等各方面加以变化。以一幢建筑物勾画的轮廓灯-光柱为例，用LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在微处理器控制下可以按不同模式加以变化，例如水波纹式连续变色或定时色彩变化等，形成夜晚的高楼大厦其轮廓多姿百态的效果。在城市街道或绿地中，用草坪灯、地埋灯、庭院灯等各种不同造型不同功能的LED光源，可以将它形成色彩绚丽的灯光幻影。

17、这种“多色彩，多亮点，多图案”的变化。2“亮”“亮”，灯光色彩要亮丽动人。LED光源，由于不受空间的限制，因而可以“积木”式地任意拼装不同亮度，不同色彩（不同波长）的光源，因而可以构成接近自然的“赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫”的七彩灯光。用LED光源设计制作的大屏幕墙，LED灯镶嵌在整个大楼墙面上，起到”想象之中，意料之外”独特的视觉效果。3“跳”“跳”，其灯光让人感觉“耳目一新”。用LED光源，可以较为方便地制成流水般跑动和奔放跳跃的动态光源，很适合用在横跨路面的立交桥上和大面积草坪的周边环境上。众所周知，LED的接通与断开的时间以微秒计，因此是传统光源无法比拟的，用了LED光源构成的跑跳式灯

18、光，可以让人感到心旷神怡，激情荡漾，可充分体现灯光动态效果。4“省”“省”，即为省电，也就是灯光光源的长期使用的能源成本。作为LED光源，与白炽灯相比，其节能是显而易见的，这是它的优点所在，这里就不再赘述。5“长”“长”，就是使用寿命和维修更换的频率。LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。作为固体发光器件，其理论寿命在510万小时，其使用寿命远比传统光源要长，因此在一些不易更换维护的场合使用，其维护成本可大为降低。当然，作为一个灯具，其寿命还受到诸如装配工艺、辅助材料、其它电子元器件等影响与制约。即使如此，在筛远了早期失效器件后，其使用寿命远比其它光源长。3.2 LED光源在城市景观灯

19、光中的运用要求LED光源在我国发展极快，特别在城市景观灯光方面。LED埋地灯、水下灯、应急照明灯、庭院灯、各种标识灯、LED局部投光灯、LED线光源灯、LED点光源灯等等，为城市夜景工程增光添色起到了极大作用。特别是LED颜色好，耗能相对少、寿命相对长、电压低、使用安全、无污染、抗冲击抗震性好、体积小便于隐蔽，适合见光不见灯的夜景照明原则等等，这些都为城市夜景照明使用提供了可选性。但夜景照明一定要根据LED的自身特点进行选择。在设计上，有的建筑山墙、顶部等需要较大面积投光或展现其构造形体的地方，一般不要求用LED光源。在需要较宽光束角照明的地方也不要求用LED光源，因为LED光源光束发射角小，

20、光源方向性太强，在一定角度内几乎没有多少光，LED光源适用于轮廓、点光源或玻璃幕墙内矩阵组合成图案，商业场所，需要动感变化色彩丰富等的场所或载体。如有的建筑夜景适合其他光源与LED光源互相配合使用，更能衬托出LED光源的优势。如一些建筑局部需要投光照明，但一般灯体太大会影响建筑白天景观，这时就可以选用LED的投光灯，体积小，便于隐蔽，这是其他光源投光灯不具备的优点。这些都需要在城市夜景设计与建筑管理等方面加强注意。如在审查夜景设计方案时就严把设计的审查关，对设计的不能充分发挥LED的长处的夜景方案不予采用。在实施中，对购买夜景用LED严把质量关，我们不提倡只选购价格低廉产品，凡不符合质量要求的

21、LED灯具等一系列配套设施设备及附件禁止购买，严把LED产品进货关。对施工过程中实行严格工程监理制度，凡不符合施工安装规范和要求的必须改正，杜绝不规范的施工安装行为。在施工完成后要严格实施验收制度，按照规范标准进行验收。在投入使用的LED夜景工程要建立运行维护制度，配有相应的维护人员，作好运行维护和平时检查记录，一旦发现问题，要及时维修排出。使运用了LED光源的夜景工程保持一种正常的运行状态，维护LED光源在夜景照明方面的使用信誉。第4章 LED光源在城市景观中的应用及问题城市景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和2010年上海世

22、博会的影响，北京、上海等举办地加快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。目前,仓储货架，LED已经越来越多地应用到景观照明市场中。2005年中国景观照明市场规模超过7亿元，在上述两个主要活动的带动下，景观照明市场在2007年达到72%的高增长率。此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对于LED景观照明的使用顾虑，加快使用LED在景观照明

23、中的应用，LED将会从一级城市快速向二级、三级城市扩展。4.1 LED光源在照明工程中的应用方向4.1.1 建筑物外观照明对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于LED光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为LED投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水平也可以垂直方向安装，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间，并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。4.1.2 景观照明由于LED不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很

24、好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用LED作为光源进行照明。LED隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。4.1.3 标识与指示性照明需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的LED自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，LED与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。4

25、.1.4 室内空间展示照明就照明品质来说，由于LED光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的LED，室内装饰性的白光LED结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用LED，对于低矮的空间特别有利。4.1.5 娱乐场所及舞台照明由于LED的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果。从白光到全光谱中的任意颜色，LED的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然

26、维持90的光通），与PAR灯和金卤灯的50250小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，LED克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前LED彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。4.1.6 视频屏幕全彩色LED显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世界上目前最有影响的LED显示屏，当属美国曼哈顿时

27、代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只LED，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑墙面镶上了长100m的超大型LED屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。4.2 LED光源在城市景观照明工程中的应用城市景观照明追求的不是亮度，而是艺术的创意设计，LED产品应该能够找到它的用武之地。发光角度小的LED方向性强，可作局部重点照明；在封装材料中添入散射剂可以实现175度的发光角适合较大范围内的照明，问题是目前城市景观照明中建设单位过于追求高亮

28、度难以给设计师提供足够大的选择范围，目前在城市景观照明工程中常用的LED光源主要有：1线性发光灯具LED线性发光灯具（管、带、幕墙灯等），产生的轮廓照明效果可以替代传统的霓虹灯、镁氖发光管、彩色荧光灯。常用产品额定工作电压DC12V、24V（大部分为大功率开关电源供电，也有部分产品采用线性电源），AC220V；控制方式分为内控和外控，照明工程中一般采用几十到几百个的单体组合。LED线性发光灯具以其良好的耐候性、寿命期内极低的光衰、多变的色彩，具有流动变幻的照明效果在城市建筑的轮廓照明、桥梁的栏杆照明中得到了广泛的应用。以一幢建筑物勾画的轮廓灯为例，利用LED光源红、绿、蓝三基色组合原理，在微处

29、理器控制下可以按不同模式加以变化，例如水波纹式连续变色、定时变色、渐变、瞬变等，形成夜晚的高楼大厦千姿百态的效果。2装饰草坪灯、景观灯、球泡等在城市街道或绿地中，将发光的部位设计成环状、带状等各种结构，局部照亮草坪，同时成为白天环境中的装饰元素。常用产品额定工作电压AC220V，控制方式多为内控（在需要同步变化的场所可利用同步线实现强制同步）。实际工程中常与气体放电灯光源配合作为装饰性照明使用，利用草坪灯、景观灯、球泡等各种不同造型、不同功能的LED光源可以组合成色彩绚丽的灯光幻影。这种”多色彩，多亮点，多图案”的变化，体现了LED光源的特点。3水下灯在城市的公园，湖中，凡是有水的地方，需要进

30、行装饰，都可以将LED水下灯放在水下，用于水体的照明，防护水平应达到IP68，额定工作电压DC12V。LED的低电压工作特性使其比以往的任何灯具都要安全，寿命长的优点也使维修起来更加方便，产生的照明效果也比常用的PAR灯、气体放电灯更为丰富。为城市景观起到了画龙点睛的效果。4地面灯具：地埋灯、发光地砖、石灯等在城市中，地面灯具的使用不仅装点了城市，还使城市景观更加亮丽丰富，使人眼前一亮。地面灯具使用LED光源可以将尺寸小型化。一方面可以用作环境照明，另一方面可以作为发光装饰照明或引导性功能照明。依据具体的地面铺装结构灯具的出光口面积可大可小。嵌入式石灯、地砖灯以切边加工的方式与铺装的石材取得一致，达到环境与光源和谐统一的效果。4.3 LED光源在城市景观灯光中的展望在景观照明方面，LED有着更为独特的优势，可以深信，LED景观灯具将沿着多学科交叉融合的大道，朝着艺术化、智能化、柔性化的方向快速发展，LED正孕育着无限商机。在城市中，人们在夜间进行的一切活动都需要照明，良好的城市照明不仅美化城市，更能促进旅游发展，拉动经济，它潜在地为城市产生效益。城市、人、光相互作用，交相辉映。城市照明为行人提供安全的保障，增加安全的感觉，并加强可识别性。城市照明可以形成自己独特