大功率LED在古建筑照明的應(yīng)用
摘要: LED耗電低,節(jié)能;光源體積小巧,設(shè)計彈性非常大,是一種新型的綠色光源。隨著LED功率和光效的不斷提高,LED已經(jīng)擺脫了僅僅是亮度應(yīng)用而無法體現(xiàn)照度的尷尬,目前LED已逐漸進(jìn)入照明領(lǐng)域。LED的100% 有效光,沒有線外線和紫外線,低壓DC運(yùn)作,使它非常適用于古建筑景觀照明。本文以“西安古城墻夜景觀”為例加以說明。
引言
對于景觀照明設(shè)計來說,古建筑是不可再生的,必須在有可靠保護(hù)的前提下才能實現(xiàn)現(xiàn)代化的照明設(shè)計與實施。 照明設(shè)計必須遵守以下原則:
1、 保護(hù)和利用的原則。古建筑照明既要達(dá)到展示其古建筑的風(fēng)采,體現(xiàn)她的文化藝術(shù)內(nèi)涵,又不能損傷古建筑,達(dá)到保護(hù)和利用古建筑的雙重要求。
2、 不改變古建筑原狀的原則。如800年以上的古建筑嚴(yán)禁敷設(shè)電線。
3、 按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的原則。照明的照度或亮度、光源的紅外線和紫外線的含量、照射時間以及光源的顏色參數(shù)等均需嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。
4、 嚴(yán)格管理的原則。在夜景照明設(shè)計時,必須考慮照明設(shè)施維護(hù)管理方法及措施。
之前由于受光效和光源的限制,古建筑照明中存在著一系列的問題,比如:
a、照明裝置的安裝。將大體積的燈光裝置直接固定于建筑之上,既破壞了建筑物結(jié)構(gòu)及其白天景觀。且沒辦法展現(xiàn)古建筑細(xì)膩的豐富的光影變化之美。
b、照明方法問題。為保護(hù)建筑采用遠(yuǎn)距離投射,而且大多數(shù)投光燈沒有遮光措施,致使向被照物之外的溢出光較多,初步估算大約有1/4~1/3的光線溢散到空中和被照物之外,形成光污染。更是忽視了節(jié)能的大前提。
c、照明裝置的選擇。缺少對照明裝置的紫外線、紅外線輻射的考量,造成對古建筑不可彌補(bǔ)的破壞。
在古建筑照明中,LED顯示了無與倫比的優(yōu)勢。
安全的照明系統(tǒng):LED光源功率小全部低壓驅(qū)動,解決了散熱問題后沒有較大的熱量堆積,安全防火的要求容易滿足。
綠色環(huán)保的照明產(chǎn)品:光源沒有紅外線和紫外線,不會破壞文物,同時光源不含水銀,不會造成環(huán)境污染,是真正的綠色照明產(chǎn)品。
體積小巧在設(shè)計方面有充分發(fā)揮的空間具有點照明、面照明、局部照明的功能,適合于藝術(shù)照明陳列,設(shè)計空間非常的大。
使用壽命長,可達(dá)數(shù)萬小時,維修維護(hù)費(fèi)用低。
實例——西安古南門城墻
概況:
西安古城墻內(nèi)外保存完整,旅游資源開發(fā)蓬勃,形成以人文古跡為特色的東、西、南、北四條輻射線。西安城墻是明太祖朱元璋洪武三年在隋唐“皇城”的遺址上歷經(jīng)八年擴(kuò)建而成的,是我國現(xiàn)存規(guī)模最大、保存最完整的古代城池建筑?! ∥靼渤菈ㄓ诿骱槲淠觊g,以公元6世紀(jì)時隋唐皇城墻為基礎(chǔ)擴(kuò)展形成。古城墻上每隔120米有一座12m*20m的突出部稱“敵臺”,每座敵臺上建有屯兵敵樓一座。城四隅各建角樓一座。東、西、南、北垣各建城門一座,分別為東長樂門,西安定門,南永寧門,北安遠(yuǎn)門?!「鞒情T外均建有護(hù)門甕城,甕城上建有城樓、箭樓各一座。甕城外臨內(nèi)側(cè)護(hù)城河岸,建有控制“吊橋”的閘樓一座,孔廟旁側(cè)城頂建有魁星樓一座,城墻頂面以三層大磚墁砌,稱“海墁”。海墁外沿建垛墻,全城共有垛口5984個,內(nèi)沿建“女兒墻”。
本文介紹的LED照明主要是南門景觀燈光,主要包括城樓、閘樓、敵樓、魁星樓以及城墻垛口和排水孔。
城墻之上建筑物景觀照明設(shè)計:
南門古城墻上建筑物包括城樓、閘樓及兩側(cè)敵臺,該部分建筑物是中國古代建筑文化的全面表現(xiàn),又是南門古城墻標(biāo)志性的建筑,整體特點均系多層面秦漢風(fēng)格樓臺建筑,青磚灰瓦、雕梁畫柱,盡管年代久遠(yuǎn),但依然保存完整,屋面飛檐氣勢軒昂大氣。
該部分城上建筑照明設(shè)計,在古建筑照明“保護(hù)和利用”原則的前提下,選用綠色、環(huán)保節(jié)能的LED光源,來體現(xiàn)多層次豐富的立體感,通過對屋面、屋檐及部分青磚立面的投光輔以鏤空窗棱內(nèi)部的內(nèi)透光,體現(xiàn)整個建筑的立體層次:
A、 大面積流線型灰瓦屋面是整個照明設(shè)計亮化的重點,沿屋面上層輪廓線,均勻排布LED燈串,將不同層次的屋面輪廓加以點綴,LED單顆發(fā)光角度90度,可以保證不同視角的燈光效果,充分的將中國古建筑的造型美展現(xiàn)在世人面前;
B、 在屋面瓦片陰面上間隔60cm左右,安裝一個專為古建筑屋面照明設(shè)計開發(fā)的,加裝10度透鏡,單顆功率1W的大功率LED投光燈(F1002)。燈具的安裝方式針對中國古建筑的瓦片尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計,在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的同時展現(xiàn)建筑屋面的明暗光影變化。最終的照度情況如(圖一)所示。
C、 不同層次屋面的寬度不一,在不同屋面的外沿口陰陽瓦的凹處,根據(jù)屋面寬度的不同,設(shè)計15度發(fā)光角度,單顆功率數(shù)1W的大功率LED投光燈,色溫5500K,體現(xiàn)作為古代防御體系的百年滄桑,將屋面整體照亮,從下而上光線逐漸減弱,充分發(fā)揮燈光的遞減功能,使夜晚的屋面更加突出。
A、B、C三種設(shè)計方案可分回路控制,以滿足不同時段的效果需要。
屋檐下部結(jié)構(gòu)層次豐富的斗拱,作為古建筑的承重結(jié)構(gòu),也為照明提供了豐富的展示空間,通過鑲嵌其中的小型LED投光燈自下向上投光,將斗拱底部主要受光面用燈光表現(xiàn)出來,加強(qiáng)了建筑的結(jié)構(gòu)美感。
城上建筑的照明設(shè)計,為體現(xiàn)建筑的歷史感滄桑感,在光色選擇上選用白和琥珀兩種光色。
城墻之景觀照明設(shè)計:
1、城頂內(nèi)側(cè)墻也稱宇墻,外側(cè)墻也稱垛墻。宇墻高0.75米,厚0.45米,垛墻高1.75米,厚0.51米,垛與垛之間有0.6 米的缺口稱垛口,是為瞭望或射擊而設(shè)。西安城墻共有垛口5984個。垛口部分因墻體較為厚實,為整體體現(xiàn)垛口的立體感,原有美耐管勾邊,使載體在夜空下顯得單薄空洞。本次設(shè)計為體現(xiàn)古城墻作為軍事防御體系的穩(wěn)固、雄偉、寬闊,使燈光成為古建筑歷史的嘴,敘述歷史的變遷與文化。選用高亮度LED專案投光燈,將垛口兩側(cè)立面的黃光反映出來,同時利用燈光與夜幕背景的對比將垛口燈光立體展現(xiàn)在游人的視野中,從不同的視角展現(xiàn)了不同的線、面結(jié)合。LED的體積小巧做到了極好的燈光裝置的隱藏。
2、垛口下部的出水口,設(shè)計中采用了下打式LED照明,一可使整個出水口在夜幕下綻入出幽藍(lán)的色彩,與夜晚的天空有機(jī)地結(jié)合,二可通過孔中的光線彌補(bǔ)城墻上走道的引導(dǎo)光,給主夜間在城墻上漫步的人們引導(dǎo)方向,增加一絲古城墻的神秘感。
中國古建筑能反映文化發(fā)展的延續(xù)性,形象地說明歷史的淵源和脈流。古建作為一種精神象征,能給予后人精神上的鼓舞和激勵。其夜景照明在體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征的同時必須注重同文化的有機(jī)結(jié)合,既要保護(hù)古建筑,又要尊重傳統(tǒng)、繼承文脈,又必須站在現(xiàn)代的視點,有所創(chuàng)新,有所發(fā)展,實現(xiàn)真正意義上的歷史延續(xù)和文脈相傳。
注:本文中所涉及的照度數(shù)據(jù),全部是在暗室環(huán)境下進(jìn)行的測試。
結(jié)論
對于西安南門古城墻的大功率LED應(yīng)用的相關(guān)設(shè)計,我們作了一系列的照度和均勻度以及安全及保護(hù)的測試和評估,認(rèn)為半導(dǎo)體LED照明是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一,它具有高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、壽命長、易維護(hù)等顯著特點,隨著半導(dǎo)體照明這一新技術(shù)的不斷更新完善,其在景觀照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛和成熟,照明領(lǐng)域正在孕育人類照明史上的又一次革命。
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