大功率LED在古建筑照明中的应用

摘　要：LED耗电低，节能；光源体积小巧，设计弹性非常大，是一种新型的绿色光源。随着LED功率和光效的不断提高，LED已经摆脱了仅仅是亮度应用而无法体现照度的尴尬，目前LED已逐渐进入照明领域。LED的 100% 有效光，没有线外线和紫外线，低压DC运作，使它非常适用于古建筑景观照明。本文以“西安古城墙夜景观”为例加以说明。
关键词：LED；古建筑照明

引言
　　对于景观照明设计来说，古建筑是不可再生的，必须在有可靠保护的前提下才能实现现代化的照明设计与实施。 照明设计必须遵守以下原则：
　　1、保护和利用的原则。古建筑照明既要达到展示其古建筑的风采，体现她的文化艺术内涵，又不能损伤古建筑，达到保护和利用古建筑的双重要求。
　　2、不改变古建筑原状的原则。如800年以上的古建筑严禁敷设电线。
　　3、按标准设计的原则。照明的照度或亮度、光源的红外线和紫外线的含量、照射时间以及光源的颜色参数等均需严格按标准进行设计。
　　4、严格管理的原则。在夜景照明设计时，必须考虑照明设施维护管理方法及措施。

　　之前由于受光效和光源的限制，古建筑照明中存在着一系列的问题，比如：
　　a、照明装置的安装。将大体积的灯光装置直接固定于建筑之上，既破坏了建筑物结构及其白天景观。且没办法展现古建筑细腻的丰富的光影变化之美。
　　b、照明方法问题。为保护建筑采用远距离投射，而且大多数投光灯没有遮光措施，致使向被照物之外的溢出光较多，初步估算大约有1/4~1/3的光线溢散到空中和被照物之外，形成光污染。更是忽视了节能的大前提。
　　c、照明装置的选择。缺少对照明装置的紫外线、红外线辐射的考量，造成对古建筑不可弥补的破坏。

　　在古建筑照明中，LED显示了无与伦比的优势。
　　安全的照明系统：LED光源功率小全部低压驱动，解决了散热问题后没有较大的热量堆积，安全防火的要求容易满足。
　　绿色环保的照明产品：光源没有红外线和紫外线，不会破坏文物，同时光源不含水银，不会造成环境污染，是真正的绿色照明产品。 体积小巧在设计方面有充分发挥的空间具有点照明、面照明、局部照明的功能，适合于艺术照明陈列，设计空间非常的大。 使用寿命长，可达数万小时，维修维护费用低。

实例——西安古南门城墙

概况：
　　西安古城墙内外保存完整，旅游资源开发蓬勃，形成以人文古迹为特色的东、西、南、北四条辐射线。西安城墙是明太祖朱元璋洪武三年在隋唐“皇城”的遗址上历经八年扩建而成的，是我国现存规模最大、保存最完整的古代城池建筑。

　　西安城墙建于明洪武年间，以公元 6 世纪时隋唐皇城墙为基础扩展形成。古城墙上每隔 120 米 有一座 12m * 20m 的突出部称“敌台”，每座敌台上建有屯兵敌楼一座。城四隅各建角楼一座。东、西、南、北垣各建城门一座，分别为东长乐门，西安定门，南永宁门，北安远门。

　　各城门外均建有护门瓮城，瓮城上建有城楼、箭楼各一座。瓮城外临内侧护城河岸，建有控制“吊桥”的闸楼一座，孔庙旁侧城顶建有魁星楼一座，城墙顶面以三层大砖墁砌，称“海墁”。海墁外沿建垛墙，全城共有垛口 5984 个，内沿建“女儿墙”。

　　本文介绍的LED照明主要是南门景观灯光，主要包括城楼、闸楼、敌楼、魁星楼以及城墙垛口和排水孔。 城墙之上建筑物景观照明设计：

　　　南门古城墙上建筑物包括城楼、闸楼及两侧敌台，该部分建筑物是中国古代建筑文化的全面表现，又是南门古城墙标志性的建筑，整体特点均系多层面秦汉风格楼台建筑，青砖灰瓦、雕梁画柱，尽管年代久远，但依然保存完整，屋面飞檐气势轩昂大气。

　　该部分城上建筑照明设计，在古建筑照明“保护和利用”原则的前提下，选用绿色、环保节能的LED光源，来体现多层次丰富的立体感，通过对屋面、屋檐及部分青砖立面的投光辅以镂空窗棱内部的内透光，体现整个建筑的立体层次：

　　A、大面积流线型灰瓦屋面是整个照明设计亮化的重点，沿屋面上层轮廓线，均匀排布LED灯串，将不同层次的屋面轮廓加以点缀，LED单颗发光角度90度，可以保证不同视角的灯光效果，充分的将中国古建筑的造型美展现在世人面前；
　　B、在屋面瓦片阴面上间隔60cm左右，安装一个专为古建筑屋面照明设计开发的，加装10度透镜，单颗功率1W的大功率LED投光灯（F1002）。灯具的安装方式针对中国古建筑的瓦片尺寸及结构设计，在不破坏建筑结构的同时展现建筑屋面的明暗光影变化。最终的照度情况如（图一）所示。
　　C、不同层次屋面的宽度不一，在不同屋面的外沿口阴阳瓦的凹处，根据屋面宽度的不同，设计15度发光角度，单颗功率数1W的大功率LED投光灯，色温5500K，体现作为古代防御体系的百年沧桑，将屋面整体照亮，从下而上光线逐渐减弱，充分发挥灯光的递减功能，使夜晚的屋面更加突出。具体照度分布参见（图二）
　　A、B、C三种设计方案可分回路控制，以满足不同时段的效果需要。
　　屋檐下部结构层次丰富的斗拱，作为古建筑的承重结构，也为照明提供了丰富的展示空间，通过镶嵌其中的小型LED投光灯自下向上投光，将斗拱底部主要受光面用灯光表现出来，加强了建筑的结构美感。
　　城上建筑的照明设计，为体现建筑的历史感沧桑感，在光色选择上选用白和琥珀两种光色。

　　城墙之景观照明设计：
　　1、城顶内侧墙也称宇墙，外侧墙也称垛墙。宇墙高0.75米，厚0.45米，垛墙高1.75米，厚0.51米，垛与垛之间有0.6 米的缺口称垛口，是为瞭望或射击而设。西安城墙共有垛口5984个。垛口部分因墙体较为厚实，为整体体现垛口的立体感，原有美耐管勾边，使载体在夜空下显得单薄空洞。本次设计为体现古城墙作为军事防御体系的稳固、雄伟、宽阔，使灯光成为古建筑历史的嘴，叙述历史的变迁与文化。选用高亮度LED专案投光灯，将垛口两侧立面的黄光反映出来，同时利用灯光与夜幕背景的对比将垛口灯光立体展现在游人的视野中，从不同的视角展现了不同的线、面结合。LED的体积小巧做到了极好的灯光装置的隐藏。

　　2、垛口下部的出水口，设计中采用了下打式LED照明，一可使整个出水口在夜幕下绽入出幽蓝的色彩，与夜晚的天空有机地结合，二可通过孔中的光线弥补城墙上走道的引导光，给主夜间在城墙上漫步的人们引导方向，增加一丝古城墙的神秘感。

结论

　　对于西安南门古城墙的大功率LED应用的相关设计，我们作了一系列的照度和均匀度以及安全及保护的测试和评估，认为半导体LED照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一，它具有高效、节能、安全、环保、寿命长、易维护等显著特点，随着半导体照明这一新技术的不断更新完善，其在景观照明领域的应用越来越广泛和成熟，照明领域正在孕育人类照明史上的又一次革命。