侵权投诉
当前位置:

OFweek半导体照明网

LED驱动/电源

正文

水立方LED建筑物景观照明设计研究

导读: 众所周知,“水立方”是以“水”为主题的建筑,四个立面与顶面均是由形状模拟水分子结构的两层气枕所构成,两层气枕中间是按“泡沫理论”形成的钢结构。

作者:李兴林

  众所周知,“水立方”是以“水”为主题的建筑,四个立面与顶面均是由形状模拟水分子结构的两层气枕所构成,两层气枕中间是按“泡沫理论”形成的钢结构。
  1.1照明方式的研究

  四个立面的内外气枕是由3层ETFE膜构成,顶面的内外气枕是由4-5层ETFE膜构成。ETFE膜对各种波长光的透射率很高,见图1。












  图1  ETFE膜光学特性图

  如采用“外投光照明方式”,由于没有良好的反射面,大部分光通将透过气枕投射到建筑内部,形成干扰光,气枕表面亮度不会很高,将无法达到预期效果,特别是对于顶面无法实现外投光照明。而且如采用外投光照明,在建筑物四周要树立支架,对环境将会有不利影响。

  如采用“一般内透光照明方式”,由于光线需要经过6-8层膜才投到外层气枕外层ETFE膜上,光的损失较大,气枕外表面亮度也不会很高,同样达不到预期效果。

  由于“水立方”外表面虽有弧度但很光滑平整,气枕的边框尺寸较小,不适宜在上布线和布灯,而且如采用“笼廓照明方式”将破坏建筑物的立面效果,所也不宜采用“轮廓照明方式”。

  通过各方多次论证与现场实验,确定采用了“空腔内透光照明方式”,即在固定外层气枕的钢结构内侧安装灯具向外侧投射的照明方式,这样光只透过单个气枕,光的损失仅为空腔内透光照明方式的一半,可达到较为理想的照明效果。这种照明方式的采用,为建筑物景观照明增加了一种新的方式,开创了建筑物景观照明的先河,对于膜建筑和玻璃幕墙建筑的建筑物景观照明有着重要意义。

  1.2 光源选择的研究

  由于两层气枕之间尺寸相对狭小,散热条件较差,不适宜安装尺寸较大、散热量较大的光源。在这样的条件下,比较适合的光源只有荧光灯与LED灯两种光源,因此我们重点对这两种光源进行了多次多方案技术经济对比。LED寿命长,达5万小时,是T5管的2.5倍。在整个寿命周期内,LED是性价比最好的产品。LED不含汞,低辐射,废弃物可回收,有利于环保。光分布易于控制,通过一次、二次光学设计,通过光学透镜使光投射到需要的部位。易于集成,集计算机、网络通讯、图像处理等技术为一体,可在线编程,适时创新。可纳秒级快速响应,瞬时场景变换。更主要的是色彩丰富,利用三基色原理,照明可形成256X256X256种颜色;在点阵屏上可形成8192X8192X8192种颜色。灯体尺寸小,易于与气枕的边长尺寸配合。

  如采用荧光灯,由于含有汞不利于环保。由于灯体尺寸较大,无法利用透镜只能利用反射体来进行布光,配光曲线很难理想。荧光灯尺寸较大不宜与气枕的边长尺寸配合。荧光灯是气体放电灯,响应速度较慢,无法实现场景快速变换,不利于场景设计。而且荧光灯RGB三色的混合也将是一个难题,需要开发新的灯具。荧光灯调光镇流器需要在一定电流时才能稳定工作。如采用荧光灯不仅所需功率而且消耗的电能都要显着地大于采用LED的方案。

  通过多方多次多方案论证,最终确定采用LED光源。

  1.3布灯方式的研究

  “水立方”要求LED灯具白天不要影响建筑外观,夜晚LED照明不要影响室内的照明,做到见光不见灯。由于LED光源表面亮度较大,如投射方向和角度不合适,在一定位置会看到光斑,影响照明效果。经过大量现场试验,确定了在气枕的下侧钢结构框上安装灯具,向上投射,这样就不会看到光斑。我们把这种布灯方式称为“沿边布灯单向投射”。这种布灯方式将是“空腔内透光照明方式”的主要布灯方式,为以后其它建筑物采用“空腔内透光照明方式”时,解决了布灯方式的大问题。

  1.4 色彩构成的研究

  “水立方”是以蓝色为基本色调的建筑,灯光是否还需要红光也成为探讨的话题。蓝色象征“水”,红色象征“火”,“水”与“火”是矛盾的统一体,有了红色会增加水的美。特别是在奥运期间或赛后的重大节日期间,为与喜庆的气氛相协调必须要有红色。采用RGB三基色,灯具可混合出256X256X256种色彩,点阵屏可混合出8192X8192X8192种色彩,丰富的色彩为场景设计提供了广阔的空间和舞台。

  1.5场景构成的研究

  上述的照明方案虽能在一定程度上满足照明均匀度、色彩等方面的要求,但是无法形成动画,构图比较简单,还不能满足奥运会以及赛后运营的需要。经过多次现场试验,确定了在南立面装设2000m2点阵屏,与四个立面及顶面的灯光共同构成宏伟壮观的场景。通过系统集成技术,还可与护城河照明、环境照明、室外音响联动,光色与音响共同形成更加宏大的场景,诗情画意将使人们心神陶醉。

  1.6 LED灯具RGB功率比的研究

  在通常白平衡情况下,RGB的亮度比(光通量)为3:6:1。由于ETFE膜呈浅蓝色,灯光经过多层ETFE膜以后,会产生色移,色坐标X值与Y值发生变化。另外蓝光LED的光通量较红光或绿光LED光通量偏低。如何配置RGB的功率,为以后场景设计提供一个良好的硬件平台,这是一个非常关键的问题。通过多次现场试验确定了功率比为RGBB。

  1.7 LED芯片及光源主要参数选择的研究

  半导体照明产业是一个高新技术产业,是一个朝阳产业,正在逐步走向大规模应用,其应用范围正在逐步扩大。由于环保节能,各发达国家政府都制定了本国的发展计划。我国半导体照明产业近几年来得到了飞速发展,但与发达国家相比仍有较大差距,一些重要专利掌握在国外的企业手里。在对国内外有关产品深入调查的基础上,最终确定采用国际著名品牌的芯片,立面照明LED采用国外封装。顶面照明LED可采用国内封装,点阵显示屏LED可采用国内芯片及封装。

  招标结果顶面照明也变成了国外封装。由于LED有区别于传统光源和灯具的一些参数。如何选择和确定这些参数也成为了研究的课题。

  ⑴单颗大功率LED功率和额定工作电流的选择

  按照功率对LED进行分类,一般把0.5W及以上的LED称为大功率LED。国际著名品牌lumilaids、Creen、Osram的产品系列,额定工作电流为350、500、700、1000、1500mA等几个等级。在采用同样技术的条件下,单颗LED功率愈大,光效愈低,但可减少灯具数量,有利于节省投资;单颗功率愈小,光效愈大,但每个灯具内需要LED的颗数增加,灯体尺寸增大,增加了光学透镜的技术难度,对配光曲线有不利影响。在综合考虑技术、经济以及产品成熟的程度与实际使用经验等因素的基础上,确定了单颗LED额定工作电流为350mA,即功率为1W。

  ⑵峰值电流的选择

  根据国际几家著名品牌的产品,对于350mA的LED其峰值电流有500mA、700mA两个系列。峰值电流为700mA系列的产品较新,价格较贵。最终确定峰值电流选择500mA系列产品。

  ⑶单颗LED光通量的选择

  国际著名品牌的产品,不同LED系列产品的光通量不同。考虑到价格与产品的成熟程度,最终确定,在额定工作电流下,RGBLED的光通量分别为35、60、15Lm。

⑷LED主波长的选择

  主波长是决定LED颜色的主要参数,选择正确与否会对场景效果产生影响。我们选择LED主波长为:R:622-629nm,G:520-525nm,B:465-470nm。

  ⑸LED半波长宽度与色纯度的选择

  这两个参数实际上表示LED的同一个光学性能。LED半波长宽度选择:R:20-25nm、G:35-40nm、B:25-30nm;LED色纯度选择:R:≥97%,G:≥75%,B:≥95%。

  (6)LED芯片允许工作结温的选择

  允许工作结温愈高,产品性能愈好,价格愈贵。综合考虑产品成熟程度与价格因素,LED芯片允许工作结温大于125℃。

  ⑺最大工作壳温的选择

  这是对封装技术要求的一个参数,最大工作壳温愈低,对封装散热要求愈高。表明封装散热技术愈好。最大工作壳温选择110℃。

  ⑻LED光源热阻的选择

  热阻这个参数直接反映了封装技术的水平。散热技术愈好,热阻愈低,光衰愈小,灯的寿命愈长。我们选择PN结至封装底座的热阻:R:≤12℃/W,G、B:≤10℃/W。

  ⑼LED的寿命与光衰的选择

  LED的理论寿命为100000小时,但现在国际上实际能达到的是50000小时,即使用50000小时后,光衰不超过30%,光通量仍能保持初始值的70%。

  1.8对灯具效率的要求

  在对国际著名品牌灯具效率考查的基础上,我们提出了对LED灯具效率的要求。灯具输出光通量不小于芯片封装后的光通量的80%。

  1.9对驱动电源效率的要求

  水立方LED建筑物景观照明可以采用几种电源驱动方式。为了系统的功率损耗,节约能源,在考查了国际著名品牌产品参数的基础上,我们提出了对驱动电源总体效率的要求,从交流电源到芯片的效率大于75%。

  1.10 对灯光网络控制系统通讯协议的要求

  国际上灯光网络控制系统流行的通讯协议是DMX512,、欧洲的ARTnet、美国的CAN。根据我国在IPv6的试验应用上,已有一定经验,整个奥运公园灯光网络控制系统采用了IPv6协议,水立方灯光网络控制系统上层采用IPv6协议,同时兼容DMX512协议。 (小汤)

声明: 本文由入驻OFweek公众平台的作者撰写,除OFweek官方账号外,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

我来说两句

(共0条评论,0人参与)

请输入评论

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

OFweek品牌展厅

365天全天候线上展厅

我要展示 >
  • 照明设计
  • 照明结构
  • 照明工程
  • 猎头职位
更多
文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码: