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LED壁挂式区域照明——全面解析与应用指南

2026-06-18

一、壁挂式区域照明的作用

壁挂式区域照明灯具专为照亮建筑物之间或紧邻建筑物的特定区域而设计。其主要作用包括:使人们从远处即可清晰观察该区域;帮助驾驶员清楚识别行人,并在视觉周边范围内有效避开各种障碍物;同时满足行人的视觉和感知需求,如发现和识别地面上的绊倒隐患、评估自身安全等。此外,壁挂式区域照明还常用于安防照明,能够消除住宅或商业场所周边的潜在藏匿死角,对犯罪行为起到威慑作用,并配合其他安防设备(如监控摄像头)更好地发挥作用。这类环境照明系统可为车库门、停车场、装卸区、入口、门廊、露台、人行道、车道、后院等区域提供舒适、清晰的照明环境。

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二、安装高度

壁挂式区域照明系统设计的核心在于选择最佳的安装高度、光输出和光学配光组合,以最大限度提高系统效率,同时严格控制溢散光。灯具的安装高度是户外照明尺度最为关键的参数。区域照明灯具的安装高度通常为3米至8米。灯具通常安装在悬臂支架上,支架长度各异,以延伸照明的向前覆盖范围。

安装高度较高的壁挂式区域照明灯具,与用于灯杆式、桁架式或柱臂式照明的灯具类似,区别在于它们配备了壁挂安装支架。在住宅区或行人流量较大的城区,灯具高度和支架设计应契合人体尺度。专为人体尺度照明设计的灯具安装高度通常低于5米,并常采用装饰性支架,以与周围建筑风格或景观相协调。

三、光度性能

壁挂式区域照明灯具具有多种配置和款式,通常可分为三类:功能实用型(如弯灯头式)、功能建筑型(如鞋盒式)和装饰建筑型。它们大多为直接照明系统,配光系统垂直于天底方向(即与地面或路面平行),或为半直接漫射系统,在向下及近水平方向均有不受限制的光输出。

壁挂式区域照明还包括投射型灯具,其前向投射覆盖范围可达安装高度的数倍。但此类灯具如未加遮护,可能会产生过多的溢散光。间接照明系统将光源遮蔽在正常视线之外,多见于对建筑风格和低眩光照明有要求的场所。

区域照明系统设计基于照度法,即确定水平面和垂直面上的入射光量。水平照度是常规设计标准,因为它决定了路面的亮度。然而,垂直照度能够创造垂直物体的亮度,有助于安防区域的人脸识别,并帮助完成位于垂直面上的各项任务。因此,在区域照明的设计或选型过程中,应对水平和垂直照度进行量化评估,同时须规定目标区域的最低照度值及最小-最大均匀度比。在行人与车辆交汇的区域,照度的均匀分布能够提供更好的可视性。良好的均匀度可减少人眼适应过程,从而提升视觉舒适度。

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四、控制光污染

夜间环境中的有效可视性,不仅要求灯具设计考虑照度和均匀度,还必须关注眩光问题。过高的亮度相对于人眼的适应状态,会损害识别物体的能力(失能性眩光),或引起眼部不适,导致眼疲劳、视觉紧张及其他生理反应。出于安全考虑,视野周边出现的明亮光源必须予以消除。除眩光控制外,区域照明还需与周边社区和环境相协调。

户外照明设计应尽量减少光入侵和天空辉光。光入侵(亦称溢散光)是指光线偏离其原本用途、投射到相邻物业的现象。天空辉光是一种光污染,由光线被大气中的云层、水汽或尘埃散射所致。眩光、光入侵和天空辉光这三种溢散光问题相互关联,均取决于灯具光学系统的设计。为解决这些问题,壁挂式区域照明灯具必须对光强分布进行严格控制。

IES(北美照明工程学会)户外灯具分类系统(LCS)定义了三个立体角来评估灯具的光分布:前向光(F)、后向光(B)和上射光(U)。根据灯具在后向光、上射光和高角度子区域的光通量,灯具会被赋予一个BUG(后向光、上射光、眩光)等级。BUG评级提供了有关光入侵、天空辉光和眩光控制方面光学性能的信息。

五、LED照明优势

目前,LED已成为户外照明的首选光源。基于LED技术的固态照明克服了HID(高强度气体放电灯)和荧光灯存在的诸多缺点。通过对照明应用效率(LAE)因素(光输出效率、光谱效率和光强有效性)进行整体优化,所实现的节能效果远超单纯提升光源效率所带来的收益。此外,半导体发光器件的运行可靠性和机械耐久性降低了维护成本,进一步提升了LED灯具的投资回报率(ROI)。

LED照明还有助于改善照明的暗视/明视(S/P)比值、显色性及光分布均匀度,从而提升视觉表现。将智能和网络功能融入LED灯具后,用户可通过智能手机和平板电脑上的应用程序对户外照明进行控制。LED技术平台为新型照明形态提供了更大的设计自由度,使LED灯具能够适应传统光源无法实现的各种建筑形式。

六、设计与工程

壁挂式LED区域照明提供多种光通量方案、配光类型、性能版本和控制功能可供选择。大多数户外LED灯具为一体化集成系统,整个灯具经过全面优化,以满足特定照明应用中LED在热学、机械、电气和光学方面的要求。光引擎是由安装在金属芯印刷电路板(MCPCB)上的LED组件或集成式LED阵列构成,可采用不同类型的LED封装,包括中功率封装、大功率封装、COB(板上芯片)封装和CSP(芯片级封装)。

封装平台对LED的光提取效率(LEE)和热性能有重大影响。然而,LED灯具的最终效率和使用寿命取决于LED如何集成到整个系统中。光引擎贴装在散热器的平整表面上,热管理对LED的光通量维持率至关重要。最大化材料的导热系数和散热器的有效表面积,可降低热阻并提高散热效率。LED区域照明灯具的散热器通常采用压铸铝制成,同时兼作灯具外壳。

灯具中的光学系统从光源提取光线并控制其分布以满足应用需求。LED常见的光学系统是透镜阵列,为单个SMD LED阵列提供封装级光学控制。另一种选择是在整个系统上方采用反射器、折射器或扩散器。外壳和光学系统共同构成具有高IP防护等级的密封结构,保护光引擎免受灰尘和水的侵入。

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七、线路与负载调节

采用市电供电的LED区域照明灯具配备AC-DC LED驱动器,将交流市电转换为适合驱动LED的直流电。LED驱动器是任何市电供电LED产品的核心部件,因为它需要执行多种功能,如电源调节、功率因数校正、功率转换和负载控制,为LED提供稳定的输出功率。LED灯具最关键的性能参数——如使用寿命、效率、无频闪照明和浪涌保护——几乎完全取决于驱动器的电路配置和电气性能。

壁挂式LED区域照明灯具也常设计为太阳能供电系统,将太阳能转化为可持续的离网照明解决方案,免除电费上涨和碳足迹增加的负担。光伏发电系统利用由单晶硅、多晶硅或非晶硅基半导体构成的太阳能电池阵列,将阳光转化为电能。每个太阳能照明系统的核心是太阳能充电控制器,它调节来自光伏阵列的电流,防止电池过充,同时控制供给LED的电力。

调光功能通常集成在AC-DC LED驱动器和太阳能充电控制器中。这些驱动器和控制器常与 occupancy sensors( occupancy 传感器/人体存在传感器)配合使用,使照明在人员流动不规律的区域实现自适应调节。昼光感应(也称日光采集)也是常用的照明控制策略,通过黄昏至黎明的光控开关,使灯具根据环境光条件自动开启或关闭。