铺装材料发光石的发光效果研究

孔静怡，徐 斌，余江勇，谭建萍，金生英

（广东东篱环境股份有限公司 广州510335）

0 引言

当前国家在大力支持低碳经济，节能、符合生态效益的建设日益增多［1］。随着人们生活水平的提高，渐渐对居住环境有所要求。园林建设应当逐步跟上低碳经济的发展。室外夜间照明消耗电能的矛盾日益突出［2］。园林建设中使用了大量的混凝土、砖石等作为铺装材料［3］，用大量路灯辅助照明，存在着容易产生废弃物、建筑、电力消耗能源多、环保性差等等不符合生态效益的问题。铺装材料发光石作为一种新型低碳装饰材料［4］，无辐射无污染，具备蓄能发光功能，既环保又节省能源，可以根据其发光规律合理地运用到园林中的景墙、地面铺装、景观小品中，发挥其生态效益。本试验以3种颜色5种不同粒径的发光石作为试验对象，探究不同发光石在不同条件下的发光效果，为低碳铺装材料发光石在园林建设中合理应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

发光石材料：天蓝色发光石、黄绿色发光石、蓝绿色发光石，每种发光石有5种不同的粒径规格，分别是：1～3 mm、3～6 mm、6～9 mm、8～15 mm、＞15 mm；

测量工具：PUCHUN精密分析天平（型号：JSA）；TES-1330A数字式照度计。

光照试验条件：自然界的太阳光因受到日地距离、大气层、天气、时间等因素的影响，太阳光谱和辐照强度存在不可预测的变化。本试验利用全光光谱灯，在实验室内模拟自然太阳光，试验光照照度为10 000 Lux。

1.2 试验设计

1.2.1 不同粒径发光石的发光效果研究

以同一颜色不同粒径等体积的发光石作为试验观察体，将不同粒径的发光石置于同一光照环境下，进行5 h光照后，拍照记录不同粒径的发光石的发光效果，记录发光时长。

1.2.2 相同粒径发光石不同感光时长的发光效果研究

以不同颜色相同粒径等体积的发光石作为试验观察体，将6～9 mm粒径的发光石（从1.2.1实验结果中筛选出6～9 mm粒径下发光时长长的发光石）置于同一光照环境下，进行1～5 h试验时长的光照后，拍照记录不同颜色的发光石的发光效果，记录发光时长。

1.2.3 不同粒径同体积发光石的发光效果研究

以同一颜色选取3种不同粒径的发光石（分别是1～3 mm粒径天蓝色发光石、6～9 mm粒径天蓝色发光石、15 mm以上粒径天蓝色发光石）作为试验观察体，准备一面活动景墙，将实验中3种粒径的天蓝色发光石以500 mm×500 mm×50 mm的尺寸分别铺在景墙上观察其发光效果，记录发光时长。

1.2.4 不同厚度发光石的发光效果研究

以同一颜色同一粒径等体积的发光石作为试验对象，分别铺成5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm厚，置于同一光照环境下，进行1～5 h试验时长的光照后，拍照记录不同粒径的发光石的发光效果，记录发光时长。

1.3 数据处理

采用SPASS17.0软件中Duncan法进行方差分析、Excel2013软件对试验数据进行分析处理，所有试验数据采用平均值±标准误（x±SD）表示，显著水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同粒径的发光石发光效果的比较

不同粒径不同颜色的发光石在5 h光照后的发光时长各有差异，在各种颜色的不同粒径中，天蓝色发光石发光效果最佳的是6～9 mm粒径，最长发光时长达250 min；黄绿色发光效果最佳的是粒径15 mm以上发光石，最长发光时长为350 min；蓝绿色发光效果最佳的是8～15 mm粒径发光石，最长发光时长为340 min。

如图1所示，在5 h时间光照后天蓝色各粒径的发光时间从长到短依次6～9 mm＞15 mm以上＞1～3 mm＞3～6 mm＞8～15 mm，6～9 mm最长发光时间达到272 min，与其余4种粒径发光石差异显著。从数据得出，粒径太小的发光石会存在吸收光能不足的问题，大粒径的发光石吸收光能较快但容易饱和而影响发光效果。

图1 发光石不同粒径5h光照下的发光时长比较Fig.1 Comparison of Luminous Duration of Luminous Stones under 5h Illumination

经过5 h光照后黄绿色各粒径的发光时间从长到短依次是 6～9 mm＞15 mm 以上＞1～3 mm＞3～6 mm＞8～15 mm，15 mm以上黄绿色发光石的发光时长可达到350 min。而1～3 mm粒径的黄绿色发光石光照5 h后发光时间最短，不超过100 min。黄绿色6～9 mm粒径发光石中最长发光时长为284.4 min，差异最为显著，吸收光能和发光方面都比较稳定。

在5 h光照后蓝绿色各粒径的发光时长从长到短依次15 mm以上＞8～15 mm＞1～3 mm＞6～9 mm＞3～6 mm，蓝绿色15 mm以上粒径发光石中最长发光时间为368 min。蓝绿色15 mm以上粒径的发光石差异最为显著。

不同粒径的发光石对发光效果有一定的影响，粒径大小影响着发光时间的长短，不同粒径的石头吸收的光能多少不一。因此，从3种颜色的发光石的粒径选择来说，天蓝色和黄绿色6～9 mm粒径发光效果最为显著，铺设粒径中等的发光石也会使得施工难度会相对减低。

2.2 相同粒径不同感光时长的发光石的发光效果比较

在各种相同粒径的发光石对比中，6～9 mm粒径中天蓝、蓝绿发光石发光时间有大幅度的上升，而黄绿发光石较为平稳且低。其中蓝绿色发光石吸收光照5 h发光高达284 min，天蓝色发光石光照5 h发光也达到270 min，由于蓝绿色发光石4 h后发光时间产生一定幅度回落，对比之下天蓝色的发光石稳定性更强。

由图2数据显示，3种颜色发光石的发光时长都随着光照时间的增加而增加。在6～9 mm粒径的发光石中，天蓝色和蓝绿色发光石的整体上升幅度最大，天蓝色发光石在光照时长1～2 h时均稍低于蓝绿色发光石，在3 h时基本升至相同高度；而蓝绿色发光石在光照时长4 h时发光时间比3 h时稍稍回落；黄绿色发光石在1～5 h的光照呈现缓慢上升，幅度较小。从发光时间来考虑颜色搭配方案，可以使各种颜色、不同粒径发光石有不一样的发光效果从而发挥最大效益。

图2 6～9mm发光石1～5h光照下的发光时长比较Fig.2 Comparison of luminous Duration of 6～9mm Luminous Stone under 1～5h Light

2.3 同体积的发光石发光效果比较

在同体积的情况下选取了天蓝色不同粒径的发光石进行实验后观察，光照5 h后发光时长可达到275 min。15 mm以上粒径天蓝发光石次之，光照5 h后发光时间能达到200 min，而1～3 mm粒径发光效果较差，但与15 mm以上粒径发光石发光效果相差不显著。

在同体积不同粒径的发光石中，其发光效果也会各不相同。发光石应用在园林工程中，考虑到铺装施工难度以及石头成本的问题，尽可能选择发光效果和粒径大小均最佳。因此，本文选取了天蓝色发光石的3种粒径（分别是1～3 mm、6～9 mm和15 mm以上）在同一光照环境下进行实验。首先准备一面活动景墙，将实验中3种粒径的天蓝色发光石以500 mm×500 mm×500 mm的尺寸分别铺在景墙上观察其发光效果并记录。

如图3所示，天蓝色6～9 mm粒径的发光石同样条件下，其发光时间在1 h、4 h、5 h光照时长时较其他粒径都有显著差异，最长发光时间达到281 min；15 mm以上粒径的发光石发光时间则在2 h、3 h光照下差异显著。相比之下1～3 mm粒径在1～5 h光照下均差异不显著。

图3 天蓝色不同粒径发光石在1～5h照射下的发光时间比较Fig.3 Comparison of Luminous Time of Sky Blue Lumines with Different Particle Sizes under 1～5h Irradiation

15 mm以上粒径发光石考虑到粒径较大，增大成本和施工难度。1～3 mm粒径的发光石由于粒径太小与前2种相比，发光时长差异不显著。

2.4 不同厚度的发光石发光效果比较

选取1～3 mm粒径的天蓝色发光石在不同厚度条件底下，观察其1～5 h的发光现象。此实验分别将发光石分为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm，发现25 cm厚度的发光石随着光照时间的增加而逐步上升，4 h时发光时间已经150 min，是所有厚度中发光效果最佳。15 cm与20 cm厚度的发光时长不显著。5 cm和10 cm厚度的发光石的发光时长则是光照3 h后才明显增加。

由于堆砌不同厚度的发光石的发光效果各有不同，厚度会影响石头吸收光能，本文选取了天蓝色1～3 mm粒径的发光石按照5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm厚度堆砌置于同一光照环境下观察其发光效果。发光石分别按照不同厚度堆砌在5个活动树池内观察其发光时长并记录。

发光石随着光照时间的增加，其发光时长也逐步上升。由图4观察得知，25 cm厚度的发光石在1～5 h光照时长下对比其余厚度发光石差异最显著，发光时长最高时达到155 min。其次，5 cm厚度的发光石的光照时长则是随着光照时间的增加有很大幅度的增加，最长达到105 min。

图4 1～3mm天蓝色不同厚度发光石发光时间比较Fig.4 Comparison of Luminous Time of 1～3mm Sky Blue Luminous Stones of Different Thickness

3 小结与讨论

3种颜色的发光石的粒径选择中，天蓝色和黄绿色6～9 mm都能达到最佳的发光效果，铺设粒径中等的发光石施工难度会相对减低；不同颜色相同粒径发光效果均不一样，从实验一中筛选出6～9 mm粒径发光石再次进行观察，得出蓝绿色发光石发光效果最佳；不同粒径的发光石发光效果相近的情况下选择粒径较小的。综合粒径大小和发光效果来考虑，选用6～9 mm粒径发光石效果最佳；发光石因为铺设厚度较薄而更加容易吸收光能，有一定厚度更容易聚光，留有一定的空隙利于光能的相互吸收和发挥。

根据园林园路铺装材料的常规应用，园林次级道路以块料材料为主，而园林小路则以碎料材料为主。园林道路除了保证最基础的通行交通功能，还要有一定的欣赏价值［5］。发光石应用于园林的小路，发挥其装饰、节能的作用［6］。在园路设计过程中往往要考虑到空间尺度与材料尺度的比例问题。园林小路一般连接于行人活动区和休息区，老人以及儿童使用率较多，首先考虑到道路的平整度，在选择没有方向性的材料时施工尽量保持路面平整［7］。另一方面，景墙的铺装的尺度主要包括铺装图案尺度和铺装材料尺度两方面，两者都能产生不同的尺度感［8］。石材铺装通常在铺装中起到点缀的作用，因此一般的图案尺度都显得不会太大，小面积的铺装宜采用尺度较小的石材。6～9 mm粒径的发光石发光效果最佳，比大粒径的发光石发光效果好，从运输成本以及施工难度方面都占有优势。考虑到以上问题，本研究优先推荐选择6～9 mm粒径发光石。

在园林景观中运用蓝、绿等颜色时，会使人们感到内心宁静，身心得到放松。蓝色让人联想到浩瀚无际的大海，绿色让人联想到充满生机的植物，在生理上，由于蓝、绿色的波长较短，可以将人的视线收缩，在园林建设中使用这样的颜色可以拉近人与景观的距离，营造出一种亲近、自然之感［9］。根据研究得出，蓝绿色发光石比天蓝色、黄绿色的发光效果好，释放出的光能最多，而蓝绿色又是园林建设中的推荐用色，本研究推荐蓝绿色发光石应用于园林建设中。蓝绿色发光石更利于游人消除消极情绪，为园林夜晚景观增添了更多的趣味性。

根据厚度的试验研究得出，5 cm与25 cm厚度的发光效果最佳，发现石材堆砌的厚度与留有间隙是维持发光效果的最主要因素。由于考虑到树池的园林规范中由胸径、树高、根茎大小、根系水平等因素决定有效的树池尺寸大小［10］。在一般情况下，正方形树池以1 500 mm×1 500 mm为宜，长方形树池以1 200 mm×2 000 mm较为合适［11］，圆形树池的直径一般不小1 500 mm。本研究推荐在25 cm厚度的在园林工程中，发光石可应用于透明树池外围装饰，利用发光石厚度积累光能，能达到不错的装饰效果。