莊 堅(jiān)

(立達(dá)信綠色照明股份有限公司，福建 廈門(mén) 361010)

引言

目前國(guó)內(nèi)部分高校學(xué)生宿舍里使用的都還是傳統(tǒng)T8日光燈，其存在光能利用率低、眩光嚴(yán)重、能耗高、功能單一、外觀古板等問(wèn)題。為響應(yīng)關(guān)于國(guó)家建設(shè)節(jié)約型校園及提升學(xué)生宿舍照明質(zhì)量的號(hào)召，并著眼于市場(chǎng)的快速可替代性需求，筆者設(shè)計(jì)了此款低成本低功耗低眩光多功能LED線性吊燈。

該學(xué)生宿舍燈整燈結(jié)構(gòu)由弧形反光罩(材料為純鋁，受光面反射率在80%以上，其兩側(cè)角出光開(kāi)口折成兩反光平板)、線性防塵罩(材料為擴(kuò)散PC)、SMD LED(線性排布)、PCB板、燈體、自攻螺釘、吊桿、電源驅(qū)動(dòng)、兩側(cè)小音箱座、兩側(cè)小音箱網(wǎng)罩等部件組成；弧形反光罩、線性防塵罩、PCB板均通過(guò)燈體導(dǎo)軌槽固定。

1 該款燈的關(guān)鍵性設(shè)計(jì)

1)獨(dú)特的光學(xué)性能。如圖1、圖2所示，該燈屬于全部擴(kuò)散照明型歐式線性燈，具有創(chuàng)新的三向線性發(fā)光的光學(xué)性能(正面方向和兩側(cè)角方向光源可同時(shí)點(diǎn)亮，或任一方向單獨(dú)點(diǎn)亮)。整燈采用0.5 W和0.2 W兩種規(guī)格之SMD LED 3528，三向全亮?xí)r最大功率為24 W，單正面方向發(fā)光時(shí)功率為16 W，單側(cè)角方向發(fā)光時(shí)功率為4 W。

如圖2所示，該燈正面方向采用獨(dú)特的防眩光弧形反光罩和線性防塵罩進(jìn)行配光，弧形反光罩反射曲面之橫向剖面對(duì)光線起準(zhǔn)直效果，可使燈具照射地面時(shí)成混色效果較好的線性光斑。該燈照射地面時(shí)，弧形反光罩結(jié)構(gòu)可使地面所成的中央線性光斑與邊緣光圈完美銜接，并使邊緣光圈接近橢圓形，光斑所在橢圓形范圍內(nèi)照度均勻性極佳。另外，該燈弧形反光罩四角凸緣方向之遮光角最大可達(dá)60°，故防眩光性能極佳，再配合場(chǎng)景照明設(shè)計(jì)，即可達(dá)到很好的視覺(jué)舒適度。而傳統(tǒng)歐式T8帶矩形反光罩之日光燈所成光斑之邊緣光圈與中心光圈過(guò)渡較差，遮光角較小，眩光嚴(yán)重，視覺(jué)舒適度較差。兩種反光罩外觀上的區(qū)別為：弧形反光罩邊緣為雙曲線，矩形反光罩邊緣為平行線(圖3)。

圖1 橫向剖面光路原理Fig.1 Light path principle of the transverse profile

該燈兩側(cè)角方向采用線性凸透鏡(材料為透明PC)和反光平板進(jìn)行配光，在燈具橫向剖面上的光線經(jīng)過(guò)線性凸透鏡會(huì)聚出射后、部分光線再經(jīng)反光平板反射，從而實(shí)現(xiàn)燈具所在上部空間的局部照明。

圖2 整燈三向全亮、單正面方向和單側(cè)角方向點(diǎn)亮?xí)r的配光曲線Fig.2 Distribution curve flux of the lamp lit in 3Ds, front direction and side-angle direction

圖3 弧形反光罩與矩形反光罩之光斑比較Fig.3 Light spots’ comparison between arc and rectangular reflector

2)巧妙的散熱改良。該燈之燈體為鋁擠型材，起散熱及裝卡作用，弧形反光罩通過(guò)基殼導(dǎo)軌(圖3)與之配合，基殼內(nèi)表面緊貼于燈體表面即可產(chǎn)生較大的熱容差，散熱效果遠(yuǎn)超單燈體無(wú)基殼相貼合的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而大大提高了燈具壽命。用Ansys Icepak軟件[4]模擬環(huán)境溫度40 ℃時(shí)的整燈溫度分布(圖4)，光源附近最高溫度Ts=85 ℃，經(jīng)計(jì)算，若為SMD LED 3528則其使用壽命可達(dá)50 000 h以上。

3)優(yōu)逸的場(chǎng)景效果。該燈的設(shè)計(jì)以配置標(biāo)準(zhǔn)

圖4 整燈之PCB板溫度分布Fig.4 PCB temperature distribution of the lamp

學(xué)生四人宿舍實(shí)現(xiàn)最佳照明效果為目標(biāo)，其參照的《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[1]里的要求如表1所示。

如圖5、圖6所示，將該燈設(shè)計(jì)參數(shù)導(dǎo)入DIALux軟件之學(xué)生四人宿舍場(chǎng)景模擬結(jié)果(雙燈三向全亮?xí)r的效果)為：地面活動(dòng)區(qū)域平均照度為166 lx(大于標(biāo)準(zhǔn)值150 lx)，GR觀察者最大眩光值為13(小于標(biāo)準(zhǔn)值22)，照度均勻度為0.737(大于標(biāo)準(zhǔn)值0.4 lx；照度均勻度U0=最小照度/平均照度)，采用顯色指數(shù)Ra為85的SMD LED 3528(大于標(biāo)準(zhǔn)值80)，故該燈照明效果遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，單燈單側(cè)角發(fā)光時(shí)，上置的床鋪及天花板可單獨(dú)得到有效均勻的光照，從而不會(huì)影響到鄰床之人物的休息。這樣，兩盞燈具即達(dá)到了整個(gè)宿舍的光照需求，光能利用率相較目前學(xué)生宿舍仍普遍使用的傳統(tǒng)歐式T8帶矩形反光罩之日光燈有顯著提升。

表1 教育建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值

圖5 雙燈三向全亮?xí)r地面活動(dòng)區(qū)域照度值表和GR觀察者計(jì)算結(jié)果Fig.5 Ground active area’s value chart and GR observer’s calculations of two lamps lit in 3Ds

2 該款燈的其他功能

該燈在兩端還內(nèi)置有兩個(gè)小音箱，可用于接收學(xué)校日常廣播信息，甚至英語(yǔ)聽(tīng)力練習(xí)等。學(xué)生除了使用固定于墻體的手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制燈具外，也可無(wú)需下床通過(guò)手機(jī)APP控制該燈的任一方向單獨(dú)發(fā)光，極大提高了燈具的使用便捷性。

圖6 雙燈三向全亮?xí)r偽色圖和單燈單側(cè)角發(fā)光時(shí)偽色圖Fig.6 False Color Rendering of two lamps lit in 3Ds and one lamp side-angle direction

另外，該燈的弧形反光罩，除了上述獨(dú)特的光學(xué)性能外，邊緣還增加有卷邊結(jié)構(gòu)(圖3)，其美觀大方，檔次提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，筆者設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的該款學(xué)生宿舍用LED燈具成本較低，燈的弧形反光罩、線形防塵罩、燈體均為易于加工的擠出成型結(jié)構(gòu)，且具有功耗低、防眩效果好、三向發(fā)光、功能多樣等優(yōu)點(diǎn)，有利于改善學(xué)生學(xué)習(xí)與生活的光照環(huán)境，可提升學(xué)生宿舍的光環(huán)境質(zhì)量。