CC BY
52
СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК ОТРАЖЕННОГО СВЕТА
Насибуллин Рустем Анасович
канд. техн. наук, директор филиала ОАО «ПО «УОМЗ» «УОМЗ — Институт
прикладной оптики», РФ, г. Казань, E-mail: uomz-ipo@yandex. ru Кокутин Сергей Николаевич канд. геол.-минерал. наук, начальник сектора филиала ОАО «ПО «УОМЗ» «УОМЗ — Институт прикладной оптики», РФ, г. Казань
E-mail: uomz-ipo@yandex. ru
REFLECTED LIGHT LED-LAMP
Nasibullin Rustem
candidate of technical science, director of the branch of JSC "PA "UOMZ" "UOMZ
— Institute of applied optics ", Russia, Kazan
Kokutin Sergey
candidate of geological-mineralogical science, head of sector of the branch of JSC "PA "UOMZ" "UOMZ — Institute of applied optics", Russia, Kazan
АННОТАЦИЯ
В работе приведены результаты проектирования подвесного светодиодного светильника отраженного света, предназначенного для общего освещения общественных зданий и жилых помещений. Осветительное устройство формирует равномерное поле яркости, комфортное для человеческого зрения. Реализован эффект маскирования светильника за счет обеспечения одинаковой яркости плафона и освещенной части потолка.
ABSTRACT
In this wo^ there are presented the results of design of the suspended reflected light LED-lamp intended for common lighting of public buildings and living spaces. The lighting unit generates a uniform field of brightness comfortable for human vision. The lamp the masking effect is realized owing to the identical brightness of the plafond and illuminated part of the ceiling.
Ключевые слова: светильник; светодиод; вторичная оптика; кривая силы света; яркость.
Keywords: luminaire; LED; secondary optics; luminous intensity curve; brightness.
Created by DocuFreezer | www.DocuFreezer.com |
В настоящее время во всем мире большое внимание уделяется созданию комфортного и качественного освещения. В офисных помещениях световые приборы должны создавать удобную и спокойную рабочую атмосферу. В лечебных учреждениях и жилых зданиях общее освещение должно обеспечивать зрительный и психологический комфорт [4, с. 233]. В этой связи актуальной представляется задача проектирования светильников, формирующих максимально благоприятное и равномерное распределение яркости в поле зрения человека.
Известно, что система отраженного излучения является наиболее благоприятной с точки зрения ограничения прямой и отраженной блёскости [6, с. 207]. При данном классе светораспределения не менее 80 % светового потока направляется на потолок и верхнюю часть стен помещения, которые для обеспечения приемлемого КПД светильника должны иметь высокие коэффициенты отражения.
С целью получения мягкого рассеянного освещения с низкой величиной приведённой габаритной яркости, предложено техническое решение, которое заключается в использовании схемы отраженного света и реализации эффекта маскирования подвесного светильника за счет одинаковой яркости его плафона и освещенной части потолка. В качестве плафона используется замкнутый диффузный рассеиватель из глушеного (молочного) стекла, исключающий прямую блёсткость светильника. Равномерная яркость потолка (в диапазоне рабочих углов) обеспечивается применением излучающих в верхнюю полусферу светодиодов, имеющих вторичную оптику со специально рассчитанной формой кривой силы света (КСС).
Существует решение задачи равномерного освещения рабочей площадки за счет установки светодиодов на конусообразный корпус светильника [3, с. 31]. Однако конструкция такого светильника нам представляется нетехнологичной. Тем более что, в связи с бурным развитием производства оптических компонентов для полупроводниковых источников
света, стало возможным получение заданного распределения освещенности с помощью недорогой интегрированной или внешней светодиодной оптики.
Исходя из условия равномерной освещенности горизонтальной поверхности потолка, было определено требуемое распределение силы света, представляющее собой широкую КСС специальной формы, и подобрана вторичная оптика для светодиодов — линза Carclo 10406 семейства Ultra Wide [5, с. 15]. Этот оптический элемент имеет угол половинной яркости (FWHM) 130°, изготавливается из поликарбоната и имеет полусферическую внешнюю форму (Bubble) с диаметром 20 мм. Bubble-оптика от Carclo хорошо оптимизирована для мощных светодиодов XLamp компании Cree семейства XP с габаритами 3,5x3,5x2 мм.
Расположение излучающих в верхнюю полусферу светодиодов (Cree XLamp XP-G) выбрано кольцевым с равномерным распределением вдоль окружности диаметром 150 мм. Результаты моделирования для кольца из 6 светодиодов с линзами Carclo 10406 и длины подвеса 0,5 м, выполненного с помощью специализированного программного обеспечения TracePro [1, с. 542], показали высокую равномерность формируемого распределения освещенности
E /E = 0 94 на рабочей площадке: min/ ср ' .
С учётом требований к световому распределению светильника и ряда конструктивных соображений, в качестве формы плафона-рассеивателя была выбрана усечённая сфера со следующими размерами: диаметр 0,23 м, высота 0,075 м и радиус сферической образующей 0,12 м. Для определения необходимой диаграммы направленности излучающего в нижнюю полусферу светодиодного модуля была рассчитана зависимость оптической длины хода лучей в плафоне (из центра светодиода) от угла излучения. Получен график кривой силы света, формирующей равномерную засветку внутренней поверхности плафона, и выбрана вторичная оптика для освещающего плафон светодиода (Cree XLamp XP-E). Это линза Carclo 10620 Hemispherical Bubble [2, с. 23], которая имеет диаметр 20 мм и обеспечивает световой пучок с равномерным распределением силы света в телесный угол 180°.
С помощью программы ТгасеРго проведено моделирование освещенности
на внутренней поверхности плафона-рассеивателя из молочного стекла. При
моделировании взаимодействия светового потока с диффузной поверхностью
плафона в качестве двунаправленной функции распределения рассеяния ББОЕ
использовалась оптическая модель AБg [1, с. 547]. Рассчитанное с учетом
явления многократного отражения распределение освещенности на
сферической поверхности характеризуется высокой равномерностью:
Е . /Е > 0,9 „ ~ ~ ~
Ш1П/ ср . Следовательно, диффузный световой поток, выходящий из
плафона, имеет равномерную яркость по всей его поверхности.
Одним из требований комфортного освещения является обеспечение высокой равномерности яркости источника света. Чтобы минимизировать неравномерность яркости, обусловленную разностью яркости освещенной части потолка и плафона, необходимо использование системы регулирования светового потока. Для этого используется замкнутая система автоматического регулирования светового потока плафона. Данная электронная система регулирования измеряет значения яркости потолка и плафона и выдает их разностный сигнал на диммируемый импульсный регулятор тока светодиода, освещающего плафон. Эта система позволяет подстраивать яркость плафона под яркость освещенной части потолка. Таким образом, обеспечивается высокая равномерность яркости источников света и достигается эффект маскирования плафона яркостью освещенной части потолка.
В программе ТгасеРго была выполнена визуализация поля яркости, создаваемого светильником (см. рисунок 1а), которая подтвердила одинаковую яркость потолка и плафона, а также ее равномерное распределение по сцене. Для сравнения на рисунке 1б приведен вариант исполнения светильника, в котором в качестве источника света применена обычная лампа накаливания. Без специальной оптики, формирующей световой поток, яркость плафона существенно выше яркости слабоосвещенного потолка.
:
нНк
8 »1» . ; .V- - ; ИйШМШЙ:
шшшш ; ¥
ш
ИИИВе тШШш
■ев
Рисунок 1. Результаты моделирования светильников: а) светодиодный светильник с равномерным распределением светового потока; б) светильник с обычной лампой накаливания
На рисунке 2 представлена схема построения подвесного светильника для общего освещения помещений, обеспечивающая заявленные характеристики.
Рисунок 2. Схема построения светильника отраженного света: 1 — плафон; 2 — плата-основание; 3 — светодиод с вторичной оптикой, освещающий плафон; 4 — светодиоды с вторичной оптикой, освещающие
потолок
Результаты расчетов и моделирования светодиодного светильника подтверждают, что достигаются необходимые параметры осветительной
установки: 1) равномерное поле яркости, 2) отсутствие слепящего эффекта, 3) низкая габаритная яркость. Показана реализуемость идеи маскирования светодиодного светильника яркостью потолка даже с использованием серийно производимых линз. Применение специальной вторичной оптики позволяет максимально эффективно использовать весь формируемый световой поток для обеспечения психологически благоприятного ощущения насыщенности помещения светом. Благодаря инновационному решению обеспечивается комфортное рассеянное освещение, имитирующее освещение дневным небом. Это актуально с точки зрения современных гигиенических требований, так как позволяет приблизить искусственную световую среду к естественной. Разработанный светильник может использоваться для освещения жилых и общественных помещений: больничные палаты, офисы, зрительные и конференц-залы, холлы, вестибюли, выставочные павильоны, рекреации.
Список литературы:
1. Алямовский А.А. и др. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 800 с.
2. Балашов А. Фокусируя свет: оптика от Carclo // Новости электроники + Светотехника. — 2010. — № 1. — С. 21—24.
3. Калугин А.И., Жигалов В.А., Пряхин В.В. Светодиодный светильник равномерного освещения // Успехи современного естествознания. — 2012. — № 6. — С. 31—32.
4. Кнорринг Г.М. Осветительные установки. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 288 с.
5. Новиков М. Обзор вторичной оптики Carclo, Ledil, Ledlink // Современная светотехника. — 2013. — № 2. — С. 14—19.
6. Тищенко Г.А. Осветительные установки. М.: Высшая школа, 1984. — 246 с.
