一款學生宿舍用LED燈的開發

莊 堅

(立達信綠色照明股份有限公司，福建 廈門 361010)

引言

目前國內部分高校學生宿舍里使用的都還是傳統T8日光燈，其存在光能利用率低、眩光嚴重、能耗高、功能單一、外觀古板等問題。為響應關于國家建設節約型校園及提升學生宿舍照明質量的號召，并著眼于市場的快速可替代性需求，筆者設計了此款低成本低功耗低眩光多功能LED線性吊燈。

該學生宿舍燈整燈結構由弧形反光罩(材料為純鋁，受光面反射率在80%以上，其兩側角出光開口折成兩反光平板)、線性防塵罩(材料為擴散PC)、SMD LED(線性排布)、PCB板、燈體、自攻螺釘、吊桿、電源驅動、兩側小音箱座、兩側小音箱網罩等部件組成；弧形反光罩、線性防塵罩、PCB板均通過燈體導軌槽固定。

1 該款燈的關鍵性設計

1)獨特的光學性能。如圖1、圖2所示，該燈屬于全部擴散照明型歐式線性燈，具有創新的三向線性發光的光學性能(正面方向和兩側角方向光源可同時點亮，或任一方向單獨點亮)。整燈采用0.5 W和0.2 W兩種規格之SMD LED 3528，三向全亮時最大功率為24 W，單正面方向發光時功率為16 W，單側角方向發光時功率為4 W。

如圖2所示，該燈正面方向采用獨特的防眩光弧形反光罩和線性防塵罩進行配光，弧形反光罩反射曲面之橫向剖面對光線起準直效果，可使燈具照射地面時成混色效果較好的線性光斑。該燈照射地面時，弧形反光罩結構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60°，故防眩光性能極佳，再配合場景照明設計，即可達到很好的視覺舒適度。而傳統歐式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渡較差，遮光角較小，眩光嚴重，視覺舒適度較差。兩種反光罩外觀上的區別為：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

該燈兩側角方向采用線性凸透鏡(材料為透明PC)和反光平板進行配光，在燈具橫向剖面上的光線經過線性凸透鏡會聚出射后、部分光線再經反光平板反射，從而實現燈具所在上部空間的局部照明。

圖2 整燈三向全亮、單正面方向和單側角方向點亮時的配光曲線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，弧形反光罩通過基殼導軌(圖3)與之配合，基殼內表面緊貼于燈體表面即可產生較大的熱容差，散熱效果遠超單燈體無基殼相貼合的傳統結構，從而大大提高了燈具壽命。用Ansys Icepak軟件[4]模擬環境溫度40 ℃時的整燈溫度分布(圖4)，光源附近最高溫度Ts=85 ℃，經計算，若為SMD LED 3528則其使用壽命可達50 000 h以上。

3)優逸的場景效果。該燈的設計以配置標準

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

學生四人宿舍實現最佳照明效果為目標，其參照的《建筑照明設計標準》[1]里的要求如表1所示。

如圖5、圖6所示，將該燈設計參數導入DIALux軟件之學生四人宿舍場景模擬結果(雙燈三向全亮時的效果)為：地面活動區域平均照度為166 lx(大于標準值150 lx)，GR觀察者最大眩光值為13(小于標準值22)，照度均勻度為0.737(大于標準值0.4 lx；照度均勻度U0=最小照度/平均照度)，采用顯色指數Ra為85的SMD LED 3528(大于標準值80)，故該燈照明效果遠超標準要求。另外，單燈單側角發光時，上置的床鋪及天花板可單獨得到有效均勻的光照，從而不會影響到鄰床之人物的休息。這樣，兩盞燈具即達到了整個宿舍的光照需求，光能利用率相較目前學生宿舍仍普遍使用的傳統歐式T8帶矩形反光罩之日光燈有顯著提升。

表1 教育建筑照明標準值

圖5 雙燈三向全亮時地面活動區域照度值表和GR觀察者計算結果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

該燈在兩端還內置有兩個小音箱，可用于接收學校日常廣播信息，甚至英語聽力練習等。學生除了使用固定于墻體的手動開關控制燈具外，也可無需下床通過手機APP控制該燈的任一方向單獨發光，極大提高了燈具的使用便捷性。

圖6 雙燈三向全亮時偽色圖和單燈單側角發光時偽色圖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，除了上述獨特的光學性能外，邊緣還增加有卷邊結構(圖3)，其美觀大方，檔次提升。

3 結束語

綜上所述，筆者設計開發的該款學生宿舍用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構，且具有功耗低、防眩效果好、三向發光、功能多樣等優點，有利于改善學生學習與生活的光照環境，可提升學生宿舍的光環境質量。