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灯具光学系统设计在照明节能减排中的作用[2]

2008-9-9  来源:中国照明网  作者:宋 刚 王 建  有28892人阅读

  摘要:本文主要根据照明应用场合的具体情况分析,在灯具光学设计时充分考虑CIE关于绿色照明的理念和要求,首先选择短弧,高光通或高显色性和高流明维持率的光源,其次采用模块化设计全方位组合不同反射功能的反光罩和遮光罩,控

(图2)时,通过灯管Z形的校正,可使灯管基本处于水平状态,提高灯具的倾斜系数,提高了灯具的利用效率,减少灯具的使用数量,有效节约了电能。同时,采用Z形光源后,结合灯具的设计,部分本来投射到空中的外溢光通过反射器的反射被重新投射到场地中,从而提高了灯具的效率,使场地内可供利用的光能提高了25%左右,并且减少了对周边环境的外溢光污染和场地内眩光。在没有配置外置眩光控制器的情况下,可减少外溢光达50%左右;选用外置眩光控制器后,外溢光可减少90%~95%。

  (二) 灯具控光器件的设计原理

  1.灯具光学设计与照明节能的关系

  灯具是光源、灯罩和相应附件组成的总体。灯具的光照主要特性,一是配光性能;二是灯具效率;三是防止眩光特性。灯具的主要作用是让光依人们需要按一定的规律分配。光源在灯具内发光后总会损失一部分光,灯具发出的光通量与光源光通量之比称为灯具效率,灯具效率高意味着光在灯具内的损失少,发出光多,意味着节能。各种灯具的效率差异很大,大致在30%~95%之间,如窄光束的投光灯一般在30%~50%左右,为了提高灯具效率,灯具光学系统设计就显得非常重要。

  不同分类的灯具,照明要求不同,光学系统设计所要关注的内容不同,灯具的分类方法很多,若从光分布图看,可分为三种形式。1、双向非对称式 ,2、单向对称式,3、双向对称式 ,4、轴对称式 3。按照照明设计要求对灯具分类,可分为:1、室内照明灯具,2、泛光及投光照明灯具,3、道路及庭园照明灯具。按照使用场合分类就更多。

  就灯具使用而言,泛光照明用投光灯功率大,亮度高,又布置在建筑物附近,极易对路人造成眩光,对周围建筑物内的居民造成光干扰。因此,在进行照明设计时,对灯具的选型及灯
具安装位置的选择都要充分考虑,应尽量减少溢散光,灯具的位置和投射角度要合理,要提高泛光照明利用系数(被照表面所得到的光通量与光源发出的光通量之比值)。国际照明协会规定了7种最基本的灯具配光曲线(图4),也有部分灯具提供更多类型配光曲线,以满足市场的不同需求。

  道路照明的范围十分广阔,覆盖了城市乡村的大小街道。其最重要的功能是为驾驶员提供安全的照明,尤其是高峰期间在市中心交通混乱的区域,对照明的要求是非常高的,表一是常见道路照明功率密度限值。道路照明能源消耗占整个照明能源消耗的比重很高,依照2002 年数据,全国道路照明灯光盏总数将超过1200 万只,以市场用量最大的 250W 高压钠灯做计算基础,每只钠灯的年耗电量为: 250×1.15( 电感镇流器的电耗 )×11.5h÷1000×365 天h=1200 度。所以灯具光学性能对节能至关重要。当前的灯具相关标准已经对灯具光强分布、灯具效率和眩光限制提出要求。对于灯具效率,常规道路照明灯具效率由60%提高到70%,泛光灯效率由55%提高到65%,分别提高了10%。因此灯具性能要高于标准要求实现配光分布,效率及眩光控制,必须进行科学合理的灯具光学系统设计,传统道路照明的配光特征曲线如图5 所示。

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