LED家居室內(nèi)照明光色設(shè)計(jì)_圖文

1、2011年10月第22卷第5期照明工程學(xué)報(bào)ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO Oct2011Vol. 22No. 5LED 家居室內(nèi)照明光色設(shè)計(jì)王香娟1虞世鳴1楊潔翔2（1. 上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，上海200072；2. 上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心，上海201203）摘要：隨著照明研究和發(fā)展的深入，照明對(duì)人生理、心理的影響越來越受到關(guān)注，人們對(duì)照明設(shè)計(jì)提出了更高的要求，LED 照明光源以其節(jié)能環(huán)保和光色技術(shù)優(yōu)勢(shì)備受青睞。本文提出LED 家居室內(nèi)照明光色設(shè)計(jì)流程，從照明的照度和色溫兩方面研究光色設(shè)計(jì)因素，以家居臥室照明設(shè)計(jì)為載體，建立照明模型，提出照明情景模式設(shè)置、照

2、明計(jì)算，以及光色穩(wěn)定控制的模式。關(guān)鍵詞：LED 照明；光色；照度；色溫The Light Color Research of LED in Interior Lighting DesignWang Xiangjuan 1Yu Shiming 1Yang Jiexiang 2（1. School of Mechatronics Engineering and Automation ，Shanghai University ，Shanghai200072；2. Shanghai Research Center of Engineering and Technology for SSL ，Shang

3、hai201203）AbstractWith the development of illumination researching ，the influence of illumination on the physiology and psychology of people is paid more attention than beforeTherefore ，it requires higher quality of illumination designLight source of LED gains widespread popularity because of its en

4、vironmental friendly ，energy saving and technological advantagesThis paper proposes a process of home lighting design with LED and introduces the influence of illuminance and color temperatureWith the example of bedroom lighting design ，describes how to set the lighting scenarios ，make the lighting

5、calculation ，and sets stability control of light colorKey words ：LED lighting ；light color ；illuminance ；color temperature1引言LED 照明已在室外照明中得到規(guī)?；瘧?yīng)用和發(fā)展，并逐漸進(jìn)入室內(nèi)照明領(lǐng)域。在傳統(tǒng)白熾燈、熒光燈主導(dǎo)照明的年代，照明燈具的色溫與照度調(diào)控難度大，室內(nèi)居室照明單調(diào)，可變性弱。但是，進(jìn)入LED 照明燈具時(shí)代，依托LED 照明所具有的優(yōu)勢(shì)，通過調(diào)光、調(diào)色、調(diào)溫和光流動(dòng)等技術(shù)手段，根據(jù)人體生理和心理的不同需求，通過工業(yè)設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，可以獲得集照明、

6、裝飾和藝術(shù)于一體的不同效果的環(huán)境情景模式照明。大量的工程實(shí)踐證明，在室內(nèi)居家照明中，主要應(yīng)用的還是白光LED 燈具產(chǎn)品，可以充分發(fā)揮RGB 白光LED 具有豐富的色域優(yōu)勢(shì)，通過編程控制其色溫與光輸出。單純調(diào)光的話，也可用藍(lán)光加熒光粉合成的白光LED ，控制較RGB 白光LED 簡(jiǎn)單。白光LED 工程實(shí)施便捷可調(diào)、體積小、隱蔽性好，便于實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明的可控性，為L(zhǎng)ED 在室內(nèi)照明上的應(yīng)用提供了雄厚的產(chǎn)品基礎(chǔ)。本文以家居臥室照明為例，研究如何在家居室內(nèi)照明中應(yīng)用LED 燈具進(jìn)行光色設(shè)計(jì)。家居室內(nèi)照明光色設(shè)計(jì)流程如圖1所示。 圖1LED家居室內(nèi)照明光色設(shè)計(jì)流程表1光色情景模擬 注：黑白圖片只有照度的變

7、化，如需彩色圖片，可與作者聯(lián)系。2情景模式設(shè)計(jì)2. 1光色需求分析光色照明設(shè)計(jì)要求深入分析設(shè)計(jì)對(duì)象，綜合考慮設(shè)計(jì)要素，遵循設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，編制設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行照明計(jì)算與燈具布置，作出藝術(shù)處理，創(chuàng)造環(huán)境藝術(shù)，最后進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，從而保證人工光環(huán)境的質(zhì)量。在進(jìn)行光色設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮下列內(nèi)容：1. 設(shè)計(jì)對(duì)象。包括：（1）視覺工作性質(zhì)、規(guī)定的視覺功效、工作延續(xù)時(shí)間工作位置變化等；（2）使用人的組成、年齡以及其他特定的要求等；（3）照明裝置用途。2. 設(shè)計(jì)因素。包括：（1）物理因素，包括光的波長(zhǎng)和顏色、受照空間的大小和形狀、平均照度等；（2）生理因素，包括視覺工作、視覺功效等；（3）心理因素， 包括靜態(tài)或動(dòng)態(tài)、視覺

8、滿意、視覺舒視等；（4）經(jīng)濟(jì)因素，包括照明系統(tǒng)的投資費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、節(jié)能措施等。研究和計(jì)算表明人的一生有三分之一的時(shí)間是花在臥室里的，因此臥室照明，是所有房間中最需要精心設(shè)計(jì)的。在臥室照明中，按照明的范圍劃分，主要分為兩種照明方式：即一般照明與局部照明。一般照明中光色的設(shè)置主要是暖色調(diào)、中間色調(diào)與冷色調(diào)之分，可根據(jù)環(huán)境需求來選擇光源色溫，要讓人們躺在床上的時(shí)候有真正在家的感覺，注重氣氛的烘托。局部照明主要是床頭燈光，其設(shè)置主要是暖色調(diào)光與冷色調(diào)光，暖色調(diào)光有利于人放松進(jìn)入睡眠，冷色調(diào)光有利于早晨人頭腦清醒。部分人習(xí)慣躺在床上看書或看電視，這時(shí)床頭局部燈光的調(diào)節(jié)可以使人放松，緩解疲勞，床頭燈

9、光的另一作用是起夜時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)光照明。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定臥室一般照明的照度為75lx ，床頭照度為150lx ，色溫3300K ，但是這樣的色溫與照度取值單一，不能滿足用戶的生理心理變化需要。本文對(duì)100個(gè)年齡介于20 50歲的中青年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：在臥室一般照明中，對(duì)于燈具顯色性要求一般的情況下，一般低色溫，所需照度較低，讓人感覺溫馨，而高色溫，人們會(huì)偏向喜歡明亮一點(diǎn)。如下表1中模擬情景所示，在色溫為3000k 時(shí)，200 400lx 的照度讓人倍感溫馨，800lx 以上有悶熱煩躁的感覺；色溫5000k 時(shí)，比較偏好600lx 左右的照度；色溫7000k 時(shí)，偏好600 800lx ，1000lx

10、以上過于明亮，而照度偏低則感覺陰暗。由于在臥室內(nèi)并不會(huì)進(jìn)行精細(xì)操作（如長(zhǎng)時(shí)間看書、勞作），從節(jié)能角度出發(fā)，平均照度可根據(jù)實(shí)際情況在上述表1模擬照度情況下進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整降低。2. 2光色情景模式劃分根據(jù)2. 1分析，結(jié)合照明實(shí)際，可將臥室光色照明情景模式進(jìn)行如表2劃分。3照明計(jì)算照明計(jì)算是光色情景模式設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，它包括照度計(jì)算以及色度計(jì)算（色溫計(jì)算、顯色指數(shù)計(jì)算）等照明功能上各種效果的計(jì)算。圖2照度分布計(jì)算根據(jù)不同光色情景模式需要，所選的LED 燈具具有調(diào)光調(diào)色的功能。通過DIALUX 軟件，導(dǎo)入房間環(huán)境模型，輸入幾組參考的燈具參數(shù)，設(shè)定房間中的空間環(huán)境數(shù)據(jù)，計(jì)算不同燈具參數(shù)情況下房間中的照度與

11、色度分布情況，如圖2所示是照度分布情況計(jì)算，從中計(jì)算得到特定光色情景模式下燈具的光色參數(shù)，作為照明控制中的燈具參數(shù)。表2臥室光色照明情景模式情景模式色溫Tc （k ）照度水平E （lx ）設(shè)計(jì)說明暖白模式3000k300lx暖白色營(yíng)造溫馨舒適的感覺中性白色模式4800k 500lx 中性白色冷白模式6500k 700lx 冷白色保持頭腦清醒局部照明模式6500k 50 500lx 根據(jù)臺(tái)燈動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)自定義模式待定待定由主人自己設(shè)定適宜的光色4光色控制實(shí)現(xiàn)4. 1光色控制光色控制環(huán)節(jié)結(jié)合編程與仿真，其界面設(shè)置流程如圖3所示，將各個(gè)室內(nèi)房間的光色控制系統(tǒng)接到控制器，在控制器電腦上安裝軟件，監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀

12、態(tài)，實(shí)現(xiàn)全智能控制。光色控制通過適時(shí)調(diào)整情景模式，從而體驗(yàn)溫馨、工作、休閑等不同燈光帶給人們身心的舒適。4. 2光色穩(wěn)定控制在利用RGB 白光LED 進(jìn)行調(diào)光調(diào)色時(shí)，由于三種顏色的驅(qū)動(dòng)電流各異，所以在RGB 白光LED 器件芯片中需要加入一個(gè)控制電流的芯片，以控制得到穩(wěn)定的光色輸出?？刂齐娏鞯男酒环矫婵煽刂萍虞d到LED 各個(gè)芯片的恒定電流，防止因LED 圖3光色控制實(shí)現(xiàn)界面設(shè)置流程工作電流變化引起光的主波長(zhǎng)偏移而變色，繼而使白光的色溫也發(fā)生變化。另一方面，可以控制通過三個(gè)RGB LED 芯片的電流大小，從而使三個(gè)芯片的發(fā)光強(qiáng)度相應(yīng)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)三基色光混合比例隨之發(fā)生變化，達(dá)到不同光色情景模

13、式的色溫與照度需要。 本文根據(jù)某實(shí)際施工項(xiàng)目中LED 燈具的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，監(jiān)測(cè)LED 照明工程主要照明參數(shù)，包括現(xiàn)場(chǎng)照度、色溫、溫度。表3中為半年來該項(xiàng)目測(cè)試所得數(shù)據(jù)，測(cè)試時(shí)間定于晚上7：30 8：30，原則為外界光線不影響為佳。表3測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試時(shí)間環(huán)境溫度模式照度lux 色溫K四月中旬19辦公129. 8居家126. 6娛樂 32. 9五月中旬21辦公1237950居家1098000娛樂30六月中旬23辦公1137400居家1007300娛樂313600七月中旬23辦公1086960居家1056980娛樂35八月中旬22辦公111. 67100居家975900娛樂28. 43200十月下旬19辦

14、公1057300居家947590娛樂263400注：表中空白部分為測(cè)量時(shí)，色度控制出現(xiàn)問題而導(dǎo)致無法測(cè)量。根據(jù)測(cè)試，得到光色情景模式統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如圖4、圖5顯示，在不同模式的使用過程中，燈具的色溫與所產(chǎn)生的照度都產(chǎn)生了一定變化。另?yè)?jù)現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)，這種變化是可為人眼所識(shí)別的，究其原因，主要是LED 的紅色、綠色和藍(lán)色光的輸出，會(huì)有不同程度的減弱，隨著時(shí)間的推移，RGB LED 系統(tǒng)的顏色平衡會(huì)變換，同時(shí)室溫、LED 自身的散熱問題等對(duì)此也有影響。圖4色溫變化 圖4PLC 程序要電源，用于正常用電；另外一個(gè)是備用電源，用于消防用電。雙回路切換供電也是同樣。切換過程可用PLC 設(shè)計(jì)如下 。圖6PLC 程序

15、由圖6所示，X0作為檢測(cè)應(yīng)急照明主用供電線路運(yùn)行狀態(tài)的輸入信號(hào)。當(dāng)主用供電線路運(yùn)行正常時(shí)，X0常開開關(guān)閉合，Y0與Y1得電，處于常明狀態(tài)的應(yīng)急照明得電。當(dāng)主用供電線路出現(xiàn)故障停止供電時(shí)，X0常開開關(guān)閉合，而同時(shí)由于X0常閉開關(guān)閉合，備用供電線路開始為應(yīng)急照明供電，Y0與Y1可以繼續(xù)保持常明狀態(tài)。當(dāng)PLC 中有火警聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)輸入時(shí)，X1常閉開關(guān)閉合，除了Y0與Y1處于通電狀態(tài)外，Y2與Y3這兩個(gè)應(yīng)急照明的回路被強(qiáng)制點(diǎn)亮并處于通電狀態(tài)。4結(jié)語(yǔ)應(yīng)急照明在人們的生活與工作中起著越來越重要的作用。在設(shè)計(jì)應(yīng)急照明控制系統(tǒng)時(shí)，不僅要保證嚴(yán)格按照規(guī)范，并且要以自動(dòng)化、可靠、節(jié)能作為原則。參考文獻(xiàn)1任元會(huì)，徐長(zhǎng)生應(yīng)急照明設(shè)計(jì)的若干問題J 照明工程學(xué)報(bào)，1993，4（1）：8 172JGJ 162008，民用建筑設(shè)計(jì)規(guī)范S 3GB 5004595，高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范S 4GB500162006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范S （上接第114頁(yè)）求，設(shè)置光色情景模式。利