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1、灯具设计de内容本文由东莞市朗森半导体照明有限公司 了解灯具设计的必要内容 灯具有别于其他电器的内容 环境对照明和灯具的要求照明质量和灯具配光 灯具设计的相关内容 电气安全要求 光源 灯具 配光设计技术 效率 配光和发光后的感觉 灯具与光源的匹配 灯具创新设计的着眼点配光 摸清照明场所的要求 效率 采用新材料和工艺 发光后的感觉 开发新光路和新材料 价格 保持或提高质量 降低成本 新光源 LED 新对待新设计 使用LED颗粒做灯具 使用LED颗粒做成的模组 做灯泡 用LED模组做灯具 一 灯具的特点 1 灯具是一个低压电器 必须遵循一般电器的要求和设计规则 1 电器安全要求 共性的 防触电 绝
2、缘材料温度等级 IP EMC 结构安全等 2 电器性能要求 异性的 不同电器性能迥异 1 电力方面电动机 用电产生动力 发电机 机械能变电能 变压器 输配电力 继电器和接触器 输配电力指令的实施 开关 实时操控需要 2 用电器方面焊接机 家用电器 照明器具 电动工具等 2 灯具不同于一般用电器的主要内容1 内部有一个温度远高于其它电器的发高热的光源 热的关注和处理是重要内容 传统光源的热是会影响它的周围环境 灯具内 中的材料甚至影响灯具外的物体 如 埋地灯的表面温度筒灯的上部温度 更重要的是当今光源新秀LED对温度特别敏感 温度越高 光输出越减少 必须对温度特别关注 从而产生了 热管理 的课题
3、 2 灯具是一种与人 不管什么人 非内行人 会亲密接触的低压电器产品所以要 绝对不会触电 绝对不会烫人和燃烧 除专业产品外 不教就会使用且没有固定的使用的人员 有一定的使用寿命 非24小时工作制的居多 但也要能24小时工作 设计产品和制订标准时一定要考虑上述内容 3 如何控制和利用光源发出的光是灯具设计的重要内容 包括 如何让光源长寿命 环境和配件 如何让光源发出更多的光 高频 降温 怎样利用好光源发出的光线 效率高 光学设计 让有用的光线越多越好 灯具和照明 保证光源运行中的安全 如在危险气氛 振动环境等 二 灯具设计内容 一个好的灯具应该是充分利用光源光线 光通量 通过设计有效的控制光线手
4、段 得到按照明场所需要的光强分布 光学设计 同时又能提供保护人和环境防范触电和引起周围环境的不安全 火灾 跌落等 电气安全设计和热设计 还有维持光源的电气连接和正常工作 适合在工作场所中的使用需要和长期工作 方便维护工作 也十分重要 结构设计 此外 外观造型上的美学也变得越来越重要了 灯具设计包涵两大内容和一个原则 功能设计设计出满足上述各项要求的产品 完全满足和达到各项功能要求 照明 节电 操作 可替换等 寿命设计有一代人的使用寿命 10 20年 期间 除更换损坏的光源外 其余部件只要保养 不需更换 因此 材料和处理的选择至关重要 经济性原则在达到同样性能的情况下 越简单和越经济越好 不能功
5、能有余或杀鸡用牛刀 1 功能设计 照明功能为主使用场所的 工作目的 人员视觉工作状态 需要的光线在不同角度上的数量和质量 光的衰减问题 照明要求大多来者现有标准 制作的灯具必须适用的现行照明标准内容 国内外 功能设计 安全保证为主使用场所的环境 使用工况 工作人员的使用状态 它不影响外界和外界不影响它的考虑 保证安全的寿命期 适用的现行的电气安全标准内容 功能设计 使用和维护为主使用场所的 安装灯具的位置和方式 灯具维护 含换光源 的方式 零部件和整体的寿命 表面与环境的协调性 2 寿命设计 系统设计问题照明寿命 电气寿命和机械寿命同步 总体考虑 1 长期的 20年 2 短期的 1 2年 3
6、临时的 一个季节 长期的 压铸铝 不锈钢 型材 镀锌钢管 不同类型各种耐侯塑料 如 涂漆 塑的压铸铝外壳短期的 钢板涂漆 镀锌紧固件 一般塑料如 涂漆钢板外壳临时的 节庆活动一般塑料件 节日灯串 三 按照明要求分析光线的重要性1 创造好的光环境是灯具的主要作用 不能理解为达到需要照度就完事 照度中有好的照度和坏的照度 同样是500lx 效果迥异 看作业面 看环境能耗相同但四周明亮涉及灯具设计和布置设计 一个英国邮政办公楼的改造实例改造内容 办公室和办公桌 灯具下加半透光吊框 有符合光分布要求的好的配光形状读写作业的例子以蝙蝠翼配光替代Cosn 的例子 Cosn 的灯具形状蝙蝠翼配光灯具形状垂直
7、灯管平面上呈蝙蝠翼配光 间接照明的由来天花板上什么地方装灯都有问题那么怎样来创造一个适合工作又没有眩光的照明环境 我们将灯的亮度降下来 四 举例说明办公室灯具光学的设计1 几种形式目前有两种形式可供选择 直接照明形式光线直接从灯管 反射罩射向工作面 间接 半间接照明形式从灯具发出的光线部分直接向下照到工作面 部分向上 照明天花板再反射下来照明工作面 2 直接照明灯具之一 支架灯具 涂白色涂料灯具的配光 光学计算的基本规则 一个例子 计算配光曲线可将这两部分迭加 红色曲线 绿色曲线 蓝色曲线 提高支架灯具效率的途径A 增加白色涂料的反射率 是提高灯具出光效率的有效途径 高反射率白色材料的分类 分
8、为两类1 98 以上材料 纤维类为什么积雪是白色的 而雪花却是透明的 将极细的透明纤维压在一起可获得高反射板 反射率犊在97 以上 如 DUPON板 德国Trocellen的微孔PET板 WhiteOptics的White97Film板等 一种IEJ的白色反射材料的反射光谱图 一种e PTFE膜 膨化了的聚四氟乙烯膜 的反射率达98 以上见电镜构成图和光谱反射率图 说明透明纤维压缩后可获得高反射率膜 2 92 以上的材料 喷涂类 表面涂层类 日本住友金属工业株式会社的白色高反 住友白板的性能如下 目前国产的塑粉也有达到 92 的品种 圆渐开线的作用和获得 3 直接照明灯具之二 格栅灯具 1 格
9、栅灯的种类 1 高反射率涂饰的格栅的效率很高 格栅的透过率 f12 5 3 1 f12 2 2 RCR 1 3 5 3 1 f12 其中 RCR 5h W L W Lf12 e 1 184RCR 0 00535RCR 0 011格栅保护角约300的RCR 6的情况 3 0 7 0 72 3 0 92 0 936 2 2 格栅的计算 等保护角格栅的计算 蝙蝠翼配光的反射器设计 屏幕上反射光线的由来 1 灯具出光口面上的亮度分类 来自IESNA对两度的要求 4 直接照明灯具之三 棱镜的种类和设计1 Macphail棱镜设计 2 Holophen减低直接眩光的透镜 实际的形状 5 间接 半间接照明灯
10、具 设计例一 设计例二 五 灯具光学设计的几个重要内容利用反射或折射的原理 合理设计和选择这些光学部件 也称反射器和折射器 的线度 面形或材质 尽可能多地收集光源发出的光线后将它们输送到需要的方向上去 镜面扩散漫射透明半透明反射折射 1 知己和知彼 百战不殆a 必须选择合适光源 功率 光通量 和配光曲线 b 必须根据照明场所作业的内容和要求确定需要的配光曲线 光源的配光曲线书写作业需要的蝙蝠翼配光灯具的作用之一就是完成这个任务 光通量的再分配 能量转换过程中必须遵守能量守恒定律 1 光源光通 灯具光通 利用效率 2 利用几何光学的基本定律改变光线方向达到改变光通量分配的目的反射 反射定律入射角
11、等于反射角 a b 入射光线和反射光线在一个平面内透射 折射 Snell 定律入射光线和折射光线在一个平面内 入射角 和折射角满足 n1sin n2sin n1和n2分别为入射媒质和折射媒质的折射率 等亮度原理 3 将上述定律结合到各种形式的反射或透射面型中 得到不同的控光效果 用抛物线用椭圆得平行光会聚光用透镜得到平行光棱镜的折射扩散光 4 必须了解光源发光体的大小对上述配光带来的影响 圆球光源置于抛物线圆球光源置于透镜 5 成像光学和非成像光学 1 照明应用中 许多是不要成像或要破坏成像的 MR16的反光杯做成龟板样的原因 6 光通量方向的转移反射器内小面元上光线的转移 转移中的内容 转移
12、按照反射定率 7 光学系统设计不是单值解可以得到相同配光的两种形状的反射器 8 灯具配光曲线的说明 空间的环带及其说明 灯具配光分布采用的三种坐标系统 C 和B 系统的图示 一个平面内配光的表达 1 路灯常用的表达方式 道路的边线不是直线 道路的边线是直线 六 应考虑的其它问题灯具恐怕是发热最高的用电器具 特点 1 温度特别高 光源是炽热体 灯泡玻璃壳体的表面温度有的在300多度 灯头处的温度白炽灯泡有150多度 功率大的HID光源有200多度 2 使用时间特别难控制 有的甚至是连续工作 3 使用的地方和它周围的环境特别不清楚 安装高度 与人和与物的距离 安装面都变化多样 灯腔的体积太小和形状
13、将严重影响光源寿命 1 关注光源周围环境温度 光源吸收反射光 尽量减少从反射器反射的光线回到光源 延长电弧管或灯丝寿命 HPS灯装入反射器后的最大温度 都有规定 HPS灯装入灯具后的最大管压升 金卤灯也有类似问题 2 降低光源封接处的温度 延长封接处寿命 如卤钨灯钼箔封接处的温度要 270 C 特别是封闭使用的卤钨灯 如航空信号用的灯具 安装散热片 3 灯具效率的认知光源装入灯具后其工作状态 功率 管压等 发生变化 与裸灯工作完全不同 就会产生下面的情形 为此 将上面的比值称为灯具光输出比 不称为灯具效率 过高的效率 如HPS的路灯效率在80 要注意灯泡的管压升 在85 或以上肯定有问题 此问
14、题同样出现在荧光灯的灯具 要注意 由IEC60598 GB7000 中规定了外壳各部位和各种材料的最高温度 光源重要部位材料上或封接处的最高温度 另外电器元件也都有最高温度tc tw 应以此作限值进行设计 1 外壳体积的大小2 灯具内局部体积的大小3 环境对温度的影响 七 常用设计工具以下为常见的部分软件 光学设计 非成像光路 Photopia Tracepro 美国 等APILUX Speos Solstis 欧洲 等 结构设计 Autocad Pro e Idea s Solidwork等 造型设计和仿真 Rhinoceros CDRS 3D max等 热设计 Pro e Idea s等 谢谢
