一款学生宿舍用LED灯的开发

庄 坚

(立达信绿色照明股份有限公司，福建 厦门 361010)

引言

目前国内部分高校学生宿舍里使用的都还是传统T8日光灯，其存在光能利用率低、眩光严重、能耗高、功能单一、外观古板等问题。为响应关于国家建设节约型校园及提升学生宿舍照明质量的号召，并着眼于市场的快速可替代性需求，笔者设计了此款低成本低功耗低眩光多功能LED线性吊灯。

该学生宿舍灯整灯结构由弧形反光罩(材料为纯铝，受光面反射率在80%以上，其两侧角出光开口折成两反光平板)、线性防尘罩(材料为扩散PC)、SMD LED(线性排布)、PCB板、灯体、自攻螺钉、吊杆、电源驱动、两侧小音箱座、两侧小音箱网罩等部件组成；弧形反光罩、线性防尘罩、PCB板均通过灯体导轨槽固定。

1 该款灯的关键性设计

1)独特的光学性能。如图1、图2所示，该灯属于全部扩散照明型欧式线性灯，具有创新的三向线性发光的光学性能(正面方向和两侧角方向光源可同时点亮，或任一方向单独点亮)。整灯采用0.5 W和0.2 W两种规格之SMD LED 3528，三向全亮时最大功率为24 W，单正面方向发光时功率为16 W，单侧角方向发光时功率为4 W。

如图2所示，该灯正面方向采用独特的防眩光弧形反光罩和线性防尘罩进行配光，弧形反光罩反射曲面之横向剖面对光线起准直效果，可使灯具照射地面时成混色效果较好的线性光斑。该灯照射地面时，弧形反光罩结构可使地面所成的中央线性光斑与边缘光圈完美衔接，并使边缘光圈接近椭圆形，光斑所在椭圆形范围内照度均匀性极佳。另外，该灯弧形反光罩四角凸缘方向之遮光角最大可达60°，故防眩光性能极佳，再配合场景照明设计，即可达到很好的视觉舒适度。而传统欧式T8带矩形反光罩之日光灯所成光斑之边缘光圈与中心光圈过渡较差，遮光角较小，眩光严重，视觉舒适度较差。两种反光罩外观上的区别为：弧形反光罩边缘为双曲线，矩形反光罩边缘为平行线(图3)。

图1 横向剖面光路原理Fig.1 Light path principle of the transverse profile

该灯两侧角方向采用线性凸透镜(材料为透明PC)和反光平板进行配光，在灯具横向剖面上的光线经过线性凸透镜会聚出射后、部分光线再经反光平板反射，从而实现灯具所在上部空间的局部照明。

图2 整灯三向全亮、单正面方向和单侧角方向点亮时的配光曲线Fig.2 Distribution curve flux of the lamp lit in 3Ds, front direction and side-angle direction

图3 弧形反光罩与矩形反光罩之光斑比较Fig.3 Light spots’ comparison between arc and rectangular reflector

2)巧妙的散热改良。该灯之灯体为铝挤型材，起散热及装卡作用，弧形反光罩通过基壳导轨(图3)与之配合，基壳内表面紧贴于灯体表面即可产生较大的热容差，散热效果远超单灯体无基壳相贴合的传统结构，从而大大提高了灯具寿命。用Ansys Icepak软件[4]模拟环境温度40 ℃时的整灯温度分布(图4)，光源附近最高温度Ts=85 ℃，经计算，若为SMD LED 3528则其使用寿命可达50 000 h以上。

3)优逸的场景效果。该灯的设计以配置标准

图4 整灯之PCB板温度分布Fig.4 PCB temperature distribution of the lamp

学生四人宿舍实现最佳照明效果为目标，其参照的《建筑照明设计标准》[1]里的要求如表1所示。

如图5、图6所示，将该灯设计参数导入DIALux软件之学生四人宿舍场景模拟结果(双灯三向全亮时的效果)为：地面活动区域平均照度为166 lx(大于标准值150 lx)，GR观察者最大眩光值为13(小于标准值22)，照度均匀度为0.737(大于标准值0.4 lx；照度均匀度U0=最小照度/平均照度)，采用显色指数Ra为85的SMD LED 3528(大于标准值80)，故该灯照明效果远超标准要求。另外，单灯单侧角发光时，上置的床铺及天花板可单独得到有效均匀的光照，从而不会影响到邻床之人物的休息。这样，两盏灯具即达到了整个宿舍的光照需求，光能利用率相较目前学生宿舍仍普遍使用的传统欧式T8带矩形反光罩之日光灯有显著提升。

表1 教育建筑照明标准值

图5 双灯三向全亮时地面活动区域照度值表和GR观察者计算结果Fig.5 Ground active area’s value chart and GR observer’s calculations of two lamps lit in 3Ds

2 该款灯的其他功能

该灯在两端还内置有两个小音箱，可用于接收学校日常广播信息，甚至英语听力练习等。学生除了使用固定于墙体的手动开关控制灯具外，也可无需下床通过手机APP控制该灯的任一方向单独发光，极大提高了灯具的使用便捷性。

图6 双灯三向全亮时伪色图和单灯单侧角发光时伪色图Fig.6 False Color Rendering of two lamps lit in 3Ds and one lamp side-angle direction

另外，该灯的弧形反光罩，除了上述独特的光学性能外，边缘还增加有卷边结构(图3)，其美观大方，档次提升。

3 结束语

综上所述，笔者设计开发的该款学生宿舍用LED灯具成本较低，灯的弧形反光罩、线形防尘罩、灯体均为易于加工的挤出成型结构，且具有功耗低、防眩效果好、三向发光、功能多样等优点，有利于改善学生学习与生活的光照环境，可提升学生宿舍的光环境质量。