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文档简介
1、LED应用于教室照明的最佳照度及色温分析 2010-10-12 9:48:33 半导体照明杂志 中国半导体照明网 行业:其它 浏览 如何实现更精确的配光、提高LED照明系统的可靠性和稳定性、降低造价等都是LED全面进入教室照明领域需解决的问题。此外,LED光谱安全性问题更应当引起业界的高度重视。上述这些方面都需要我们进一步的研究和改进。 访重庆大学建筑城规学院严永红教授目
2、前,学生近视眼发病率居高不下,经调研发现,环境因素与近视眼发病率相当密切,其中教室照明是最重要的影响因素之一。为了改善这一状况,为学生提供健康的照明环境,自2008年起,重庆大学建筑城规学院教授严永红承担了国家自然科学基金项目基于光生物效应的教室健康照明研究。在近3年的时间,她所带领的项目组对三种光色的T5荧光灯、LED灯,在不同照度下受试人的心理、生理反应进行了测试研究。内容主要包括视功效、视疲劳、脑疲劳、学习效率测试以及脉搏、心跳、呼吸等基础生理指标测试;为进一步了解不同光照刺激对人大脑的影响,项目组还进行了脑电图测试。目前除脑电图分析结果尚未完成外,其余测试结果已完成。为进一步了解该项研
3、究成果对产业的意义,本刊特此采访了负责该项目的重庆大学建筑城规学院教授、国家低碳照明研究建筑照明研究室主任严永红。LED照明尚未正式进入教室照明领域半导体照明 :教室作为一类特殊的室内照明场所,其用灯有着哪些特殊要求?严永红:教室照明不仅对学生视力健康有很大影响,由于眼睛的非视觉效应,不同色温光源的光谱、光强度差异还会影响到学生的生理节律,使之产生兴奋或疲劳,影响学习效率和心理、生理健康。因此,教室照明用灯不仅要考虑光源色温、照度对学生的影响,还应该特别注意光源的光谱安全性。半导体照明:LED照明应用于教室目前是一种怎样的现状?严永红:目前,教室照明主要还是以荧光灯光源为主,LED照明尚未正式
4、进入教室照明领域。只是在一些实验性项目中采用了LED。目前比较常见的是以直管LED来替代老式的T8荧光灯管,以获得更高的光效。但由于很多学校已经采用了光效更高的T5荧光灯,因此,这种LED应用的思路在今后将会受到很大制约。由于LED光源目前的价格高于T5荧光灯,从光效来看,也不占优势。因此,如果仅以节能的概念去推广LED教室用灯,我个人认为前景并不太好。青少年高近视率与不良的照明关系密切半导体照明:在您看来,LED照明应用于教室的市场潜力有多大?严永红:目前我国青少年近视率居全球第二,特别是大学生的视力不良检出率高达82.68,其原因与不良的教室照明有很大关系。与荧光灯相比,LED更容易满足光
5、谱安全性的要求,我们的实验也证明了在相同色温、相同照度下,LED具有更好的视功效表现。因此,从有利于学生视力健康、缓解学生紧张情绪的角度来看,LED较荧光灯有较大的优势,具有非常大的市场潜力。半导体照明:您认为目前LED应用于教室照明具备哪些优势和不足?严永红:与传统荧光灯光源相比,LED光源的最大优势是光谱易于控制,可通过以传统的蓝光芯片配合不同荧光粉配方、或利用多个不同光谱芯片混光等多种形式来形成所需的特定光谱,具有很强的灵活性。而荧光灯光谱只能通过调配荧光灯粉配方这一方式实现,具有很大的局限性。此外,LED还具有响应快、可进行点对点控制、灵活调光等特点,可很方便地得到需要的照度。利用这一
6、特点不仅可实现与天然光的联动,根据我们的最新研究成果,还可用于我们即将开发的动态健康照明系统。与传统荧光灯照明相比,LED照明也还存在着一些不足。如配光不如传统的荧光灯照明,可靠性和稳定性差,价格高。教室照明4000K左右光源视功效最好半导体照明:LED应用于教室照明还需要解决的难点?未来将从哪些方面去改进?严永红:如何实现更精确的配光、提高LED照明系统的可靠性和稳定性、降低造价等都是LED全面进入教室照明领域需解决的问题。此外,LED光谱安全性问题更应当引起业界的高度重视。上述这些方面都需要我们进一步的研究和改进。半导体照明:在由您展开的LED应用于教室照明的实验中,目前已取得了哪些结论?
7、严永红:大体有以下一些结论:首先,在心理实验及调查方面的调研结果显示,学生对色温的偏好并非一成不变,而是随教室功能、照度水平而变化,以此作为教室照明色温选择的依据并不可靠。评价一种光源是否是好的教室照明光源,除考虑学生的主观评价外,还必须考虑学生长时间处在特定光谱环境下,大量刺激所带来的疲劳累积对学生生理健康的影响。其次,在视功效测试方面的结论主要体现在以下三个方面,第一,应避免教室一般照明与黑板照明采用同色温光源;第二,无论是荧光灯组还是LED组,4000K左右光源的识别率曲线稳定性最好、识别率最高,表明其视功效表现最好;第三,目前我国南方大学教室使用最普遍的6500K荧光灯光源,其视功效表
8、现最差;且当电压不稳定而使作业面照度发生微妙变化时,可能引起学生视觉工作效率的突然降低。教室照明中应避免色温照度组合半导体照明:在应用于教室照明的产品中,通过试验您是否有一些可以供业界参考的指标?您下一步将会在哪些方面展开研究?严永红:学习效率及视疲劳、脑疲劳实验中,我们得出的结论有,第一,最佳推荐色温:在教室照明光源选择中,应以4000K左右中等色温的荧光灯、LED作为主要光源。而高、低色温光源,可加重学生的脑疲劳和视疲劳,降低学习效率,不应作为教室主光源。第二,最佳照度建议值:不同色温的光源,其最佳照度值并不相同,荧光灯与LED组相同色温的光源,其最佳照度值也不完全相同。我们以综合指数排序
9、(见表1、2)来反映各色温组光源不同照度段受试人学习效率、视疲劳、脑疲劳三者的综合指标,以“>”表示“优于”;以基准标识分项未达标总数来反映该光环境是否具有明显缺陷,即在综合指标较高的情况下,、三项中是否存在未达标的情况。此外,以平均综合指数来反映各色温组光环境的平均表现。对比表1、2可以看出,LED总体综合指数及分项达标情况优于荧光灯组;4000K组光源未达标数最少,表现最为突出。第三,教室照明中应避免色温照度组合。根据实验结果,不考虑色温,盲目提高教室平均照度,不仅不能改善光环境,反而会降低学生的学习效率,影响其健康。实验还证明,在色温相同的情况下,光谱差异对综合指数、基准标识均有显
10、著影响。因此,应对教室光源光谱进行改进。在测试中发现,某些厂家的LED室内光源中含有数量不等的紫外光,还有一些厂家的产品会明显地加重受试人的视、脑疲劳。如果不对LED光谱的安全性进行深入的研究,尽快制订出相关的行业标准,这样的产品一旦大量进入市场,其后果不堪设想。因此,课题组下一步的工作重点会在LED健康光谱筛选、LED动态健康照明系统研究等方面更深入地展开。表1 荧光灯组不同色温综合指数排序色温(K)综合指数排序平均综合指数基准标识分项未达标总数(个)2700300lx>1000lx>500lx>750lx1.117840001000lx>750lx>500lx>300lx2.01636500750lx>300lx>500lx>1000lx1.101610表2 LED组不同色温综合指数排序色温(K)综合指数排序平均综合指数基准标识分项未达标总数(个)2700300lx>750lx>500lx>1000lx1.33674000750lx>1000lx>300lx>500lx1.99436500500lx>300lx>750lx>1000lx1.4978严永红教授、博士生导师,国家建筑技术科学系主任、国家低碳照明研究中
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