CN107205297B - 一种结合led照明及热辐射照明的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合LED照明及白炽灯照明的方法，其中白炽灯视场合选玻璃灯珠或传统灯泡。由于共用LED直流电源或使用全波整流滤波高压直流电源（310V）供电，故无频闪，从而解决了钨丝灯泡的频闪问题；LED照明则使用低色温设计以减少蓝光危害，即同时保证视觉健康及非视觉健康。LED照明负责节能并提供合适照度，白炽灯则负责提供人体必需的深红光及红外光，从而解决当前LED照明中缺少深红及红外光的问题。因此，本发明能同时兼顾节能照明及健康照明两个方面，为半导体照明提供了一个新思路，于中华民族健康繁衍或有深远意义。

Description

一种结合LED照明及热辐射照明的方法

技术领域

本发明涉及健康照明领域，尤其是涉及一种结合LED照明及热辐射照明的方法。

背景技术

近年来，围绕人眼的“非视觉功能(Non-Visual Effects of Light)”的研究日益深入，蓝光危害已远超出“视觉功能”的范围。当前形势是：在“视觉功能”方面，我国近十年的“近视防治”可以讲是完败，这可能意味着方向错误；在“非视觉功能”方面，夜间光线中的蓝光通过影响“褪黑素”及“皮质醇”等人体最基本激素分泌而导致“性早熟”、“乳腺癌”“糖尿病”“肥胖症”的现象正引起广泛重视；光的这种影响也是通过眼睛，但看不见，所以称为非视觉，其影响的峰值在蓝光462nm位置，2016年CIE、ISO、AMA(美国医学会)均就此发出警告和建议。本发明人也曾率先发问：养鸡养猪要用光来给动物催情、催熟，那自从白炽灯发明来，人类自身这100多年呢？为此，提出了夜间光线控制四准则，即“光谱向烛光(靠拢)，亮度向月光，时间均匀无频闪，不干扰内源节奏，空间均匀无眩光”。这些观点在SSLChina2016北京国际会议上得到了很多人的高度评价。

以LED照明为主的半导体照明已进入千家万户，去年我国LED照明的产值是4000亿人民币。LED照明虽然节能，但相比不节能的白炽灯，LED灯不是全光谱，完全缺少深红光(深红光指波长大于700nm红光，或干脆指LED通常缺少的长波红光)，及红外光，因此，LED照明对人类健康可能产生的影响要认真检讨并密切关注。

人类最适应的照明方式还是火光(如烛光)，其光谱是热辐射连续谱。由于其蓝光含量少，无论涉及传统的“视觉功能”，还是涉及最近发现(2002年确定机理)的“非视觉功能”，烛光都是最健康的。可惜，人类不可能再回归烛光照明。白炽灯即钨丝灯泡或碳丝灯泡(碳丝技术已有长足进步)，由于其光谱也是热辐射连续谱，故是目前市面上光谱最健康的人工照明灯具；其短波方向蓝光含量少，故对人类激素干扰少；其长波方向丰富的深红光及红外谱正是LED灯及荧光管灯所缺乏的，于人类健康不可或缺。例如红外光作用有:缓解皮肤超敏反应,延缓皮肤衰老；保护神经元，止痛；改善心衰患者心肺功能；再例如红光作用有：治疗帕金斯症，骨质疏松，糖尿病足,延缓皮肤衰老；保护神经元，止痛；改善心衰患者心肺功能。由于深红光及红外光谱因为对“视觉功能”贡献不大，故从节能角度来讲，白炽灯照明效率不高，所以各国前几年已下文“禁止生产白炽灯”。只是近来对“光”的认识发生了重大变化，国家默许白炽灯可继续用于重要特殊照明场合，如台灯。从电费来讲，一个25W台灯每晚使用3小时耗电电费是5分钱，故用于台灯，是否节能无关紧要。本发明所述特殊灯具是指长时间照射人类、尤其是青少年的灯具。街头LED路灯，由于人们只是偶尔路过，故允许节能第一，健康第二。

经测试，在交流供电时，白炽灯会有约±20％的幅值频闪，这是白炽灯灯具最大的缺陷。在中国，由于交流的频率是50Hz，比美国60Hz低，所以，频闪对国人的影响更大。显然，直流供电就可解决此问题，目前市面上也有低压直流供电的、使用单个白炽灯的台灯，但尚没有310V的高压直流供电的白炽灯照明灯具产品(电源是220V交流经全波整流后再加电容滤波就是310V的高压直流电源，额定电压是220V的灯泡无法长时间承受310V的高压，会很快烧断丝)。由于近十年来，尤其是福岛核事故来，得益于半导体照明电源技术的进步及日本技术的引进，我国高压高容量电解电容取得了长足的进步,这为本发明所需的高压直流供电技术提供了现实的支持；本发明人先前提出了由两个220V白炽灯泡串联共同承担310V的高压，这样不仅能降低灯具的色温，还能延长灯泡的寿命。当然，本发明人也提出了生产310V额定电压灯泡的设想。

本发明正是基于上述技术背景进行的，即在LED照明中加上传统的白炽灯照明以弥补LED照明的不足，并保证白炽灯无频闪。这样既节能，又维系全光谱，因此，本发明既能为我国半导体照明拓宽思路，又能增进国人健康。

其中白炽灯视场合选玻璃灯珠或传统灯泡。由于共用LED直流电源或使用全波整流滤波高压直流电源(310V)供电，故无频闪，从而解决了钨丝灯泡的频闪问题；LED照明则使用低色温设计以减少蓝光危害，即同时保证视觉健康及非视觉健康。LED照明负责节能并提供合适照度，白炽灯则负责提供人体必需的深红光及红外光，从而解决当前LED照明中缺少深红及红外光的问题。因此，本发明能同时兼顾节能照明及健康照明两个方面，为半导体照明提供了一个新思路，于中华民族健康繁衍或有深远意义。

发明内容

本发明的目的是这样实现的：一种结合LED照明及热辐射照明的方法，包括当前的LED照明及传统的白炽灯照明，其特征是：照明场合同时采用LED照明和热辐射照明，LED照明的LED及热辐射照明的发热体均直流供电；LED照明负责提供照明所需的照度，热辐射照明则主要提供深红光及红外光，以弥补LED照明的光谱缺项；热辐射对照度的贡献范围为0.5％-99.5％，LED对照度的贡献范围为99.5％-0.5％。

具体步骤为：

第一步：选择LED照明，所述LED灯具的色温应低于4500K，显色指数95以上；

第二步：当照明面积大，计划选择使用白炽灯泡时，则跳到第三步；当照明面积较小，计划使用小白炽灯珠时，则跳到第四步；

第三步：当采用白炽灯泡时，先制作直流供电无频闪的白炽灯泡电源，其方法是将交流额定值为220V市电进行整流滤波；采用全波整流，整流后的电压峰值额定是310V，滤波电容的耐压值要大于310V，对每个25W的白炽灯泡，配电容值大于47微法的电容进行滤波，若灯泡功率加倍，则电容值也应加倍；经电容滤波后，便得到电压为310V的高压直流电源，再配合白炽灯的热惯性，便绝无频闪；所谓白炽灯的热惯性，指白炽灯撤去供电后，白炽灯灯丝不会立即冷下来，还能短瞬发光；为了获得更多深红及红外光并延长灯泡寿命，白炽灯泡灯丝应工作在小于2800K的较低色温下；要达到此目的，每个灯泡的实际工作电压小于其额定电压就成，然后跳到第五步；

第四步：采用白炽灯珠时，白炽灯珠和LED共同使用直流电源，灯珠灯丝工作在小于2800K的色温下以延长灯珠寿命并提供更多深红及红外光，要达到此目的，每个灯珠的实际工作电压小于其额定电压就成；

第五步：白炽灯泡、白炽灯珠的个数至少按每平米0.1W计算，即至少保证了通常点蜡烛时，人们所得到的深红光及红外光；当然，在达到照明场所所需照度之前，此值越大越好，但由于白炽灯的光效不高，故白炽灯个数增加时，节能效果变差；

第六步：LED照明负责提供照明场所所需的照度，热辐射照明则主要提供深红光及红外光，以弥补LED照明的光谱缺项；热辐射对照度的贡献范围为0.5％-99.5％，LED对照度的贡献范围为99.5％-0.5％，热辐射对照度的贡献越大，光品质越好，光健康越好，但越不节能，并需更增大电照设计容量及空调冷却设计功率。

经过以上步骤，便解决了完全用LED照明时，深红光及红外光为零的问题，这样就达到了本发明的目的。

本发明的创新点是：在当前LED照明中增加了传统的白炽灯照明，并明确了各自的比例，能保证人类照明既节能又健康，解决了当前LED照明全无深红及红外光的问题，从而可望为LED健康照明提供一套新的方法。

附图说明

图1教室的LED照明+白炽灯照明。

图2用两个额定电压为220V的灯泡串联起来共同承担直流310V的接线图。

图3将LED照明与白炽灯照明集成到一个吸顶灯中。

图4小白炽灯珠和LED照明共用一个直流电源示意图。

在图1-4中：1—日光灯管形式的LED灯，2—额定电压为310V的白炽灯，3—学生，4-教师，5—LED灯丝灯，6—吸顶灯外罩,7—交流变直流310V电源模块，8—额定电压为220V的白炽灯，9—低压直流电源，10—LED灯珠，11—低压白炽灯小灯珠。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思路就是根据人眼的“非视觉功能”最新理论，降低LED照明的色温，以尽可能减少蓝光危害，同时用白炽灯来补充LED照明所缺少的红外光及深红光。立足于现有白炽灯泡的额定工作电压，提供目前工程上就可操作的实施例。

实施例1：为教室提供一种结合LED照明及热辐射照明的方法(如图1)

第一步：选择LED照明，本发明明确LED灯具的色温应低于4500K，显色指数95以上；在本实施例中，LED照明灯具是日光灯管形式的LED灯1，选择其色温低于4500K，优选值为2800K-3000K，显色指数大于95，越接近100，越好，但此时日光灯管形式的LED灯1的发光效率可能略有降低。

第二步：安装直流供电无频闪的额定电压为310V的白炽灯2，其方法是将交流额定值为220V市电进行整流滤波，采用全波整流，整流后的电压峰值额定是310V，滤波电容的耐压值要大于310V，例如450V，对每个25W的灯泡，配电容值大于47微法的电容进行滤波，若灯泡功率加倍，则电容值也应加倍；

第三步：额定电压为310V的白炽灯2的个数至少按每平米0.1W计算，显然此值越大越好，但由于白炽灯的光效不高，故钨丝灯泡个数增加时，节能效果不好，此时还应参照学生3及教师4的集中程度来定，一个100平方米的教室，优选值应安装四个25W的灯泡，此时每平米的白炽灯消耗是1W，4个灯泡的电费每3小时约0.2元。

第四步：日光灯管形式的LED灯1负责提供教室所需的照度，热辐射照明灯具，即额定电压为310V的白炽灯2主要提供深红光及红外光，以弥补日光灯管形式的LED灯1的光谱缺项；热辐射照明灯具，即额定电压为310V的白炽灯2对教室对照度的贡献越大，则教室光品质越好，光健康也越好(蓝光含量越少)，但越不节能，并需更大电照容量及空调冷却功率。此时选择原则是：关掉教室内全部日光灯管形式的LED灯1后，额定电压为310V的白炽灯2对教室照度的贡献至少应达到百年前点油灯时的亮度，如此，则深红及红外光便达到了人类进化所习惯的基本剂量，而要达到这一剂量明显不需消耗过多的能源。

经过以上步骤，在教室就能至少保证通常点蜡烛时，人们所得到的深红光及红外光，从而解决了完全用LED照明时，深红光及红外光为零的问题，从而达到了本发明的目的。

实施例2：考虑到额定电压为310V的白炽灯2目前还需要定做，本实施例提供一种利用现有技术就能实现工程上可操作的办法。(如图2)

本实施例的其它步骤均同实施例1，不同的是，本实施例用两个额定电压为220V的白炽灯8串联起来共同承担310V的直流电压，此直流电压是220V交流电全波整流滤波后得到的电压；

在实施例1中对310V的白炽灯2没有明确其色温；当色温为2800K时，若工作电压是220V，这是传统钨丝灯泡的额定工作条件；当色温为2800K时，若工作电压是310V，这是310V的白炽灯2的额定工作条件；显然，310V的白炽灯2的色温可在低于2900K下任意设计，但色温高，灯泡寿命变短，蓝光相对变多，深红及红外相对变少；因此，简单来讲，在本实施例，就是310V的白炽灯2采用了灯丝直径和220V的白炽灯8一样，但灯丝长度已是220V的白炽灯8的双倍；如此设计，相当310V的白炽灯2的灯丝工作温度低于2800K，目的是能获得更接近烛光的光谱，且灯丝寿命成倍延长。

实施例3：将LED照明及热辐射照明集成到一套灯具中的方法举例。如图3.就是将一个310V的白炽灯2和若干个LED灯丝灯5共同装到吸顶灯外罩6中；通常在吸顶灯中，LED灯丝灯5的外形会换成环形LED灯以节省空间和有利于散热。

实施例4：在小面积照明场所，也即使用一个15W的310V的白炽灯2还嫌白炽灯功率偏多或在小灯具中，嫌310V的白炽灯2占空间，不利散热的情形下，则选用图4方案；

低压直流电源9，负责同时向LED灯珠10及低压白炽灯小灯珠11供电，LED灯珠10采用先串联后并联的通常做法，数目根据灯具总照度需求来选择；白炽灯小灯珠11也采用串联形式，举例来讲，设低压直流电源9是24V，白炽灯小灯珠11选3W的额定工作电压为6.3V的灯珠；为延长白炽灯小灯珠11的寿命，并降低其色温，白炽灯小灯珠11的串联个数应大于24/6.3,即4个，优选6个。

本实施例其它步骤类似实施例1.

应当说明的是，上述实施例只是对本发明的说明而不是对本发明的限制，任何不超过本发明实质精神范围内的非实质性替换或修改的发明创造均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种结合LED照明及热辐射照明的方法，包括LED照明及白炽灯照明，其特征是：照明场合同时采用LED照明和热辐射照明，LED照明的LED及热辐射照明的发热体均直流供电；LED照明负责提供照明所需的照度，热辐射照明则主要提供深红光及红外光，弥补LED照明的光谱缺项；热辐射对照度的贡献范围为0.5%-99.5%，LED对照度的贡献范围为99.5%-0.5%；具体步骤为：

第一步：选择LED照明，所述LED灯具的色温应低于4500K，显色指数95以上；

第二步：当照明面积大，计划选择使用白炽灯泡时，则跳到第三步；当照明面积较小，计划使用小白炽灯珠时，则跳到第四步；

第三步：当采用白炽灯泡时，先制作直流供电无频闪的白炽灯泡电源，其方法是将交流额定值为220V市电进行整流滤波；采用全波整流，整流后的电压峰值额定是310V，滤波电容的耐压值要大于310V，对每个25W的白炽灯泡，配电容值大于47微法的电容进行滤波，若灯泡功率加倍，则电容值也应加倍；经电容滤波后，便得到电压为310V的高压直流电源，再配合白炽灯的热惯性，便无频闪；所述白炽灯的热惯性，指白炽灯撤去供电后，白炽灯灯丝不会立即冷下来，还能短瞬发光；为了获得更多深红及红外光并延长灯泡寿命，白炽灯泡灯丝应工作在小于2800K的较低色温下；要达到此目的，每个灯泡的实际工作电压小于其额定电压就成，然后跳到第五步；

第四步：采用白炽灯珠时，白炽灯珠和LED共同使用直流电源，灯珠灯丝工作在小于2800K的色温下以延长灯珠寿命并提供更多深红及红外光，要达到此目的，每个灯珠的实际工作电压小于其额定电压就成；

第五步：白炽灯泡、白炽灯珠的个数至少按每平米0.1W计算，即至少保证了通常点蜡烛时，人们所得到的深红光及红外光；

第六步：LED照明负责提供照明场所所需的照度，热辐射照明则主要提供深红光及红外光，以弥补LED照明的光谱缺项；调配方向是：热辐射对照度的贡献越大，光品质越好，光健康越好，但越不节能，并需更增大电照设计容量及空调冷却设计功率。

2.根据权利要求1所述一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征在于，热辐射照明的发热体就是白炽灯灯泡，白炽灯使用高压直流供电，所谓高压，是将市电整流滤波后所得的直流电源，中国市电是交流220V，整流滤波后得到直流310V；当市电是110V制式时，整流滤波后的直流电压是156V。

3.根据权利要求1所述一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征在于，热辐射照明的发热体就是白炽灯灯珠，灯珠使用低压直流供电，所谓低压，电压等级同点亮LED所用的直流电源；灯珠串联并联后通常和LED灯共用低压直流电源。

4.根据权利要求1所述的一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征在于，所述LED灯具使用色温在1800-4500K的LED灯，这包括LED灯丝灯、LED面板灯、LED日光灯、LED吸顶灯、LED射灯等全部LED灯。

5.根据权利1-4任一所述的一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征是：教室、办公场所、公共场所及家庭较大面积照明场所使用LED灯丝灯、或LED面板灯、或LED日光灯管或LED吸顶灯或LED射灯或这些的组合来提供照明标准所需的照度及光品质，再提供一个以上、功率15W以上的白炽灯来弥补LED所缺少的深红及红外光谱。

6.根据权利1-4任一所述的一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征是：小照明场所，如居家照明，使用LED灯丝灯、或LED面板灯、或LED日光灯管或LED吸顶灯或LED射灯或这些的组合来提供照明标准所需的照度及光品质，再提供一个以上、功率1W以上的白炽灯珠来弥补LED所缺少的深红及红外光谱。

7.根据权利1-4任一所述的一种结合LED照明及热辐射照明的方法，其特征是：LED照明及热辐射照明集成到一套灯具中。