CN109323206A - 具有模拟户外光照的教室照明系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供具有模拟户外光照的教室照明系统，包括：太阳光导入装置，所述太阳光导入装置包括聚光器、光纤和散光器；所述聚光器设置在所述教室外楼顶上，用于收集太阳光，将收集的太阳光导入所述光纤的入光口，所述光纤的出光口设置在所述教室内，所述出光口连接有散光器，所述散光器将光纤传来的太阳光发散后射向教室内以供照明。本发明通过太阳光导入装置将户外的太阳光引入到教室内用作照明，能够在太阳光充足的情况下直接将太阳光用作照明，极大提高人眼的舒适程度及护眼效果，同时还有节能的效果。
Description
技术领域
本发明涉及照明系统技术领域，特别是具有模拟户外光照的教室照明系统。
背景技术
据全国学生体质健康调研结果显示，7～12岁小学生、13～15岁初中生、16～18岁高中生及19～22岁大学生的视力不良率分别为45.71％、74.36％、83.28％和86.36％。如果不能及时得到有效干预，到2020年，我国存在视力问题的人口可能会高达7亿以上。
目前，LED具有光效高、节能、环保等优点，已被广泛应用于教室照明系统中，现有技术中的LED基本是利用蓝光LED激发黄色荧光粉，然后蓝光和黄光混合成白光进行照明。然而，这种白光和太阳光的白光其实有很大差别，LED的白光光谱主要集中在蓝光和黄光，其光色偏冷让人眼很不舒服。而根据研究显示，太阳光的白光对于人眼而言是最舒适的光照，太阳光能够有益于预防近视。因此，设计一种具有模拟户外光照的教室照明系统对于广大青少年的近视预防有重要的意义。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供具有模拟户外光照的教室照明系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种具有模拟户外光照的教室照明系统，包括：太阳光导入装置，所述太阳光导入装置包括聚光器、光纤和散光器；所述聚光器设置在所述教室外楼顶上，用于收集太阳光，将收集的太阳光导入所述光纤的入光口，所述光纤的出光口设置在所述教室内，所述出光口连接有散光器，所述散光器将光纤传来的太阳光发散后射向教室内以供照明。
进一步地，所述聚光器包括菲涅尔透镜，所述光纤的入光口设置在所述菲涅尔透镜的焦点处，太阳光垂直照射到所述菲涅尔透镜上，汇聚在所述菲涅尔透镜的焦点，进入所述光纤的入光口。
进一步地，述散光器包括设置在所述光纤出光口的开口向下的碗状罩，所述碗状罩内壁电镀有一反光膜层，所述反光膜层上涂覆有一荧光膜层，所述碗状罩下端连接有一透光罩，所述透光罩上设置有滤光片，其中所述滤光片用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
进一步地，所述系统进一步包括：设置在所述教室窗户上的滤光玻璃，所述滤光玻璃上涂覆有滤光层，所述滤光层用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
进一步地，所述系统进一步包括：设置在教室内的照度计和窗帘控制器，所述窗帘控制器与所述照度计连接，所述照度计将获取的教室内照度反馈到所述窗帘控制器，当监测到的教室内照度大于设定的最大照度阈值时，所述窗帘控制器控制设置在窗户上的窗帘闭合，以降低教室内的照度。
进一步地，所述设置在教室窗户上的滤光玻璃为石英玻璃，所述石英玻璃对紫外光的穿透比为50-73％。
本发明的有益效果为：通过太阳光导入装置将户外的太阳光引入到教室内用作照明，能够在太阳光充足的情况下直接将太阳光用作照明，极大提高人眼的舒适程度及护眼效果，同时还有节能的效果。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的框架结构图；
图2为本发明另一种实施方式的框架结构图；
图3为Kruithof舒适性曲线示意图。
附图标记：
太阳光照明模块1、聚光器11、光纤12、散光器13、窗帘控制器14、电灯照明模块2、灯组21、控制器22、照度计23
具体实施方式
结合以下应用场景对本发明作进一步描述。
参见图1，其示出具有模拟户外光照的教室照明系统，包括：包括太阳光照明模块1，用于将太阳光引入到教室内实现照明；其中，
所述太阳光照明模块1进一步包括，太阳光导入装置，所述太阳光导入装置包括聚光器11、光纤12和散光器13；所述聚光器11设置在所述教室外楼顶上，用于收集太阳光，将收集的太阳光导入所述光纤12的入光口，所述光纤12的出光口设置在所述教室内，所述出光口连接有散光器13，所述散光器13将光纤12传来的太阳光发散后射向教室内以供照明。
本发明上述实施方式，通过太阳光导入装置将户外的太阳光引入到教室内用作照明，能够在太阳光充足的情况下直接将太阳光用作照明，极大提高人眼的舒适程度及护眼效果，同时还有节能的效果。
在一种实施方式中，所述聚光器11包括菲涅尔透镜，所述光纤12的入光口设置在所述菲涅尔透镜的焦点处，太阳光垂直照射到所述菲涅尔透镜上，汇聚在所述菲涅尔透镜的焦点，进入所述光纤12的入光口。
本发明上述实施方式，聚光器11中采用菲涅尔透镜对太阳光进行汇聚，其中菲涅尔透镜具有良好的汇聚特性，能够降低太阳光采集过程中的损耗，提高太阳光的利用率和转化率，从而提高照明系统的效果和性能。
在一种实施方式中，所述散光器13包括设置在所述光纤12出光口的开口向下的碗状罩，所述碗状罩内壁电镀有一反光膜层，所述反光膜层上涂覆有一荧光膜层，所述碗状罩下端连接有一透光罩，所述透光罩上设置有滤光片，其中所述滤光片用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
经研究发现，波长为440-480nm的蓝光及波长为620nm以上的红光对人眼的刺激性最大，因此，本发明上述实施方式，通过为散光器13设置碗状罩，并通过透光罩上的滤光片过滤掉440-480nm的蓝光及波长为620nm以上的红光，能够进一步提高人眼的舒适程度；同时，碗状罩上设有透光罩和荧光膜层，能够避免人眼直视造成的不舒适感。
在一种实施方式中，参见图2，所述太阳光照明模块1进一步包括：设置在所述教室窗户上的滤光玻璃，所述滤光玻璃上涂覆有滤光层，所述滤光层用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
在一种实施方式中，所述太阳光照明模块1进一步包括：窗帘控制器14，所述窗帘控制器14与设置在教室内的照度计23连接，所述照度计23将获取的教室内照度反馈到所述窗帘控制器14，当监测到的教室内照度大于设定的最大照度阈值时，所述窗帘控制器14控制设置在窗户上的窗帘闭合，以降低教室内的照度。
在一种场景中，设定所述最大照度阈值为1000Lx。
本发明上述实施方式，太阳光照明模块1还包括设置在教室的窗户，通过对教室窗户的设置，能够调节太阳光的射入，从而调节教室内的照明效果。
在一种实施方式中，所述教室窗户上设置的滤光玻璃为石英玻璃，所述石英玻璃对紫外光的穿透比为50-73％。
经研究发现，适当的紫外线照射皮肤能够有效地预防近视，具体为适当的紫外线照射人体皮肤后，有助于人体产生多巴胺，而多巴胺的产生有助于预防近视，因此，本发明上述实施方式，窗户上设置的玻璃采用石英玻璃，能够将适当紫外线透入到教室内，从而通过照射学生的皮肤达到预防近视的效果。
在一种实施方式中，参见图2，所述具有模拟户外光照的教室照明系统进一步包括：电灯照明模块2，通过控制安装在教室内的电灯实现教室的照明；其中，
所述电灯照明模块2包括：安装在所述教室内的多个灯组21和与所述灯组21连接的控制器22；其中所述灯组21的配置为3只白炽灯、2只卤素灯和1只LED灯；所述控制器22用于调节所述灯组21的亮度。
本发明上述实施方式，采用配比为3:2:1的白炽灯、卤素灯和LED灯组成的灯组21为教室提供照明，该灯组21发出的光能够极为接近地模拟太阳光，提高人眼的舒适度，降低对人眼的疲劳，从而提高预防近视的效果。
在一种实施方式中，所述灯组21设置在灯罩内，所述灯罩内壁电镀有一反光膜层，所述反光膜层上涂覆有一荧光膜层，所述灯罩下端连接有一透光罩，所述透光罩上设置有滤光片，其中所述滤光片用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
经研究发现，波长为440-480nm的蓝光及波长为620nm以上的红光对人眼的刺激性最大，因此，本发明上述实施方式，通过为灯组21设置灯罩，并通过透光罩上的滤光片过滤掉440-480nm的蓝光及波长为620nm以上的红光，能够进一步提高人眼的舒适程度；同时，灯罩上设有透光罩和荧光膜层，能够避免人眼直视造成的不舒适感。
在一种实施方式中，所述散光器13与所述灯组21组装在一起，共同设置在所述灯罩中。
本发明上述实施方式，教室内的散光器13与灯组21组装在一起，为室内照明提供最自然光的补充。
在一种实施方式中，所述电灯照明模块2还包括：设置在所述教室内的照度计23，所述照度计23与所述控制器22连接，用于监测教室内的照度，将监测的照度实时反馈到所述控制器22；
所述控制器22进一步包括，当所述监测的照度不在设定的最佳照度区间内时，控制所述灯组21的亮度，使教室内的照度维持在所述最佳照度区间内。
在一种场景中：设定的最佳照度区间为450-600Lx，照度计23实时监测教室内的照度，当监测的照度小于450Lx时，控制器22控制灯组21逐渐增大亮度，直到教室内的照度达到500Lx后保持灯组21的亮度；当监测的照度大于600Lx时，控制器22控制灯组21逐渐降低亮度，直到教室内的照度达到500Lx后保持灯组21的亮度。
本发明上述实施方式，通过在教室内设置照度计23，能够实时监测教室内的照度，控制器22控制灯组21自适应地改变亮度，让教室维持在最舒适的照度水平内，能够有效地提高人眼的舒适度，智能化水平高。
在一种实施方式中，所述电灯照明模块2还包括：设置在所述教室外的户外照度计，所述户外照度计与所述控制器22连接，用于在每天早上10点时获取户外照度，并将获取的该户外照度反馈到所述控制器22中；所述控制器22根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
在一种场景中，当户外照度计早上10点获取的户外照度为A时，将A加减50Lx作为最佳照度区间的边界(例如获取的户外照度为540Lx，即最佳照度区间为490-590Lx)；当照度计23监测到教室内的照度不在该最佳照度区间时，控制器22控制灯组21逐渐增大或减小亮度，直到教室内的照度达到A后保持灯组21的亮度。
经研究发现，早上10点的户外照度为当天的最佳照度，该照度对眼睛的伤害程度最小，人眼睛对该照度的舒适度最佳，在该照度下进行工作，能够有效地减少对眼睛的刺激，具有良好的护眼效果。
在一种实施方式中，所述控制器22还进一步包括；供用户选择不同的照明模式，所述控制器22根据用户选择的模式控制灯组21的亮度，使教室内的照度维持在与所选择模式对应的最佳照度区间内。
在一种场景中，所述照明模式包括听课模式、读写模式和投影模式中的至少一种；
其中听课模式的最佳照度数值为480-520Lx，最优选值为500Lx；读写模式的最佳照度数值为730-770Lx，最优选值为750Lx；投影模式的最佳照度数值为0-270Lx，最优选值为250Lx。
本发明上述实施方式，用户能够根据上课的具体内容和方式选择不同的照明模式，控制器22根据选择的照明模式调节教室内灯组21的亮度，从而使教室维持在最适合当前模式的照度水平。
作为较佳的实施方式，当选择所述灯组21的安装位置时，必须考虑到眩光的危害，即不能安装在眼睛正常工作时直接看到光源或通过闪光或反射面看到光源的地方；同时，工作面的表面不能设有有光泽的材质(例如垫绒布或玻璃板)，此外，房间边界处的介质光密度不能超过200cd/m2。
在一种实施方式中，所述照度计23还用于测量教室内的色温并反馈到所述控制器22，所述控制器22以Kruithof舒适性曲线为依据，根据获取的色温获取相应的照度舒适区间，并根据该照度舒适区间对所述最佳照度区间进行微调。
其中，如图3所示，Kruithof舒适性曲线指出了各种色温对应的令人感到舒适的照度范围。例如，色温较低的照明系统(2700°-3000°K在50至100Lx的照度下能提供舒适的照明，而如果照度进一步提高，将会令人感到不快。举例来说，在色温6000°K的情况下，房间内照度至少要达到500Lx，才不会让人感到不舒服。
在一种场景中，在非上课时间，系统设定教室内的最佳照度区间为200-300Lx，若此时照度计测出教室内的色温为4000°K，根据Kruithof舒适性曲线，控制器将最佳照度区间调整为230-300Lx。
在一种实施方式中，所述教室被划分为不同的区域，所述不同的区域中均设有用于监测区域照度的照度计23及提供区域照明的所述灯组21，所述照度计23监测其所在区域的照度并反馈到所述控制器22中，所述控制器22根据反馈的区域照度控制该区域灯组21的亮度，使教室内不同区域的照度维持在各自的最佳照度区间内。
在一种场景中，教室根据长度被分为前排区域和后排区域，所述前排区域和后排区域分别设置有用于监测照度的照度计23，所述照度计23分别将从前排区域和后排区域监测到的照度数据发送到所述控制器22；所述控制器22根据接收到的前排区域的照度调节前排区域灯组21的亮度，使前排区域的照度维持在设定的前排区域最佳照度区间内；同理，根据接收到的后排区域的照度调节前排区域灯组21的亮度，使后排区域的照度维持在设定的后排区域最佳照度区间内。
在另一种场景中，教室被分为书桌的工作面区域和相邻环境区域，为了获得最佳的视觉效果，控制器22控制灯组21的亮度，使得所述工作面区域与周围相邻环境区域的照度比值为3:1。
经研究发现，当工作面与相邻环境区域的照度比值为3:1时，人眼的舒适度最佳，能够有效地减少对眼睛的刺激度，本发明上述实施方式，通过分区域地调节教室内的亮度，使不同区域维持在不同的照度水平上，从而提高人眼舒适度，具有良好的预防近视的效果。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，包括太阳光导入装置，所述太阳光导入装置包括聚光器、光纤和散光器；所述聚光器设置在所述教室外楼顶上，用于收集太阳光，将收集的太阳光导入所述光纤的入光口，所述光纤的出光口设置在所述教室内，所述出光口连接有散光器，所述散光器将光纤传来的太阳光发散后射向教室内以供照明。
2.根据权利要求1所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述聚光器包括菲涅尔透镜，所述光纤的入光口设置在所述菲涅尔透镜的焦点处，太阳光垂直照射到所述菲涅尔透镜上，汇聚在所述菲涅尔透镜的焦点，进入所述光纤的入光口。
3.根据权利要求1所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述散光器包括设置在所述光纤出光口的开口向下的碗状罩，所述碗状罩内壁电镀有一反光膜层，所述反光膜层上涂覆有一荧光膜层，所述碗状罩下端连接有一透光罩，所述透光罩上设置有滤光片，其中所述滤光片用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
4.根据权利要求1所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述系统进一步包括：设置在所述教室窗户上的滤光玻璃，所述滤光玻璃上涂覆有滤光层，所述滤光层用于滤除440-480nm及620nm以上的光波。
5.根据权利要求1所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述系统进一步包括：设置在教室内的照度计和窗帘控制器，所述窗帘控制器与所述照度计连接，所述照度计将获取的教室内照度反馈到所述窗帘控制器，当监测到的教室内照度大于设定的最大照度阈值时，所述窗帘控制器控制设置在窗户上的窗帘闭合，以降低教室内的照度。
6.根据权利要求4所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述设置在教室窗户上的滤光玻璃为石英玻璃，所述石英玻璃对紫外光的穿透比为50-73％。
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