CN109340685A - 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：安装在所述教室内的一个或多个灯组，以及与所述灯组连接的控制器；其中所述灯组的配置为3只白炽灯、2只卤素灯和1只LED灯；所述控制器用于调节所述灯组的光谱比例、亮度、色温。本发明采用配比为3:2:1的白炽灯、卤素灯和LED灯组成的灯组为教室提供照明，该灯组发出的光能够极为接近地模拟户外的太阳光，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。

Description

具有模拟户外光照的教室照明系统
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：
提供一种具有模拟户外光照的教室照明系统，包括：安装在所述教室内的一个或多个灯组，以及与所述灯组连接的控制器；其中所述灯组的配置为3只白炽灯、2只卤素灯和1只LED灯；所述控制器用于调节所述灯组的光谱比例、亮度和色温。
进一步地，所述灯组设置在灯罩内，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630nm以上的光波。
进一步地，还包括设置在所述教室内的第一照度计，所述第一照度计与所述控制器连接，用于监测教室内的照度和色温，将监测到的照度和色温实时反馈到所述控制器；
所述控制器进一步包括，当所述监测的照度不在设定的最佳照度区间内时，控制所述灯组的亮度，使教室内的照度维持在所述最佳照度区间内；
当所述监测的色温不在设定的最佳色温区间内时，所述控制器控制所述灯组的色温，使教室内的色温维持在所述最佳色温区间内。
进一步地，还包括：设置在所述教室外的第二照度计，所述第二照度计与所述控制器连接，用于获取户外照度，并将获取的该户外照度反馈到所述控制器中；所述控制器根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
进一步地，所述第二照度计在每天早上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中，所述控制器根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
进一步地，所述第二照度计实时获取户外照度，并将获取的实时户外照度反馈到所述控制器中；所述控制器根据该实时户外照度设定所述最佳照度区间。
进一步地，所述控制器还进一步包括；供用户选择不同的照明模式，所述控制器根据用户选择的模式设定与该模式相应的所述最佳照度区间和所述最佳色温区间。
进一步地，所述照度计还用于测量教室内的色温，所述控制器以Kruithof舒适性曲线为依据，选择与该教室内色温相应的舒适照度范围作为最佳照度区间。
本发明的有益效果为：采用配比为3:2:1的白炽灯、卤素灯和LED灯组成的灯组为教室提供照明，该灯组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；通过为灯组设置灯罩，并通过透光罩上的滤光片过滤掉440-480nm的蓝光及波长为630nm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；通过在教室内设置照度计，能够实时监测教室内的照度，控制器控制灯组自适应地改变亮度，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。
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Kruithof舒适性曲线示意图；
图3为本发明另一种实施方式的框架结构图。
附图标记：
电灯照明模块1、灯组11、控制器12、照度计13、太阳光照明模块2、聚光器21、光纤22、散光器23、窗帘控制器24
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：电灯照明模块1，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1包括：安装在所述教室内的多个灯组11和与所述灯组11连接的控制器12；其中所述灯组11的配置为3只白炽灯、2只卤素灯和1只LED灯；所述控制器12用于调节所述灯组11的光谱比例、亮度和色温。
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11为教室提供照明，该灯组11发出的光能够极为接近地模拟户外太阳光，同时通过控制器将灯组的光谱比例、亮度和色温调节至最合适的区间内，提高教室内人眼的舒适度，降低对人眼的疲劳，从而提高预防近视的效果。
本发明的另一种实施方式，所述灯组的配置还可以为由多组LED组成的照明单元，其中每组LED发出不同波长的光；所述控制器用于控制所述照明单元中指定的LED组发出设定波长及设定能量的光。
通过控制器控制不同的LED组发出不同指定波长的光，能够通过发出的不同波长的光叠加后，起到模拟户外太阳光的效果，同样起到提高人眼舒适度，降低教室内灯光对人眼造成的疲劳，同样起到提高预防近视的效果。
在一种实施方式中，所述灯组11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630nm以上的光波。
经研究发现，波长为440-480nm的蓝光及波长为630nm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11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630nm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，所述电灯照明模块1还包括：设置在所述教室内的照度计13，所述照度计13与所述控制器12连接，用于监测教室内的照度和色温，将监测到的照度和色温实时反馈到所述控制器12；
所述控制器12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11的亮度，使教室内的照度维持在所述最佳照度区间内。
所述控制器12进一步包括，当所述监测的色温不在设定的最佳色温区间内时，所述控制器控制所述灯组的色温，使教室内的色温维持在所述最佳色温区间内
在一种场景中：设定的最佳照度区间为450-600Lx，照度计13实时监测教室内的照度，当监测的照度小于450Lx时，控制器12控制灯组11逐渐增大亮度，直到教室内的照度达到500Lx后保持灯组11的亮度；当监测的照度大于600Lx时，控制器12控制灯组11逐渐降低亮度，直到教室内的照度达到500Lx后保持灯组11的亮度。
在一种场景中：设定教室某区域的最佳色温区间为4000-5000K，照度计13实时监测该区域的色温，当监测的色温小于4000K时，控制器12控制该区域的灯组11逐渐调节色温，直到该区域的色温达到4500K后保持灯组11的色温；当监测的色温大于5000K时，控制器12控制灯组11逐渐调节色温，直到该区域的色温达到4500K后保持灯组11的色温。
本发明上述实施方式，通过在教室内设置照度计13，能够实时监测教室内的照度和色温，控制器12控制灯组11自适应地改变亮度和色温，让教室维持在最舒适的照明水平内，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1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12连接，用于获取户外照度，并将获取的该户外照度反馈到所述控制器12中；所述控制器12根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
在一种实施方式中，所述第二照度计在每天早上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中，所述控制器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13监测到教室内的照度不在该最佳照度区间时，控制器12控制灯组11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11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。
在另一种实施方式中，所述第二照度计实时获取户外照度，并将获取的实时户外照度反馈到所述控制器中；所述控制器根据该实时户外照度设定所述最佳照度区间。
在一种场景中，当获取的实时户外照度为B时，将B加减50Lx作为最佳照度区间的边界(例如获取的实时户外照度为540Lx，即最佳照度区间为490-590Lx)；当照度计13监测到教室内的照度不在该最佳照度区间时，控制器12控制灯组11逐渐增大或减小亮度，直到教室内的照度达到B后保持灯组11的亮度。
本发明上述实施方式，通过控制灯组模拟发出同时间户外的太阳光，减少教室内灯光与户外光之间的差异，提高教室照明对人眼的舒适度，起到良好的护眼效果。
在一种实施方式中，所述控制器12还进一步包括；供用户选择不同的照明模式，所述控制器12根据用户选择的模式控制灯组11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和最佳色温区内。
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230-270Lx，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12根据选择的照明模式调节教室内灯组11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11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13还用于测量教室内的色温并反馈到所述控制器12，所述控制器12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2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13及提供区域照明的所述灯组11，所述照度计13监测其所在区域的照度并反馈到所述控制器12中，所述控制器12根据反馈的区域照度控调节区域灯组11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13，所述照度计13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12；所述控制器12根据接收到的前排区域的照度调节前排区域灯组11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11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12控制灯组11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。
在一种实施方式中，参见图3，所述具有模拟户外光照的教室照明系统，进一步包括太阳光照明模块2，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2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21、光纤22和散光器23；所述聚光器21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22的入光口，所述光纤22的出光口设置在所述教室内，所述出光口连接有散光器23，所述散光器23将光纤22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21包括菲涅尔透镜，所述光纤22的入光口设置在所述菲涅尔透镜的交点处，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22的入光口。
本发明上述实施方式，聚光器21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23包括设置在所述光纤22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630nm以上的光波。
在一种实施方式中，所述散光器23与所述灯组11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23与灯组11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，所述太阳光照明模块2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630nm以上的光波。
在一种实施方式中，所述太阳光照明模块2进一步包括：窗帘控制器24，所述窗帘控制器24与设置在教室内的照度计13连接，所述照度计13将获取的教室内照度反馈到所述窗帘控制器24，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24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2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。
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 (8)

1.具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，包括：安装在所述教室内的一个或多个灯组，以及与所述灯组连接的控制器；其中所述灯组的配置为3只白炽灯、2只卤素灯和1只LED灯；所述控制器用于调节所述灯组的光谱比例、亮度和色温。
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，所述灯组设置在灯罩内，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630nm以上的光波。
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，还包括设置在所述教室内的第一照度计，所述第一照度计与所述控制器连接，用于监测教室内的照度和色温，将监测到的照度和色温实时反馈到所述控制器；
当所述监测的照度不在设定的最佳照度区间内时，所述控制器控制所述灯组的亮度，使教室内的照度维持在所述最佳照度区间内；
当所述监测的色温不在设定的最佳色温区间内时，所述控制器控制所述灯组的色温，使教室内的色温维持在所述最佳色温区间内。
4.根据权利要求3所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，还包括：设置在所述教室外的第二照度计，所述第二照度计与所述控制器连接，用于获取户外照度，并将获取的该户外照度反馈到所述控制器中；所述控制器根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
5.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，所述第二照度计在每天早上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中，所述控制器根据该户外照度设定所述最佳照度区间。
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，所述第二照度计实时获取户外照度，并将获取的实时户外照度反馈到所述控制器中；所述控制器根据该实时户外照度设定所述最佳照度区间。
7.根据权利要求3所述的具有模拟户外光照的教室照明系统，其特征在于，所述控制器供用户选择不同的照明模式；所述控制器根据用户选择的模式设定与该模式相应的所述最佳照度区间和所述最佳色温区间。
8.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，所述灯组的配置为由多组LED组成的照明单元，其中每组LED发出不同波长的光；所述控制器用于控制所述照明单元中指定的LED组发出设定波长及设定能量的光。
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