CN114786305A - 用于教室的节律照明系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于教室的节律照明系统及其控制方法，涉及照明技术领域；其中，节律照明系统包括设置在教室天花板上的多排照明灯具和控制器；照明灯具包括上照光源和下照光源；所述控制方法包括：分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。实施本发明，可得到具有适宜节律刺激水平的照明系统。

Description

用于教室的节律照明系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种用于教室的节律照明系统及其控制方法。

背景技术

室内光环境对人体健康有着巨大的影响。实证研究表明，光照会对人的视觉、生理功能、行为造成影响。根据研究，光照的这种影响与光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)有关。光信号由ipRGCs传递至昼夜节律中枢SCN，即可实现对人体生物钟与各种生理活动的调节和控制。对人体而言，当其每日得到较为适宜的时间和强度的光照刺激，可以很好地校准人体内部生物钟节律周期。若没有得到合适强度和时间的光照刺激，则会破坏这一平衡状态，进而给人体带来很大危害。研究表明，ipRGCs细胞是被其内部的光敏蛋白——视黑素所激活的。研究者根据此点建立了视黑素光谱光视效能函数来计算“视黑素光通量”，进而被改进为视黑素等效勒克斯(EML)。一般以EML作为评价标准，进行节律光谱的设计。

基于上述研究，现有标准中也对中小学教室的照明标准进行了新的规定，如上海团体标准T/SIEATA《中小学教室照明质量分级评价》的规定，日间的视黑素等效勒克斯EML的值应大于等于200。然而，现有的照明系统对节律效应的关注较少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于教室的节律照明系统的控制方法，其可有效调节节律刺激水平。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于教室的节律照明系统。

为了解决本发明的技术问题，本发明提供了一种用于教室的节律照明系统的控制方法，所述节律照明系统包括设置在教室天花板上的多排照明灯具和控制器；所述照明灯具包括上照光源和下照光源；

所述控制方法包括：分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

作为上述技术方案的改进，还包括：分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

作为上述技术方案的改进，所述第一预设值包括日间水平照度、日间投影水平照度、日间休息水平照度和夜间照度；

所述第二预设值包括日间垂直照度、日间投影垂直照度、日间休息垂直照度和夜间垂直照度；

所述分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值的步骤包括：

日间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间水平照度，眼部垂直照度达到日间垂直照度；

日间投影时段，调节每个照明灯具的总出光比例或关闭一排或多排照明灯具，并调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间投影水平照度，眼部垂直照度达到日间投影垂直照度；

日间休息时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间休息水平照度，眼部垂直照度达到日间休息垂直照度；

夜间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到夜间水平照度，眼部垂直照度达到夜间垂直照度。

作为上述技术方案的改进，所述日间水平照度为450～550lx，所述日间垂直照度为150～250lx；

所述日间投影水平照度为300～500lx，所述日间投影垂直照度为100～200lx；

所述日间休息水平照度为200～300lx，所述日间休息垂直照度为50～100lx；

所述夜间水平照度为200～300lx，所述夜间垂直照度为80～150lx。

作为上述技术方案的改进，所述第三预设值包括日间色温、日间投影色温、日间休息色温和夜间色温；

所述分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值的步骤包括：

日间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间色温；

日间投影时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间投影色温；

日间休息时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间休息色温；

夜间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到夜间色温。

作为上述技术方案的改进，所述日间色温为4800～5300K，所述日间投影色温为4800～5300K，所述日间休息色温为3800～4300K，所述夜间色温为3300～3800K。

相应的，本发明还公开了一种用于教室的节律照明系统，其包括设置在教室天花板上的多排照明灯具和控制器；所述照明灯具包括上照光源和下照光源；

所述控制器包括照度模块，所述照度模块用于分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

作为上述技术方案的改进，所述控制器还包括色温模块，所述色温模块用于分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

作为上述技术方案的改进，所述照明灯具包括灯体、上照光源和下照光源；

所述灯体包括面框、隔板、上光学层、下光学层及上面板，所述隔板设于所述面框内以将所述面框分割为上部区域及下部区域，所述上照光源、上光学层及上面板封装于所述上部区域内，所述下照光源及下光学层封装于所述下部区域内。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明以水平课桌照度、眼部垂直照度作为指标进行调光，并对照明灯具的上照光源和下照光源的出光比例进行调节。基于上述控制方案，可得到具备适宜节律效应的照明系统。

进一步的，本发明分时段、分模式对上下光比例进行调光，进而开发了日间模式、日间投影模式、日间休息模式和夜间模式四种模式；不仅保证了照明系统在各种模式下具备适宜的照明条件。同时也保证了照明系统在各种模式下具备适宜的节律水平，

附图说明

图1是本发明一实施例中用于教室的节律照明系统的控制方法流程图；

图2是本发明另一实施例中用于教室的节律照明系统的控制方法流程图；

图3是本发明又一实施例中用于教室的节律照明系统的控制方法流程图；

图4是本发明又一实施例中用于教室的节律照明系统的控制方法流程图；

图5是本发明一实施例中用于教室的节律照明系统的示意图；

图6是本发明照明灯具中灯体的结构爆炸图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。

研究表明，从光源角度来讲，影响光照节律效应的主要因素包括光谱构成、光照强度、光照时长等。从接受光照的客体角度讲，到达眼部的光线的强弱、光谱构成也影响了节律效应。另一方面，发明人在对灯具的研究过程中发现，通过将照明灯具设置为上出光和下出光模式，通过调节照明灯具整体的出光比例以及照明灯具中上出光比例、下出光比例，即可有效调整节律水平，进而满足不同时段的应用需求。

为此，本发明的一个实施例中，提供了一种节律照明系统的控制方法，参见图1，其包括：

S101：分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

其中，眼部垂直照度是指人体呈正常坐姿时，眼部在水平方向上接受到的光照强度。水平课桌照度是指课桌面上方0.75m处的水平面上的照度。

在本实施例的方法中，通过调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具的上照光源、下照光源的出光比例，可使得照明系统提供具有适宜节律效应的照明。

具体的，所述调节是通过调节通过通入照明灯具的总电流，以及上照光源、下照光源的分电流实现的，但不限于此。

参考图2，在本发明的另一个实施例中，节律照明的系统控制方法包括：

S201：日间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间水平照度，眼部垂直照度达到日间垂直照度；

具体的，日间水平照度为450～550lx，日间垂直照度为150～250lx，但不限于此。上述范围的照明系统的等效勒克斯较高，满足高节律水平。

进一步的，在本发明的一个实施例中，基于上述控制方法，可得到的具体方案为：控制每个照明灯具的总出光比例为100％，且上照光源的出光比例为50％，下照光源的出光比例为50％。

S202：日间投影时段，调节每个照明灯具的总出光比例或关闭一排或多排照明灯具，并调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间投影水平照度，眼部垂直照度达到日间投影垂直照度；

具体的，日间投影水平照度为300～500lx，日间投影垂直照度为100～200lx；但不限于此。基于上述范围，不仅确保了具备较强的节律刺激水平，也使得投影显示足够清晰，不影响投影教学。

进一步的，在本发明一个实施例中，基于上述控制方法，可得到的具体控制方案为：将第一排的照明灯具关闭，仅开启后两排的照明灯具。开启的照明灯具中控制每个照明灯具的总出光比例为70～80％，且上照光源的出光比例为50％，下照光源的出光比例为50％。

S203：日间休息时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间休息水平照度，眼部垂直照度达到日间休息垂直照度；

具体的，日间休息水平照度为200～300lx，日间休息垂直照度为50～100lx；但不限于此。基于上述范围，确保了较低的节律刺激水平，便于学生白天休息。

进一步的，在本发明一个实施例中，基于上述控制方法，可得到的具体控制方案为：将每个照明灯具的总出光比例为80％，且上照光源的出光比例为0％，下照光源的出光比例为100％。

S204：夜间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到夜间水平照度，眼部垂直照度达到夜间垂直照度。

具体的，夜间水平照度为200～300lx，夜间垂直照度为80～150lx，但不限于此。基于上述范围，可确保较好的空间明亮感和较低的节律刺激水平。

进一步的，在本发明一个实施例中，基于上述控制方法，可得到的具体控制方案为：将每个照明灯具的总出光比例为70～80％，且上照光源的出光比例为90％，下照光源的出光比例为10％。

需要说明的是，所述步骤S201、步骤S202、步骤S203与步骤S204之间没有必然的先后顺序，可根据实际的时段运行。

在本实施例中，分时段、分模式对上下光比例进行调光，进而开发了日间模式、日间投影模式、日间休息模式和夜间模式四种模式；不仅保证了照明系统在各种模式下具备适宜的照明条件。同时也保证了照明系统在各种模式下具备适宜的节律水平。

参考图3，在本发明的另一个实施例中，节律照明的系统控制方法包括：

S301：分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

S302：分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

基于上述控制方法，不仅从照度的方向进行了调节，还从色温的方向进行了调节。这进一步确保了不同模式下的照明模式，可实现在较低照度水平下，较高的节律刺激水平。例如，在现有方案中，要达到等效勒克斯(EML)≥200，则水平照度需要达到500lx，而本发明中，水平课桌照度维持至300lx即可达到EML≥200。

需要说明的是，所述步骤S301与步骤S302之间没有必然的先后顺序，在进行步骤S301的同时也可以进行步骤S302。

参考图4，在本发明的另一个实施例中，节律照明的系统控制方法包括：

S401：日间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间水平照度，眼部垂直照度达到日间垂直照度；

S402：日间投影时段，调节每个照明灯具的总出光比例或关闭一排或多排照明灯具，并调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间投影水平照度，眼部垂直照度达到日间投影垂直照度；

S403：日间休息时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间休息水平照度，眼部垂直照度达到日间休息垂直照度；

S404：夜间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到夜间水平照度，眼部垂直照度达到夜间垂直照度。

S405：日间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间色温；

具体的，日间色温为4800～5300K，但不限于此。

S406：日间投影时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间投影色温；

具体的，日间投影色温为4800～5300K，但不限于此。

S407：日间休息时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间休息色温；

具体的，日间休息色温为3800～4300K，但不限于此。

S408：夜间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到夜间色温。

具体的，夜间色温为3300～3800K，但不限于此。

需要说明的是，所述步骤S401、步骤S402、步骤S403、步骤S404、步骤S405、步骤S406、步骤S407与步骤S408之间没有必然的先后顺序，可根据实际的时段运行。

综上所述，本发明份时段对各照明灯具的总出光比例、上下出光比例、色温进行了调节，进而开发了日间模式、日间投影模式、日间休息模式和夜间模式四种模式；在满足色温、高显色性、眼部垂直照度、水平课桌照度等视觉需求的同时，实现了日间提供更高的节律刺激水平，夜间提供较低的刺激水平。进一步的，通过协同控制色温，可以在照度水平相对较低的情况下提供较高的节律刺激水平。

参见图5，本发明还提供了一种用于教室的节律照明系统，其包括多排照明灯具1和控制器2，照明灯具1与控制器2连接。具体的，控制器2包括照度控制模块21，其用于分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。进一步的，控制器2还包括色温控制模块22，其用于分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

其中，灯具1包括灯体11、上照光源12和下照光源13；具体的，灯体11包括面框111、隔板112、上光学层113、下光学层114及上面板115；隔板112设于面框111内以将面框111分割为上部区域及下部区域，其中，上照光源12、上光学层113及上面板115封装于上部区域内，下照光源13及下光学层114封装于下部区域内。

需要说明的是，上光学层113及下光学114层均可由棱晶板11a、扩散膜11b、导光板11c、反光纸11d等光学材料组成。封装时，上面板115、棱晶板11a、扩散膜11b、导光板11c及反光纸11d由上至下依次设置于上部区域内，反光纸11d、导光板11c、扩散膜11b及棱晶板11a由上至下依次设置于下部区域内；同时，上照光源12及下照光源13设于面框111的框体内壁；另外，还可在反光纸11d与隔板11之间设置泡棉11e以提升密封性。在实际应用过程中，可根据需求增加或减少光学材料，以更符合实际需求，灵活性强。

基于上述结构的由上可知，本发明采用上下出光灯具，形成具有上照光源12及下照光源13的独特结构，并结合控制器2的节律控制功能，实现分模式、分时段、多色温、上下出光比例的调光，可科学调节人体的昼夜节律系统，实现不同时段不同场景的自我调节，不仅有利于提高教室空间的整体明亮感受，且利于调控光照的节律刺激强度，满足一天中不同的视觉、节律刺激组合。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，所述节律照明系统包括设置在教室天花板上的多排照明灯具和控制器；所述照明灯具包括上照光源和下照光源；

所述控制方法包括：分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

2.如权利要求1所述的用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，还包括：分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

3.如权利要求2所述的用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，所述第一预设值包括日间水平照度、日间投影水平照度、日间休息水平照度和夜间照度；

所述第二预设值包括日间垂直照度、日间投影垂直照度、日间休息垂直照度和夜间垂直照度；

所述分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值的步骤包括：

日间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间水平照度，眼部垂直照度达到日间垂直照度；

日间投影时段，调节每个照明灯具的总出光比例或关闭一排或多排照明灯具，并调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间投影水平照度，眼部垂直照度达到日间投影垂直照度；

日间休息时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到日间休息水平照度，眼部垂直照度达到日间休息垂直照度；

夜间时段，调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到夜间水平照度，眼部垂直照度达到夜间垂直照度。

4.如权利要求3所述的用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，所述日间水平照度为450～550lx，所述日间垂直照度为150～250lx；

所述日间投影水平照度为300～500lx，所述日间投影垂直照度为100～200lx；

所述日间休息水平照度为200～300lx，所述日间休息垂直照度为50～100lx；

所述夜间水平照度为200～300lx，所述夜间垂直照度为80～150lx。

5.如权利要求2所述的用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，所述第三预设值包括日间色温、日间投影色温、日间休息色温和夜间色温；

所述分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值的步骤包括：

日间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间色温；

日间投影时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间投影色温；

日间休息时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到日间休息色温；

夜间时段，调节每个照明灯具中上照光源及下照光源的色温，以使色温达到夜间色温。

6.如权利要求5所述的用于教室的节律照明系统的控制方法，其特征在于，所述日间色温为4800～5300K，所述日间投影色温为4800～5300K，所述日间休息色温为3800～4300K，所述夜间色温为3300～3800K。

7.一种用于教室的节律照明系统，其特征在于，包括设置在教室天花板上的多排照明灯具和控制器；所述照明灯具包括上照光源和下照光源；

所述控制器包括照度模块，所述照度模块用于分时段调节每个照明灯具的总出光比例，以及每个照明灯具中上照光源及下照光源的出光比例，以使水平课桌照度达到第一预设值，眼部垂直照度达到第二预设值。

8.如权利要求7所述的用于教室的节律照明系统，其特征在于，所述控制器还包括色温模块，所述色温模块用于分时段调节每个照明灯具中上照光源和下照光源的色温，以使色温达到第三预设值。

9.如权利要求7所述的用于教室的节律照明系统，其特征在于，所述照明灯具包括灯体、上照光源和下照光源；

所述灯体包括面框、隔板、上光学层、下光学层及上面板，所述隔板设于所述面框内以将所述面框分割为上部区域及下部区域，所述上照光源、上光学层及上面板封装于所述上部区域内，所述下照光源及下光学层封装于所述下部区域内。

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