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    有效光效系数在室外照明设计中的应用

    所属栏目:新闻中心
    发表日期:2015-10-20 19:24:57

     

     

      照明研宄有用光效系数在室外照明设计中的使用陈文成,陈大华,邵红(复旦大学电光源研讨所,上海200433)数LEC来批改室外照明设计使用中光源的光效。

      1刖言室外照明首要包含路途照明,广场照明等,其亮度水平一般在0.01~1cd/m2之间,归于中间视觉。

      室外照明首要有以下几个目的:避免违法,改进晚间环境和加安全性。而安全性首要仍是与人眼的视觉功用如可见度,反应时间,视野等有很大的联系。

      人眼的光谱光视效率函数是界说光度学单位的根底,它是用来断定光度学仪器,光源和灯具的光参数及相关照明商品功用的首要理论依据。1924年世界照明委员会(CIE)拟定了基于明视觉的光谱光视效率函数Vo用于评估人眼在亮度大于10cd/n2,对应于人眼视网膜中心2*规模的光谱灵敏度,至今仍被广泛使用于照明工业中。按界说,光通量*= 683.丨V()。也i,V()是2*明视觉光谱光视效率函数,免,是光谱辐射通量即单位波长距离内的辐射通量,d,是可见光规模内的单位波长距离。惋惜的是,这种界说显得有点过度简单化,V<,曲线是在视野中心凹2°(±1°)并且在较高的照明水平下(明视觉)测得的,假如视觉使命不在中心凹区域且在较低的照明水平下,Vo就不能建立,由此核算而得的光衡量也存在必定的差错。

      CIE也早认识到这一疑问,并开端着手企图处理这个难题,第二个函数到1951年CIE引荐了暗视觉下的光谱光视效率函数Vtt))对应于亮度规模10*6~10*3cdm2,20*视场,这供给了一种核算暗视觉下光通量的办法,但因为在实践使用中很少有照明场所的亮度水平低到归于暗视觉规模,所以并没有得到真正的使用。

      自1983年世界照明委员会(CIE)建立了中间视觉光度丈量的技能委员会以来,中间视觉亮度水平下的光度丈量和视觉功用在照明范畴中被广泛地研讨。尽管有关中间视觉下人眼的光谱光视函数疑问提出了很多年但CIE并没有终究断定一个规范,这么,就相当于在照明职业中存在着一个肓区,即在中间视觉条件下的光通量核算是存在必定疑问的,这将对光源实践的光通量轻视或高估。因此产生了一个主要的疑问:咱们如何来批改这种局势,或许明视觉光通量己在照明职业中根深柢固,改动V()显着不是一天两天的事,事实上V*依然是核算光通量的一个很主要的量,仅仅应注意只能使用在某些特定的条件下,现在所需求的是在本来光度学的根底上,不改动光通量的界说的前提下,寻觅一种办法来处理其它条件下光通量的核算疑问。

      咱们选用了德国达姆斯达特大学供给的,在10*视场条件下经过异色亮度比较法得到的中间视觉函数,对MH(金属卤化物灯,)HPS(高压钠灯),HPM(高压汞灯)以及CFL(紧凑型荧光灯)4种光源在暗视觉到明视觉(0-5 ~102cd/m2)的亮度规模内的有用光效进行了核算,并提出了用有用光效系数LEC(luminousefficacycoefficient)来批改室外照明使用中光源光效的评估。

      2人眼的光谱光视效率函数人眼在可见光谱规模内的视觉灵敏度是不均匀的,它随波长而改变。在亮度超过10cd/m2的环境里,视觉完全由锥状细胞起效果,对应的是明视觉光谱光视效率函数V0,即中右边的曲线,最大的视觉响应在光谱蓝绿区间中的555nm处;当环境高度低于13cdm2时,此刻视觉首要由柱状细胞所决定,此刻对应的是暗视觉光谱光视效率函数Vtt))即图中左面的曲线,其峰值约在507nm;从中能够看出,全部Vw曲线相对于V()曲线向短波方向偏移,并且长波端的能见规模缩小,短波端的能见规模略有扩展,上述人眼的光感受性随照明条件而改变的表象称普尔金耶表象。

      普尔金耶表象~3cd/m时,称中间视觉,此刻人眼视网膜上的两种感光细胞一锥状细胞和柱状细胞同时发生效果。在中间视觉规模内,亮度水平从明视觉向暗视觉过渡时,光谱光视效率函数曲线的形状和最大光谱光视效率能Km都存在着接连的改变151,曲线的峰值所对应的波长从555nm移向505nm最大光谱光视效能(IO也从683lmW加到1700lmW,见至今世界上对于中间视觉光通量的核算办法没有一致,有不少研讨者己经测得一些有用的中间视觉函数,但还只能用于一级近似。这篇文章核算所选用的中间视觉函数来自德国Damstadt技能大学。

      3有用光效系数的核算原理咱们一般把商品目录上给出的选用明视觉函数核算而得的光效称为标称光效,而把选用相应亮度水平下的中间视觉函数核算所得的光效称为有用光效,将有用光效除以标称光效所得的比值界说有用光效系数。

      光源的光效()和光源的光通量()可由下式核算:当亮度水平降低时,HPS灯的有用光效显着地降低,而MH灯的有用光效反而有所加,HPM灯和CFL灯的有用光效根本没有很大的改变,且趋势接近,如选择MH灯、HPS灯、HPM灯和CFL灯的标称光效为80lmW、116.7lmW、521mW及50lmW,则当亮度水平高于0.1cd/m2时,HPS灯的有用光效虽有降低,但仍高于MH灯;当亮度水平低于约0.1cdm2时,MH灯则具有较高的有用光效;在暗视觉条件下,MH灯的有用光效大约是HPS灯的2倍,从能够看出,在亮度小于1cd/m2时相以光谱能量散布对光效的影响才开端表现出来,这与中间视觉亮度规模(0.001 ~3cd/i2)的界说是契合的。

      6评论显现了金卤灯、高压钠灯和高压汞灯的有用光效系数在不一样亮度水平下的改变趋势。由此可看,当亮度水平从明视觉降低到1cdm2时,3种光源的有用光效系数都保持在1.0摆布,这首要是因为在L> 1cdi2时,光谱光视效率函数与明视觉V()相差不大;当亮度水平从L=1cdm2持续降低时,3种光源受不一样相对光谱能量散布(SPD)的影响就开端分开来:金卤灯的LEC值急剧增大,高压汞灯的LEC也稍微上升,而高压钠灯的LEC值则急剧降低。

      在暗视觉条件下,高压钠灯的有用光效只要明视觉条件下的f,而金卤灯的有用光效则变为明视觉光效的1.5倍。

      因为室外照明的亮度水平根本在0.01 ~1cdi2规模内,除了发达地区的部分高速公路的外表亮度到达1cd/m2以外,大多数城区大街及广场的亮度水平在0.1cd/m2摆布,乃至更低,在路途照明使用中,假如单纯从10*视场的光谱光视函数去评估光源的光效,几种光源的有用光效并没有很大的改变,高压钠灯的光效依然处于3种光之首。值得注意的是,路途周边区域的亮度一般只要路面亮度的十分之一摆布,并且选用不一样的试验办法、不一样视场巨细,所得到的光谱光视效率函数就会不一样,然后LEC的值也会有所不一样。这篇文章中所用的光谱光视效率函数是依据直接异色亮度比较法在10*视场条件下的试验得到的。但假如思考周边勘探受光谱的影响,就需吩这些光谱光视效率函数作进一步的批改。

      最近一项研讨标明,随着视场违背角的增加,人眼周边视场的光谱灵敏度相同存在着浦尔金耶偏移表象。也就是说,即便在同一照明水平下,随违背角的增大,人眼的光谱灵敏度在短波方向的值会增大。

      10*视角的明视觉函数与2*视角的明视觉函数比较,在短波区域(00nm以下)的值显着增大,在MH灯照明下驾驶员的周边勘探能力有所改进,但目前还不能构成量化的方式,因此尚不能为方针拟定者和路途设计者供给准则。

      有用光效系数LEC的使用,在室外照明设计中光源的选择上,将作为一种可行的办法为设计者供给;在中间视觉亮度水平下视觉功用的研讨上,能够定量地描绘不一样的相对光谱能量散布之间的差异。当然,详细的有用光效系数LEC值的断定还需求更深化的试验证实。

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