MISIS NATIONAL UNIVERSITY OF SCIENCE and TECHNOLOGY, Moscow, Russia

Статья  по ссылке :

 http://www.stumejournals.com/mtm/Archive/2018/2-2018.pdf

с 52 по 58 страницы

            Светильники на основе светодиодных ламп сейчас представляют интерес, как направление активно развивающихся осветительных систем, приборов и устройств.

Ключом к пониманию психологического восприятия света, служат методики Теории всеобщей контактности Элия Белюина. В студиях Новая и Темпоральная реальность, прорабатываются пластические построения картины светового дизайна. Осознаются эмоциональное  и ассоциативное воздействие цветового и светового восприятия человека. Приводятся конкретные проектные построения формы образа, структур композиции, поиски тренда, направленности дизайнерского поиска.

Миниатюрные размеры позволяют реализовать такие абстрактные утверждения, как «воплощённый свет«. Фактически философия перекрещивается с когнитивными особенностями мозга визуального восприятия человека -самые широкие  возможности формотворчества.

Следует отметить современную тенденцию в проектировании светильников –уменьшение размера, веса, экономии материалов.

При проектировании светодиодных светильников ставятся задачи соответствия эргономическим исследованиям по снижению контраста световой картины, устранения перепада освещённости и равномерности освещённого пространства.

Предположу, мощные светодиоды скоро вытеснят устаревшие источники света.

Освещение светодиодными излучателями выполняет следующие задачи:

-эксплуатационные (позволяет считывать, распознавать визуальную информацию всевозможного вида, ориентироваться в пространстве)

-психологические (создает благоприятные стимулы, комфорт, развлечение и настроение)

-обеспечивает и создает предпосылки к большей безопасности работы и отдыха

-гигиенические  (стимулирует поддержание чистоты)

Оптимизация  способствуют повышению потребительских свойств и качеств бытовых изделий на основе светодиодов.

Факторы зрительного восприятия:

-максимальное улучшение восприятия зрительной информации для выполнения работы

-обеспечение соответствующего уровня выполнения задач

-максимальное обеспечение безопасности работы

-обеспечение необходимого уровня зрительного комфорта

*параметры формируются в результате изучения зрительно воспринимаемого пространства с учетом физиологии человека.

Уровень необходимой освещенности

определяется следующими параметрами:

-наименьший размер объекта различения, в мм (от 0,15 до 5)

-разряд зрительной работы : (с 1-го по 9-й)

-контрастом объекта различения с фоном (малый, средний, большой)

-характеристиками фона (темный, средний, светлый)

Зависимость зрительной системы от окружающего пространства

Восприятие в рабочей зоне позволяет определить характеристики надёжности работоспособности человека.

Качество освещения любых помещений должно оцениваться

комплексно, по системам требований и различных факторов освещенности.

Искусственное освещение делится: на общее, местное, комбинированное и специальное (с определённой технической спецификой: рассеянное, направленное, отраженное)

Цвет света, или спектральный состав светового потока, влияет на вид освещенного предмета.

Из-за блескости при прямом освещении эффективность чтения, после 3 часов снижается на 80%, при системе отраженного света и отсутствии блескости снижение составляет — 10%.

Расчет необходимого количества светильников общего освещения в помещениях производится по формуле (высота подвеса светильников -1000мм над освещаемой поверхностью)

где п — количество светильников, шт.; к -коэффициент на цвет и тон стен, пола и потолка (1,5—2,5); 1 — длина помещения, м; b -ширина помещения, м; Ет — освещенность заданная, лк; Ф -световой поток источников света одного светильника, лм. Уровень освещенности зависит от высоты подвеса и убывает пропорционально квадрату ее изменения:

Количество светильников необходимо увеличивать пропорционально квадрату изменения высоты.

Для местного освещения рабочего места в комбинации с общим освещением должно составлять не менее -20% освещенности рабочего места.

С возрастом к свету падает чувствительность: потребность у человека в освещенности 30-летнего возраста в 2 раза, у 40-летнего в 3, а у 50-летнего в 6 раз больше, чем у десятилетнего.

Оптимальное освещение  проектируют согласно (см. табл.)

Проектные параметры	Величина расстояния Контраст Свойство освещаемой поверхности Динамика и время Цветовые характеристики Физиологические — дает возможность человеку видеть, работать, творить
Рабочие характеристики	Возраст человека Ограничение зрения Зрительная адаптация Восприятие цветов Глубина резкости
Характеристики освещения	Уровни освещённости Распределение яркости Спектральный состав-цветопередача (точность восприятия цвета объекта в зависимости от цвета света) Отсутствие зон блескости  (бликов) Мерцание (пульсации света) Распределение тени и направление света (светового потока)
Специфика потребительской ситуации	Влияние позы человека Ограничение поля зрения Технические требования к  БЖД- безопасность при эксплуатации Утилизация Экологичность Точность зрительной работы : -наивысшая -очень высокая -средняя

Преимущества  и достоинства при использовании  светодиодных светильников

— Мерцание света отсутствует.

— Малый размер и вес.

— Высокая световая отдача при низком энергопотреблении.

— Включение и выключение светильников — мгновенное.

— К вибрациям и ударам другим внешним воздействиям повышенная устойчивость.

— Белый свет высокого качества, индекс цветопередачи в диапазоне 80-95.

-Оптимальная диаграмма направленности излучения в зависимости от цели освещения с возможностью создания рассеянного света или направленного.

-Отсутствие в спектре излучения инфракрасной составляющей и низкое тепловыделение, отсутствие нагрева окружающих предметов и поверхностей.

-Гарантии работоспособности при любой влажности и температуре окружающей среды от–50 до +50 °С.

-Упрощена подводка и управление электроэнергией.

-Миниатюрные размеры излучающих элементов позволяют широко встраивать светодиоды в несущие конструкции и элементы осветительных систем.

-Упрощается обслуживание и эксплуатация светильника.

-Возможно автоматическое управление мощностью светового потока и процессом включения светильника. Регулирование цветовой температуры может обеспечиваться электронными сенсорами и логическими системами). Такие технологические и конструкционные решения целесообразны. Обеспечиваются комфорт в использовании,  формируются высокие потребительские качества.

-Светодиодные светильники имеют очень высокий КПД, достигает 75% и более, что позволяет значительно (в 4–5 раз) снизить мощности, нагрузку на сети.

-Уменьшаются затраты, связанные со стоимостью потребляемой электроэнергии.

Специфика и конструкционные особенности светильников

Как правило, конструкция светильника состоит из основания-опоры, фиксирующего элемента, штанги, кронштейна, рефлектора. Также  светильник комплектуется рассеивателем света или диффузором.

Достигается обеспечение равномерно освещённое пространства. Решаются задачи по снижению контраста световой картины, устраняется перепад освещённости.

Светильник обеспечивает возможности использования в сложной пространственной ситуации -размещения и подсветки в труднодоступных местах.

При проектировании предусматривается, чтобы светильник легко монтировался  и настраивался  для работы.

Габарит излучающего элемента малого размера (его размер кратен конструкции светильника). Вес устройств получается относительно небольшими, отмечается значительная экономия материалов (при этом снижается себестоимость светильника).

В проектировании осветительной системы при этом, легко  учитываются различные погодные факторы, сложные метеоусловия. Упрощается вентиляция осветительной системы.

Малое накапливание влаги в светильнике (отмечается незначительное образование конденсата).

Не образуется нагар, облегчается обслуживание и уход (удаление пыли, насекомых, др. загрязнений).

Легко обеспечивается электробезопасность.Понижается риск травм и угрозы жизнедеятельности ( работа световой системы обеспечивается малой силой тока и напряжения -обычно рассчитаны на безопасные напряжения  12÷ 24В).

Отмечена  тенденция -конструкторы и дизайнеры разрабатывают «неразборные», «одноразовые» модели светильников с использованием светодиодов. Стоимость замены светодиодного элемента и ремонта сопоставима с производством всего изделия и может превышать стоимость самого светильника.

Механическая стойкость светодиодов большая. Срок их службы до 50000 часов. Поэтому длительный срок службы позволяют увеличить период между ремонтом и обслуживанием.

Влияние современных светильников на здоровье и зрение человека

Существуют и  негативные последствия воздействия синего света светодиодов на человека. Синий спектр при рассматривании вызывает переутомление зрительного отдела мозга за считанные минуты.

Возникают риски инвалидизации по зрению в трудоспособном возрасте. При работе с цветовой информацией также есть  опасность для здоровья. Доказано его отрицательное воздействие на сетчатку глаза; к примеру, синий свет резко подавляет выработку мелатонина у человека, возникает риск слепоты. При светодиодном свете большая доля синего попадает на сетчатку глаза, чем при солнечном свете при одинаковой освещенности сетчатки.

При солнечном свете соотношение различных составляющих его спектра является адекватным и не приводит к излишней напряжённости глаза человека.

При большой дозе синего в спектре освещения, так называемый, Меланопсин формирует сигнал на уменьшение диаметра зрачка. Тем самым уменьшает энергетическую освещённость сетчатки глаза, защищая её от воздействия большой дозы синего света. Меланопсин имеет 2 пика максимальной фоточувствительности — на 460 нм и 480 нм. Доза синего света, которая попадает на сетчатку глаза, зависит от ø зрачка, который уменьшается в зависимости от амплитуды на 480нм, у светодиода имеется провал на 480нм.

При светодиодном освещении такое соотношение не соблюдается, так как в спектре такого источника света есть провал. При большой дозе синего в спектре меланопсин не формирует сигнал на уменьшение диаметра зрачка. Тем самым большая часть синего света светодиода попадает на сетчатку глаза.

Сравнение технологии TRI-R с фильтрами у обычного светодиода

Новейшие светодиоды Sun Like излучают фиолетовый, а свет не синий, который затем проходит через слой фосфора с тремя светофильтрами -для синего цвета. Технология прослойки называется TRI-R.

Принцип технологии – фиолетовые кристаллы 420 нм, на которые нанесены красный, синий и зеленый люминофоры.

Достоинства светодиодных ламп по технологии TRI-R

-освещение оптимально по величине, близко к расчётному

-спектр приближен к солнечному

-отсутствие пульсации во времени и шума от ПРА (пускорегулирующее устройство)

-равномерное распределение освещения рабочего помещения по площади в соответствии с дизайном

-высокая технологичность и конструкционная вариабельность

В спектре белого света светодиодов (технологии TRI-R) устранен провал на 480 нм и отсутствует избыточная доза синего. Спектр  приближен к солнечному.

 

*после 40000 часов работы сохранение около 80% светового потока от первоначального значения

Перспективы развития и расширение использования светодиодов

Дизайнерами создаются концептуальные модели, прототипы систем будущего. Внешний вид светильника разрабатывается как  в традиционной, так и в ретро стилистике, классических или новейших тенденциях авангарда. Формируются не стилизованные эклектичные формы, а максимально рациональные решения с конструкционной и эстетической стороны.

Создаются модели дизайна нетрадиционной формы, с новыми потребительскими функциями.

Предусматривается возможность динамического монтажа. Обеспечение вращения, сдвига и перемещения в пространстве.

Отдельный класс светильников  с автономным энергообеспечением (источники энергии с солнечными батареями и аккумуляторами)

При изготовлении могут использоваться прогрессивные производственные процессы -3Д принтеры и другие современные технологии. Они позволяют интегрировать светодиоды в различные материалы (такие как поликарбонат, полиэтилен, эпоксидные композиции и другие) электротехнические элементы.

Светодиодные системы сейчас активно развивают в ландшафтной архитектуре.

Опыт архитектурного применения  доказывает перспективность источников освещения на светодиодах. Они позволяют получить световое пятно любой формы с минимальными потерями. Существуют решения, позволяющие при помощи одного светодиодного осветителя выделить светом колонны, фермы мостов и подобные протяжённые архитектурные элементы.

На основе светодиодов можно создать источники света с малым углом луча 5÷10°.

Технологии на светодиодах позволяют перейти от статической подсветки архитектурных элементов зданий к динамичным и красочным цветовым представлениям, выявить особенности архитектурных объектов. Обеспечить комфортное освещение различных помещений и в экстерьере, ландшафтной архитектуре.

Широкое распространение получило применение светодиодов для подсветки бассейнов и в помещениях с высокой влажностью.

   Основные модели светильников на основе светодиодов:

Светильники разрабатываются практически для всех бытовых нужд: напольные, настольные, подвесные, настенные, переносные,  для экстерьера, ландшафтного использования, сувенирные и другие.

Исполняются в конструкциях для освещения картин, оборудования, подсветки экспонатов.

Существуют модели для построения графических интерфейсов, других информационных носителей и систем (визуальные коммуникации и другие информационные средства).

Так называемые «Арт объекты» на основе светодиодных систем выделяются как отдельная потребительская ниша бытовых светильников.

Предназначены они для выполнения декоративного оснащения, функций символьного индексирования пространства или создание необходимой образной атмосферы и игрушек. Используются светодиоды разных конструкций, создающие практически все цвета радуги.

При их проектировании возможно игнорирование базовых положений эргономики и пренебрежение при расчётах низким  КПД . Также в силу незначительного энергопотребления не критична и их низкая светоотдача.

Динамическое освещение используют в быту. Оно оказывает влияние на зрительную оценку интерьеров, восприятие габаритов, деталей, его колористического решения.

в качестве иллюстрации внешнего вида светильника на светодиодах  представлена система «Галактика», (габарит* 2000х1000мм).

Особенностью данной  модели  является функция изменения расположения светодиодных модулей (конической формы). Осветительная система имеет образную звёздную структуру и легко трансформируется. Центральный плафон- рефлектор может опускаться  вниз для местной подсветки -дополнительная функция обеспечения эффективного и комфортного освещения пространства.

**Окончательные нормы и стандарты, в силу активно развивающихся технологии светильников на основе светодиодов до настоящего времени пока не выработаны.

 

На основе результатов решения выводы лэд позволяют проектировать: проще и дешевле. Значительна маркетинговая привлекательность. Таким образом отражены тенденции последнего времени.