解决配光计算如何用LED线型灯具均匀打亮一面墙

王语嫣
发布于 2015-11-25 #照明交流直接看回复推送文章

在照明工程领域中，某些时候需要均匀地照亮一面墙壁。而为了达到隐蔽灯具的目的，通常采用洗墙的方式来完成。选择合适的光源，以及寻求科学合理的灯具配光，是提高照度均匀度的关键。之前，用荧...

　　在照明工程领域中，某些时候需要均匀地照亮一面墙壁。而为了达到隐蔽灯具的目的，通常采用洗墙的方式来完成。

　　选择合适的光源，以及寻求科学合理的灯具配光，是提高照度均匀度的关键。

　　之前，用荧光灯或金卤灯洗墙，照度均匀度都不甚理想。荧光灯是线型光源，打不远。金卤灯虽是点发光光源，但单灯功率较大，光斑明显。

　　所以，我们选择以大功率LED为光源的灯具，经过特殊的配光设计作为洗墙灯，照度均匀度将大幅提高。

　　从理论分析入手，研究配光需求，寻求能够均匀洗亮一面墙壁的LED线型灯具的合理配光。

　　我们追求洗墙灯的效率和效果达到最佳的平衡。研究方法是从一只LED光源在墙面洗出的光斑开始。然后再用叠加法，研究一排LED的洗墙效果。

　　用DIALux软件，模拟计算，并根据计算结果对配光数据进行改进，从而使被照面的照度均匀度达0.9以上。

　　怎样用LED线型灯具均匀地打亮一面墙?灯具需要什么样的配光?以往，这方面的专题研究并不多见。本文从理论分析入手，理论结合实践，探寻此类灯具的配光需求。

　　1、配光需求

　　我们知道，以LED为光源的灯具，其配光是由灯具内的全部LED颗粒配光叠加而成。所以我们从研究单颗LED的配光需求着手。

　　首先，我们假设决定LED配光的透镜是易于加工、易于保证出光一致性和出光质量的轴对称式的。

　　图1 配窄光束透镜的单颗LED配光及其光斑

　　图2 配窄光束透镜的多颗LED叠加而成整个灯具的光斑

　　其次，灯具需要有一个转向被照面的偏角α，使灯具的中心最大光强方向对准被照面的最远端，以便有更多的光线照到最远端，提高均匀度。如下图。

　　图3 计算简图

　　求配光曲线，即是求光强Iθ关于角度θ的函数。根据余弦平方反比定律：

　　Eθ=Iθ*cos3(90°-(α+θ))/h2(1)

　　设灯具离被照面距离h是常量，于是，当Iθ与cos3(90°-(α+θ))成反比，即：

　　Iθ=a/cos3(90°-(α+θ))时(a为一常量)，Eθ保持恒定。

　　为了讨论方便，此处设灯具的偏角α为10°。因为要寻求配光曲线的形状，不失一般性，设a为单位1，则可得下表：

　　表一配光曲线推算数据表

　　以该表数据为基准，构造出的LED透镜配光曲线如下图。

　　图4 洗墙灯具所需的单颗LED配光曲线

　　由公式(1)易知，当α为其他角度时，能均匀洗亮被照面灯具所需的单颗LED配光曲线，只是峰值不同，曲线的基本形状是相同的。

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　　2、模拟计算

　　用当前比较流行的DIALux4.12照度计算软件进行此研究课题的模拟计算，被照面高4米，宽5米，用5套各长1米的LED线型灯具照射。

　　每套灯具均匀布置10颗LED，单颗LED功率1W，初始光通量100Lm。灯具距被照面0.75米。计算评价面高4米，宽1米。计算模型和计算结果如下：

　　图5计算模型

　　图6照度计算渲染图

　　图71m×4m的计算表面照度结果

　　根据以上计算结果对配光数据进行改进，同样条件下，被照面的照度均匀度提高到0.9以上。

　　改进后配光曲线0°~90°光强值如下(间隔1°，单位：cd)：

　　980.0，967.0，673.0，506.0，339.0，274.5，210.0，175.0，140.0，120.0，100.0，87.5，75.0，66.0，57.1，48.1，44.1，40.1，36.1，32.1，28.1，26.1，24.1，22.1，20.1，18.1，17.0，15.8，14.7，13.6，12.5，11.9，11.3，10.8，10.2，9.6，9.0，8.4，7.9，7.3，6.7，6.5，6.3，6.2，6.0，5.8，5.6，5.5，5.3，5.1，4.9，4.8，4.7，4.5，4.4，4.3，4.1，4.0，3.9，3.7，3.6，3.6，3.5，3.5，3.5，3.4，3.4，3.4，3.3，3.3，3.3，3.3，3.2，3.2，3.2，3.2，3.2，3.2，3.2，3.2，3.2，3.0，2.9，2.7，2.5，2.4，2.2，2.0，1.8，1.7，1.5