Thiết kế chiếu sáng lớp học Thiết bị chiếu sáng LED cho trường học và cơ sở giáo dục

Vai trò của ánh sáng trong việc tiếp thu kiến ​​thức và quá trình học tập là cơ bản. Nó cho phép khám phá trực quan các đặc điểm vật lý của đối tượng nghiên cứu cũng như khám phá các khái niệm từ các hiển thị bằng văn bản và đồ họa trên giấy, máy tính và chiếu. Ánh sáng cũng tạo bối cảnh cho việc lắng nghe, giao tiếp bằng lời nói, phát triển kỹ năng xã hội và hiểu các tình huống. Là một yếu tố quan trọng của thiết kế có ảnh hưởng lớn đến mức độ đáp ứng của không gian đối với nhu cầu của sinh viên và giảng viên, ánh sáng trong lớp học phải hỗ trợ sức khỏe, hạnh phúc và hiệu suất bằng cách cung cấp một môi trường thoải mái, hấp dẫn cho sinh viên và giảng viên. Ngoài việc nâng cao sự hài lòng của người sử dụng và hỗ trợ trải nghiệm giáo dục trong không gian được chiếu sáng, hệ thống chiếu sáng trong trường học và cơ sở giáo dục phải được cung cấp trong phạm vi các ràng buộc thắt chặt về quy tắc.

Môi trường học tập

Tiện ích giáo dục đa dạng từ các trường tiểu học (tiểu học), trung học cơ sở, trung học phổ thông đến đại học và cao đẳng. Mặc dù các cơ sở này có nhiều loại không gian khác nhau, nhưng điểm chung của chúng là phần lớn các hoạt động học tập và nghiên cứu đều diễn ra trong lớp học. Một phòng học đa năng có diện tích sàn ít nhất 32 mét vuông (350 sq.ft) và có sức chứa từ 20 đến 75 học sinh. Một lớp học điển hình có sơ đồ mặt bằng hình chữ nhật cho phép tầm nhìn tốt hơn so với sơ đồ hình vuông. Không gian giảng dạy được thiết kế với các hướng nhìn song song với cửa sổ cung cấp ánh sáng ban ngày (giếng trời) vào không gian và kích thích giác quan và tiếp xúc thị giác với thế giới bên ngoài. Phương tiện điều khiển như rèm che hoặc rèm che được sử dụng để giảm độ chói bên ngoài để chúng cân bằng với độ sáng bên trong hoặc để loại bỏ ánh sáng ban ngày khi không cần thiết. Hệ thống chiếu sáng bên sử dụng ánh sáng ban ngày qua cửa sổ cung cấp ánh sáng chung cho phần lớn thời gian của ngày học. Tuy nhiên, ánh sáng nhân tạo đóng một vai trò quan trọng khi cần một môi trường thị giác cân bằng, nhất quán và có thể kiểm soát được.

Cách bố trí của một lớp học thường được chia thành khu vực dành cho học sinh và khu vực dành cho giáo viên. Khu vực dành cho sinh viên luôn yêu cầu ánh sáng chung, trong khi khu vực dành cho giáo viên yêu cầu ánh sáng bổ sung để cung cấp độ rọi thẳng đứng lên bảng giảng dạy và cung cấp mô hình tốt cho các đặc điểm con người của giảng viên. Công cụ giảng dạy phổ biến nhất trong các lớp học là bảng dạy học, bao gồm bảng viết phấn xanh và xám đậm (bảng đen) và bảng xóa khô như bảng trắng và bảng xám. Màn hình video để trình bày các phương tiện được chiếu thường được sử dụng để hướng dẫn máy tính. Điều này yêu cầu độ rọi trên màn hình chiếu phải được giảm thiểu trong khi ánh sáng xung quanh phải được cung cấp đủ cho khu vực sinh viên để ghi chú. Một lớp học có thể là một môi trường máy tính hóa nơi giảm thiểu phản xạ màn hình của các thiết bị đầu cuối hiển thị video (VDT) sẽ là mối quan tâm hàng đầu. Khả năng đọc của màn hình có thể bị giảm do hình ảnh phản chiếu do đèn chiếu sáng, cửa sổ và các bề mặt có độ sáng cao xung quanh tạo ra.

Cân nhắc thiết kế chiếu sáng

Ánh sáng trong lớp học có thể được coi là có chất lượng cao nếu nó cho phép sinh viên và người hướng dẫn thực hiện các nhiệm vụ trực quan một cách chính xác và thoải mái. Nền tảng của thiết kế chiếu sáng là tích hợp nhu cầu của con người, kiến ​​trúc, kinh tế và môi trường. Ưu tiên của chiếu sáng lớp học là thỏa mãn các nhu cầu của con người như khả năng hiển thị, thực hiện nhiệm vụ, thoải mái thị giác, giao tiếp xã hội, sức khỏe, an toàn và hạnh phúc. Những nhu cầu khác nhau của con người phải được cân bằng một cách hợp lý để tạo ra một môi trường học tập đầy hứng khởi, đồng thời cũng phải tính đến những cân nhắc về kinh tế, môi trường và kiến ​​trúc. Đạt được ánh sáng chất lượng bao gồm nhiều thứ hơn là cung cấp ánh sáng thích hợp để làm cho một nhiệm vụ nhất định có thể nhìn thấy được. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhìn và thực hiện nhiệm vụ của con người, bảy yếu tố quan trọng nhất là độ chói, độ đồng đều độ rọi, độ tương phản độ chói, nhấp nháy, xuất hiện màu sắc, mô hình hóa khuôn mặt và vật thể, và phản xạ che phủ.

Độ sáng đồng đều

Độ rọi là lượng ánh sáng tới trên một bề mặt. Các tác vụ và ứng dụng phổ biến nhất trong lớp học yêu cầu độ sáng màn hình trong khoảng 150 lx đến 250 lx. Độ rọi ngang đồng nhất trong khu vực dành cho sinh viên giúp loại bỏ bóng ảnh hưởng đến khả năng hiển thị nhiệm vụ và cho phép sử dụng không gian một cách linh hoạt trong quá trình định vị lại các vị trí nhiệm vụ. Trong các lớp học, đặc biệt là khu vực giáo dục, độ rọi dọc và độ rọi ở các mặt phẳng khác giữa phương ngang và phương thẳng đứng cũng rất quan trọng. Tỷ lệ giữa độ rọi tối thiểu và độ rọi trung bình trên bề mặt tác vụ, ví dụ độ rọi ngang trên máy tính để bàn và độ rọi dọc trên bảng dạy học không được thấp hơn 1: 1,4.

Độ tương phản độ sáng

Độ chói là lượng ánh sáng đến từ một bề mặt hoặc điểm. Nó là một chức năng của độ rọi bề mặt và độ phản xạ bề mặt, có nghĩa là độ chói có thể được tăng lên bằng cách tăng lượng ánh sáng chiếu vào bề mặt nguyên công hoặc tăng khả năng phản xạ của bề mặt. Để duy trì độ tương phản có thể chấp nhận được đối với các vết phấn, độ phản xạ của bảng phấn phải được duy trì trong khoảng 5 phần trăm đến 20 phần trăm. Trong khi đó, bảng trắng yêu cầu độ phản xạ 70% để khiến bản thân trở thành tâm điểm của sự chú ý. Độ phản xạ của bề mặt làm việc (máy tính để bàn) phải nằm trong khoảng 25% đến 40% để có thể đạt được sự cân bằng độ sáng thoải mái. Tường và trần nhà thường đi kèm với lớp hoàn thiện mờ sáng màu. Chúng tạo ra sự phản xạ giữa các ánh sáng có thể đảm bảo sử dụng hiệu quả ánh sáng để cải thiện độ rọi ngang và dọc trong khi giảm thiểu độ chói phản xạ. Mắt người phản ứng với độ chói chứ không phải độ rọi. Đó là độ sáng dẫn đến cảm giác về độ sáng. Khả năng nhìn thấy chi tiết bị ảnh hưởng mạnh bởi mối quan hệ giữa độ chói của một đối tượng và nền ngay lập tức của nó. Sự tương phản thích hợp giữa chi tiết nhiệm vụ và nền của nó có thể tạo ra sự quan tâm trực quan và cung cấp các dấu hiệu trực quan. Tuy nhiên, sự thay đổi độ sáng quá lớn sẽ gây khó khăn trong việc thích ứng và gây khó chịu cho thị giác. Giới hạn trên về tỷ lệ độ sáng giữa tác vụ và môi trường xung quanh ngay lập tức là 3: 1 (môi trường xung quanh tối hơn) hoặc 1: 3 (môi trường xung quanh sáng hơn).

Màu sắc xuất hiện

Màu sắc là một yếu tố quan trọng của ánh sáng. Nó có một mối quan hệ không thể tách rời với ánh sáng về các hiệu ứng thị giác, cảm xúc và sinh học. Mức độ ảnh hưởng đến hiệu suất thị giác, tâm trạng, bầu không khí, sức khỏe và hạnh phúc bởi ánh sáng phụ thuộc vào phân bố công suất quang phổ (SPD) của ánh sáng do nguồn sáng phát ra. Nguồn sáng có thể được đặc trưng bởi nhiệt độ màu và hiệu suất kết xuất màu của nó, cả hai đều được xác định bởi SPD. Sự xuất hiện màu sắc của các vật thể không tự phát sáng là sản phẩm của sự tương tác giữa SPD của nguồn sáng và chức năng phản xạ quang phổ của các vật thể. Một số lớp học nhất định có thể yêu cầu ánh sáng hiển thị màu sắc chính xác. Sự thể hiện màu sắc chỉ là một khía cạnh của ánh sáng. Điều quan trọng hơn là nhìn vào sự phân bố công suất quang phổ của ánh sáng và hiểu trực quan màu sắc của ánh sáng sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hành vi, sự hài lòng, phản ứng tâm lý và sức khỏe. Màu sắc của các nguồn sáng — cho dù là "ấm" hay "mát" đều có những ảnh hưởng to lớn đến sức khỏe, năng suất và hạnh phúc của con người.

Lườm

Lóa mắt xảy ra khi độ sáng, hoặc tỷ lệ độ chói, cao hơn quá mức so với độ sáng hoặc tỷ lệ độ chói mà mắt thích nghi. Hậu quả của ánh sáng chói bao gồm khuyết tật (giảm khả năng hiển thị và hiệu suất hình ảnh) và khó chịu (cảm giác khó chịu về độ sáng không nhất thiết ảnh hưởng đến hiệu suất hoặc khả năng hiển thị hình ảnh). Lóa mắt có thể do ánh sáng truyền đến mắt trực tiếp từ nguồn sáng (chói trực tiếp) hoặc do phản xạ độ chói cao từ bề mặt phản xạ (chói phản xạ). Các thiết bị chiếu sáng trên cao có thể được chỉ định Xếp hạng chói sáng thống nhất (UGR) hoặc Xác suất tiện nghi thị giác (VCP) để dự đoán độ chói khó chịu trong các ứng dụng nội thất. UGR tối đa là 19 hoặc VCP tối thiểu là 70 được coi là chấp nhận được cho các tác vụ đọc, ghi và dựa trên máy tính. Khi mong muốn mức độ thoải mái thị giác cao hơn, nên chọn đèn điện có UGR là 16 hoặc VCP là 80.

Nhấp nháy

Hiện tượng nhấp nháy là sự điều biến biên độ của ánh sáng gây mất tập trung và gây ra một số hậu quả tiêu cực. Cả đèn điện huỳnh quang và đèn LED được vận hành bằng nguồn điện kém chất lượng có thể tạo ra ở tần số gấp đôi tần số đường dây điện (tức là 120 Hz hoặc 100 Hz). Hiện tượng nhấp nháy thường dễ nhận thấy ở tần số cao hơn 70 Hz. Tuy nhiên, hiện tượng nhấp nháy mà mắt người không nhận thấy vẫn có thể tạo ra phản ứng của hệ thần kinh. Cả nhấp nháy có thể nhìn thấy và không thể nhận thấy đều đáng quan tâm. Thay đổi từ người này sang người khác, tiếp xúc với ánh sáng nhấp nháy có thể gây mỏi mắt, khó chịu, buồn nôn, giảm hiệu suất thị giác, các cơn hoảng sợ, đau đầu, đau nửa đầu, co giật động kinh và bằng chứng làm trầm trọng thêm tình trạng tự kỷ. Trong các cơ sở giáo dục nơi trẻ em hoặc thanh thiếu niên ở trong thời gian dài mỗi ngày, nên thực hiện kiểm soát nhấp nháy nghiêm ngặt. Phần trăm nhấp nháy tốt nhất nên không vượt quá 4 phần trăm ở 120 Hz hoặc 3 phần trăm ở 100 Hz, điều này cực kỳ an toàn cho tất cả các quần thể. Giá trị tối đa cho phép 10 phần trăm ở 120 Hz hoặc 8 phần trăm ở 100 Hz.

Phản chiếu mạng che mặt

Phản xạ có viền là các mảng có độ chói cao (hình ảnh sáng của nguồn sáng) được phản chiếu bởi các bề mặt đặc biệt như màn hình máy tính hoặc tài liệu đọc bóng. Phản xạ che khuất từ ​​nguồn sáng chính (góa phụ hoặc đèn chiếu sáng) hoặc nguồn sáng thứ cấp (phản xạ) làm giảm độ tương phản của tác vụ và che khuất chi tiết. Để đảm bảo không có nguồn sáng nào tạo ra phản xạ đặc biệt hoặc khuếch tán vào mắt người, hãy bố trí màn hình máy tính ở vị trí vuông góc với nguồn sáng hoặc chỉ định đèn điện có phân bố ánh sáng có ánh sáng tối thiểu phát ra ở các góc có vấn đề.

Mô hình hóa các khuôn mặt và vật thể

Mô hình hóa khuôn mặt và vật thể là một cân nhắc chiếu sáng quan trọng trong các cơ sở giáo dục. Sự tương tác của ánh sáng và bóng tối trên khuôn mặt có thể hỗ trợ giao tiếp giữa giáo viên và học sinh bằng cách làm cho môi dễ đọc hơn và cử chỉ khuôn mặt dễ diễn giải hơn. Ánh sáng có thể thêm hình dạng và chiều sâu cho cảnh trực quan, tiết lộ kết cấu và chi tiết của các đối tượng, tạo ra một mô hình mong muốn và làm nổi bật và sở thích thị giác. Ánh sáng định hướng mạnh có thể gây ra bóng đổ sâu không tán sắc, trong khi ánh sáng khuếch tán cực mạnh làm cho khuôn mặt hoặc vật thể phẳng hoặc không thú vị. Do đó, cần có sự kết hợp thích hợp giữa ánh sáng định hướng và ánh sáng khuếch tán.

Ánh sáng chung

Ánh sáng chung là nguồn chiếu sáng chính trong các lớp học. Nó cung cấp cho không gian sự chiếu sáng tổng thể đồng thời đóng vai trò là nguồn chính của ánh sáng nhiệm vụ. Ánh sáng chung trong các lớp học có thể được thực hiện bằng cách sử dụng hệ thống chiếu sáng gắn trên trần với sự phân bổ trực tiếp / gián tiếp hoặc kết hợp trực tiếp / gián tiếp. Chiếu sáng trực tiếp cung cấp ánh sáng không bị gián đoạn từ đèn điện đến mặt phẳng tác vụ nằm ngang. Ánh sáng gián tiếp phân bố ánh sáng về phía trần nhà, từ đó phản xạ ánh sáng xuống dưới. Ánh sáng trực tiếp / gián tiếp cung cấp cả phân phối ánh sáng hướng xuống và hướng lên. Hệ thống chiếu sáng trực tiếp có hiệu quả trong việc cung cấp ánh sáng, nhưng có thể tạo ra bóng tối khắc nghiệt, phản xạ có đường viền và các hiệu ứng hình ảnh không mong muốn như trần nhà tối và hình vỏ sò trên bề mặt tường phía trên. Với khả năng chiếu sáng trực tiếp vào trần nhà, hệ thống chiếu sáng gián tiếp phân bổ đều ánh sáng đến độ chói quá mức trong trường nhìn. Tuy nhiên, ánh sáng gián tiếp làm cho không gian có vẻ buồn tẻ và trống rỗng các điểm nổi bật và sở thích thị giác. Ánh sáng trực tiếp / gián tiếp kết hợp các lợi ích của ánh sáng trực tiếp và gián tiếp để cung cấp sự phân bố ánh sáng cân bằng để cải thiện sự thoải mái về thị giác, độ rọi đồng đều trên các bề mặt tác vụ nằm ngang và tăng cường ấn tượng về không gian, sự tỉnh táo và rõ ràng về thị giác.

Mặc dù có mối lo ngại về việc tạo ra ánh sáng chói và hiệu ứng hang động, ánh sáng trực tiếp gần như là một lựa chọn phổ biến trong các lớp học đơn giản vì hầu hết các không gian giáo dục có chiều cao trần thấp. Chiếu sáng trực tiếp thường được cung cấp dưới dạng chiếu sáng âm tường, chiếu sáng lắp chìm hoặc chiếu sáng treo. Các thiết bị chiếu sáng trực tiếp có thể được thiết kế với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Trong các cơ sở giáo dục, các thiết bị chiếu sáng được sử dụng phổ biến là các máng đèn hình chữ nhật được thiết kế để lắp đặt trên trần lưới và các thiết bị chiếu sáng tuyến tính được thiết kế để lắp đặt chìm, lắp trên bề mặt và lắp đặt. Troffers có sẵn ở dạng troffers thể tích, troffers parabol, troffers khuếch tán / thấu kính và bảng LED chiếu sáng cạnh. Đèn chiếu sáng tuyến tính có các phần có chiều dài tiêu chuẩn, chẳng hạn như phần 4, 8 hoặc 12 foot hoặc trong cấu hình chạy liên tục.

Công nghệ chiếu sáng

Trong nhiều thập kỷ qua, việc chiếu sáng lớp học và các không gian giáo dục khác là một công nghệ gần như độc quyền của công nghệ chiếu sáng huỳnh quang. Đèn huỳnh quang sử dụng điện để kích thích hơi thủy ngân trong ống thủy tinh. Hơi thủy ngân phóng ra để phát ra tia cực tím (UV), sau đó làm cho một lớp phủ phosphor phát huỳnh quang, tạo ra ánh sáng trong quang phổ nhìn thấy được. Đèn huỳnh quang đã được sử dụng rộng rãi vì hiệu suất phát sáng cao, phân bố ánh sáng khuếch tán và tuổi thọ hoạt động lâu dài. Tuy nhiên, việc sử dụng đèn huỳnh quang còn gây tranh cãi. Đèn huỳnh quang có nhiều nhược điểm như phát tia cực tím, thời gian khởi động lâu, nhiễu sóng vô tuyến, dễ vỡ cao, biến dạng sóng hài, giới hạn phạm vi nhiệt độ hoạt động, giảm tuổi thọ do phải đóng cắt thường xuyên. Tuy nhiên, tác động tiêu cực nhất của ánh sáng huỳnh quang là nó làm giảm đáng kể chất lượng chiếu sáng nội thất và gây ra các nguy cơ về sức khỏe. Sự tập trung quá mức vào hiệu suất phát sáng khiến phần lớn các thiết bị chiếu sáng huỳnh quang có khả năng tái tạo màu kém và mang lại nhiệt độ màu cao quá mức (6000 K - 6500 K) có thể gây ra tác động gián đoạn đến nhịp sinh học của con người và nêu lên mối lo ngại về nguy cơ ánh sáng xanh. Bởi vì đèn huỳnh quang cần có chấn lưu để điều chỉnh dòng điện truyền qua các điện cực của đèn, do đó vấn đề nhấp nháy phát sinh. Khi nói đến chất lượng ánh sáng, ánh sáng huỳnh quang là một khởi đầu đặc biệt tồi tệ trong lịch sử chiếu sáng nhân tạo cho không gian nội thất.

Chiếu sáng trạng thái rắn dựa trên công nghệ điốt phát quang (LED) đang nhanh chóng trở nên phổ biến. Đèn LED đã trở thành nguồn sáng chính cho mọi ứng dụng chiếu sáng có thể tưởng tượng được. Đèn LED là một thiết bị bán dẫn chuyển đổi năng lượng điện trực tiếp thành các photon. Thiết bị bán dẫn có một tiếp giáp pn được tạo thành bởi các lớp pha tạp đối lập của vật liệu bán dẫn như indium gallium nitride (InGaN). Khi tiếp giáp pn bị lệch theo hướng thuận, các điện tử và lỗ trống được đưa vào vùng hoạt động và tái kết hợp để tạo ra ánh sáng. Công nghệ LED đã giải quyết nhiều nhược điểm của các công nghệ thông thường và hứa hẹn mang lại hiệu quả cao, tuổi thọ cao, tính linh hoạt quang phổ cao, khả năng điều khiển đặc biệt (bật / tắt / mờ), tính linh hoạt cao trong thiết kế quang học và khả năng chống sốc và rung động cao. Đèn LED chỉ tạo ra công suất bức xạ trong phổ khả kiến ​​(thường từ 400 đến 700 nm). Sự vắng mặt của bức xạ tia cực tím (UV) và hồng ngoại (IR) làm cho công nghệ này đặc biệt phù hợp để sử dụng cho những người có độ nhạy đặc biệt hoặc trong các tình huống mà bức xạ quang học từ các nguồn sáng truyền thống có thể gây rủi ro cho con người.

Đèn chiếu sáng LED

Tuổi thọ dài và hiệu quả năng lượng cao là những ưu điểm nổi bật của đèn LED. Điều này dẫn đến một quan niệm sai lầm phổ biến rằng tuổi thọ dài và hiệu suất phát sáng cao của hệ thống chiếu sáng LED là một điều tất nhiên. Bộ đèn huỳnh quang sử dụng một bộ đèn, ví dụ: T5 tuyến tính (đường kính 5/8 inch), T8 (đường kính 1 inch) và T12 (đường kính 11/2 inch), được tiêu chuẩn hóa trong toàn ngành và giữa các nhà sản xuất có tuổi thọ tương tự , đầu ra ánh sáng và duy trì quang thông. Về cơ bản, vật cố định đóng vai trò như khung lắp cho đèn và cung cấp khả năng kiểm soát hạn chế phân phối ánh sáng. Ngược lại, đèn chiếu sáng LED nói chung là một hệ thống được thiết kế kỹ thuật cao, tích hợp toàn diện đèn LED với các hệ thống phụ nhiệt, điện và quang học để cung cấp một sản phẩm có thể chấp nhận được. Hiệu quả của hệ thống và tuổi thọ hoạt động của đèn điện LED phụ thuộc phần lớn vào thiết kế và xây dựng hệ thống. Đánh giá tuổi thọ của đèn điện LED dựa trên lần đầu tiên đèn điện yêu cầu bảo trì, điều này có thể do suy giảm quang thông, chuyển màu, trục trặc hoặc thậm chí hỏng hóc đột ngột của trình điều khiển đèn LED.

Đèn LED là nguồn sáng hiệu quả nhất hiện nay. Tuy nhiên, vẫn có hơn một nửa năng lượng điện cấp cho đèn LED được chuyển hóa thành nhiệt. Không giống như đèn sợi đốt và đèn halogen tỏa nhiệt ra khỏi đèn dưới dạng năng lượng hồng ngoại, nhiệt do đèn LED tạo ra bị giữ lại bên trong các gói bán dẫn và phải được tản ra qua chính bộ đèn. Sự tích tụ nhiệt quá mức trong đèn LED có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp của chip, phosphor và vật liệu đóng gói. Nhiệt độ tiếp giáp tăng cao đã được chứng minh là gây ra nhiều cơ chế hỏng hóc như tạo mầm và phát triển các sai lệch trong vùng hoạt động của diode, suy giảm hiệu suất lượng tử phosphor, và đổi màu vỏ bọc và nhựa. Do đó, quản lý nhiệt hiệu quả là rất quan trọng để vận hành đèn LED đến tuổi thọ đánh giá của chúng. Thiết kế nhiệt là phần quan trọng nhất của thiết kế đèn điện. Tất cả các vật liệu và linh kiện trong đường dẫn nhiệt từ khuôn bán dẫn qua bảng mạch in (PCB) ra môi trường xung quanh phải có điện trở nhiệt thấp. Hiệu quả của thiết kế tản nhiệt về cơ bản phụ thuộc vào khả năng tản nhiệt của tản nhiệt thông qua dẫn nhiệt và đối lưu. Các thiết bị chiếu sáng trên cao như đèn troffers và mặt dây chuyền tuyến tính thường cung cấp đủ khối lượng để tạo ra diện tích bề mặt thích hợp tạo điều kiện trao đổi nhiệt.

Thông thường, điểm hỏng hóc hoặc trục trặc trong hệ thống đèn LED là trình điều khiển đèn LED. Vì đèn LED nhạy cảm với những thay đổi thậm chí rất nhỏ về dòng điện và điện áp, nên các mạch trình điều khiển đèn LED phải được cấu hình để điều chỉnh đầu ra ở dòng điện không đổi dưới các biến thể điện áp cung cấp hoặc tải. Vận hành đèn LED với dòng truyền động thích hợp cũng là một phần của quản lý nhiệt. Ghi quá mức đánh giá của một đèn LED sẽ làm tăng nhiệt độ đường giao nhau và giảm hiệu suất lượng tử bên trong của đèn LED. Các chỉ số hiệu suất chính của trình điều khiển tập trung vào khả năng điều chỉnh công suất cho đèn LED hoặc chuỗi (hoặc chuỗi) đèn LED một cách thích hợp và hiệu quả, đồng thời cung cấp hệ số công suất cao và tổng độ méo hài (THD) thấp trên dải điện áp đầu vào rộng . Trình điều khiển cũng phải cung cấp các tính năng bảo vệ chống lại các tình trạng quá tải, hở và ngắn mạch, cũng như triệt tiêu điện áp tạm thời và bảo vệ quá nhiệt thông minh. Tuy nhiên, một số nhà sản xuất chiếu sáng đã cắt giảm chi phí không ngừng bằng cách sắp xếp lại các mạch trình điều khiển. Điều này không chỉ khiến độ tin cậy của mạch trình điều khiển bị ảnh hưởng mà còn gây ra hiện tượng nhấp nháy vì các trình điều khiển chi phí thấp thường cung cấp khả năng triệt tiêu gợn sóng không hoàn toàn. Nói chung là không thể chấp nhận được rằng giá trị gợn sóng của dòng điện đầu ra vượt quá ± 10 phần trăm.

Thiết kế quang học trở thành một ưu tiên cao trong thiết kế hệ thống đèn LED. Độ rọi đồng đều trên một khu vực rộng lớn hoặc mặt phẳng nhiệm vụ yêu cầu sử dụng một số lượng lớn đèn LED công suất trung bình. Công suất cường độ cao của các nguồn sáng thu nhỏ này làm ưu tiên việc giảm thiểu ánh sáng chói. Đèn điện LED có nhiều đặc điểm phân bố khác nhau đạt được bằng cách sử dụng các bộ phận quang học như bộ khuếch tán, thấu kính, gương phản xạ và mái hắt. Ánh sáng chói trực tiếp từ đèn LED có thể được giảm thiểu bằng cách khuếch tán độ sáng trên các diện tích bề mặt lớn. Các thấu kính kết hợp một loạt lăng kính nhỏ có thể làm giảm độ chói của đèn ở các góc nhìn gần theo phương ngang. Phản xạ là một kỹ thuật thường được sử dụng để điều chỉnh quang thông từ đèn LED. Đèn hắt thể tích là một loại đèn chiếu sáng "phản xạ trực tiếp" phản xạ ánh sáng từ bề mặt bên trong của vỏ lõm, trong khi các mô-đun LED phát ra ánh sáng hướng lên được che chắn hoặc che khuất trong các giỏ kim loại được phủ acrylic khuếch tán. Đèn LED panel chiếu sáng cạnh đưa ánh sáng vào tấm dẫn sáng (LGP), sau đó phân bổ ánh sáng đồng đều về phía bộ khuếch tán thông qua phản xạ toàn phần bên trong (TIR). Khả năng cung cấp độ chiếu sáng đồng đều mà không tạo ra độ chói quá cao làm cho các bộ đèn âm tường này trở thành một con ngựa trong các cơ sở giáo dục.

Kết xuất màu

Cũng như đối với ánh sáng huỳnh quang, sự cân bằng giữa chất lượng màu sắc và hiệu quả phát sáng vẫn còn trong kỷ nguyên của ánh sáng LED. Đèn LED trắng thường là đèn LED chuyển đổi phosphor sử dụng ánh sáng có bước sóng ngắn phát ra từ các khuôn LED để bơm phốt pho (vật liệu phát quang). Hầu hết các đèn LED chuyển đổi phosphor là đèn LED bơm màu xanh lam chuyển đổi một phần điện phát quang. Đèn LED bơm màu xanh lam có độ kết xuất màu cao yêu cầu một phần rất lớn ánh sáng có bước sóng ngắn phát ra được chuyển đổi xuống. Quá trình chuyển đổi ánh sáng máy bơm thành ánh sáng phosphor (sự phát quang) bao gồm một lượng lớn năng lượng Stokes mất đi. Việc chuyển đổi hiệu quả phát sáng của bức xạ (LER) theo độ nhạy của mắt là không hiệu quả so với sự phân bố quang phổ của ánh sáng có bước sóng dài hơn. Khi kết hợp các hiệu ứng này, hiệu quả phát sáng của đèn LED hiển thị màu cao có SPD trải đều hơn trong toàn bộ quang phổ khả kiến ​​là tương đối thấp hơn so với đèn LED hiển thị màu thấp bị bão hòa quá mức trong các bước sóng xanh lam và xanh lục.

Do hướng tới việc chiếu sáng hiệu quả cao và giảm chi phí, hầu hết các đèn LED được sử dụng trong các cơ sở giáo dục kết hợp đèn LED với chỉ số hoàn màu (CRI) là 80, có thể chấp nhận được (nhưng không tốt). Đặc biệt, ánh sáng phát ra từ những bộ đèn này thiếu bước sóng khiến màu sắc bão hòa. Để lớp học có cảm giác dễ chịu và màu sắc có vẻ tự nhiên, nguồn sáng phải có khả năng kích hoạt phản ứng thị giác đối với tất cả các bước sóng trong quang phổ khả kiến. Các cơ sở giáo dục xứng đáng được chiếu sáng với chất lượng màu cao, ví dụ CRI là 90. Trong khi đèn LED bơm màu xanh lam có thể được thiết kế để cung cấp màu sắc vượt trội, đèn LED bơm màu tím đã được phát triển đặc biệt để tạo ra ánh sáng trắng phổ rộng cung cấp công suất bức xạ khá rộng trên quang phổ khả kiến.

Khoa học đằng sau Màu sắc của ánh sáng

Nhiệt độ màu tương quan (CCT) của nguồn sáng nhằm đặc trưng cho màu của ánh sáng (ví dụ: ấm hoặc mát). Ánh sáng trắng thể hiện tông màu ấm có CCT trong khoảng 2700 K đến 3200 K. Ánh sáng trắng có CCT trong khoảng 3500 K đến 4100 K thường được coi là có "màu trắng trung tính". Ánh sáng trắng có CCT trên 4100 K được coi là có vẻ ngoài "trắng mát". Không phải tất cả ánh sáng trắng đều như nhau, cho dù sự xuất hiện của ánh sáng trắng là ấm hay mát không chỉ ảnh hưởng trực quan đến nhận thức và cảm xúc ảnh hưởng đến tâm trạng của chúng ta, mà còn ảnh hưởng đến một loạt các phản ứng thần kinh và nội tiết thần kinh. Nói chung, màu trắng lạnh hơn tương ứng với một tỷ lệ tương đối cao của ánh sáng xanh lam trong quang phổ và màu trắng ấm biểu thị một thành phần màu xanh lam thấp trong quang phổ.

Nghiên cứu đã xác định rằng ánh sáng xanh có thể kích thích các tế bào cảm quang tế bào hạch võng mạc (ipRGC) thực chất trong lớp tế bào hạch của võng mạc. Các ipRGC truyền ánh sáng thành tín hiệu thần kinh cho đồng hồ sinh học. Đồng hồ sinh học nằm trong nhân siêu vi (SCN) sau đó điều chỉnh nhiệt độ cơ thể và giải phóng các hormone nội tiết, chẳng hạn như melatonin và cortisol. Một liều lượng đủ cao của ánh sáng xanh hoạt tính sinh học sẽ kích hoạt đồng hồ sinh học chính để lập trình cơ thể con người cho chế độ ban ngày. Tiếp xúc với bức xạ xanh được phát hiện để kích thích sản xuất các hormone như cortisol để phản ứng với căng thẳng và tỉnh táo; serotonin để kiểm soát xung động và cảm giác thèm ăn carbohydrate; và dopamine cho niềm vui, sự tỉnh táo và sự phối hợp cơ bắp. Trong khi mô phỏng phản ứng sinh lý ban ngày, việc tiếp xúc với ánh sáng xanh hoạt tính sinh học cũng dẫn đến việc ức chế hormone kích thích giấc ngủ melatonin. Vì nó hỗ trợ sự tập trung, tỉnh táo và hiệu suất, nên ánh sáng trắng sáng với các thành phần màu xanh lam cao do đó thường được sử dụng trong các giờ học tập.

Thông thường, ánh sáng trắng mát với CCT khoảng 4100 K được chọn để chiếu sáng ban ngày trong không gian giáo dục. CCT tối đa cho chiếu sáng nội thất nói chung không được vượt quá 5400 K, là nhiệt độ màu biểu kiến ​​của ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp từ trên cao xuống. Tuy nhiên, sự ra đời của ánh sáng huỳnh quang đã kéo theo sự gia tăng mạnh về nhiệt độ màu cho ánh sáng nội thất. Các nguồn sáng tạo ra ánh sáng trắng có bước sóng tích lũy ở đầu màu xanh lam của quang phổ có hiệu suất phát sáng cao nhất do liên quan đến sự phát quang tối thiểu và độ nhạy của mắt cao đối với dải quang phổ này. Điều này làm cho CCT trong dải 6000 K đến 6500 K trở thành lựa chọn phổ biến cho chiếu sáng giáo dục. Tuy nhiên, bức xạ quang học với CCT cực cao như vậy có vẻ khắc nghiệt và thường gây ra biến dạng màu sắc vì thiếu bước sóng để hiển thị màu bão hòa. Quan trọng nhất, việc tiếp xúc với bức xạ màu xanh lam với liều lượng cực cao suốt cả ngày có thể làm cơ thể con người căng thẳng quá mức và gây khó khăn cho việc duy trì nhịp sinh học trơn tru.

Học sinh thường tiếp tục nhận được bức xạ màu xanh dương cường độ cao trong những giờ huấn luyện ban đêm, điều này dẫn đến việc ức chế melatonin vào buổi tối. Việc giải phóng melatonin hàng đêm từ 9 giờ tối đến 7 giờ 30 sáng là một cơ chế bảo vệ quan trọng hỗ trợ quá trình tái tạo cần thiết và ngăn chặn các tế bào ung thư đang phát triển trong cơ thể chúng ta. Vào buổi tối, ít nhất hai giờ trước khi đi ngủ, nên tránh ánh sáng CCT cao và cường độ cao. Mức độ ánh sáng trắng ấm vừa phải, được định nghĩa là 60 lux, là đủ cho các tác vụ thị giác nhỏ mà không làm gián đoạn chu kỳ sinh học.

Ánh sáng trắng có thể điều chỉnh được

Tác động của ánh sáng đối với sức khỏe, hạnh phúc và hiệu suất của con người đã thúc đẩy ngành công nghiệp chiếu sáng phát triển một giải pháp có thể gợi lên các phản ứng sinh học cụ thể của con người để tăng cường sự tập trung, tỉnh táo và hiệu suất, đồng thời hỗ trợ nhịp sinh học thuận lợi. Ánh sáng trắng có thể điều chỉnh được cho phép điều chỉnh nhiệt độ màu của ánh sáng trắng, với cường độ sáng được kiểm soát độc lập. Công nghệ này cho phép một sơ đồ chiếu sáng năng động được phân phối suốt cả ngày và cho phép điều chỉnh ánh sáng phù hợp với nhu cầu của các nhóm đối tượng khác nhau. Ánh sáng trắng có thể điều chỉnh được dựa trên công nghệ LED là động lực thúc đẩy việc triển khai nhanh chóng hệ thống chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL). Ánh sáng trung tâm của con người được thiết kế để củng cố nhịp sinh học của cơ thể và chu kỳ tự nhiên của các chức năng sinh học. Nó cung cấp khả năng kiểm soát có ý thức các quá trình nội tiết tố và môi trường học tập trong suốt một thiết kế tổng thể về các hiệu ứng hình ảnh, sinh học và cảm xúc của ánh sáng. Số lượng và quang phổ của ánh sáng nội thất có thể được điều chỉnh để phản ánh các đặc điểm của ánh sáng ban ngày tự nhiên trong suốt thời gian trong ngày.

An toàn quang sinh học

Các chuyên gia về ghế bành đã làm ồn ào về nguy cơ ánh sáng xanh của hệ thống chiếu sáng LED. Họ tuyên bố rằng đèn LED máy bơm màu xanh lam có chứa các phần bước sóng màu xanh lam cao hơn và do đó có nhiều khả năng hơn các loại nguồn sáng khác gây ra nguy cơ gây nguy hiểm ánh sáng xanh. Nguy cơ ánh sáng xanh là một tổn thương võng mạc do quang hóa gây ra do tiếp xúc với bức xạ ở bước sóng chủ yếu từ 400 nm đến 500 nm. Chỉ vì đèn LED trắng sử dụng bộ phát màu xanh lam để bơm bộ chuyển đổi phosphor xuống và có thể có đỉnh màu xanh lam riêng biệt trong SPD của chúng, điều đó không nhất thiết có nghĩa là đèn LED có tiềm năng lớn hơn gây ra các tổn thương quang hóa của võng mạc. Ánh sáng trắng có các màu sắc khác nhau về cơ bản là kết quả của sự kết hợp khác nhau của các bước sóng dài và ngắn. Có một mối tương quan chặt chẽ giữa CCT và nội dung ánh sáng xanh lam bất kể ánh sáng trắng được phát ra từ đâu. Chức năng cân đo nguy cơ ánh sáng xanh mở rộng trên một loạt các bước sóng. Điều quan trọng là phải xem xét phạm vi bức xạ nguy hiểm, hơn là bất kỳ đỉnh cục bộ nào. Tổng số bước sóng màu xanh lam trong thành phần quang phổ của ánh sáng do đèn LED phát ra nói chung giống như ánh sáng do bất kỳ nguồn sáng nào khác phát ra ở cùng nhiệt độ màu.

Nhắc lại: Về cơ bản, đèn LED không khác với các nguồn sáng sử dụng công nghệ truyền thống về độ an toàn quang sinh học. Điều đáng trách là việc sử dụng CCT cực cao trong chiếu sáng nội thất. Ánh sáng trắng có CCT trên 6000 K chứa một lượng đáng kể ánh sáng xanh lam và có nhiều khả năng gây ra tổn thương quang hóa cho võng mạc hơn ánh sáng trắng do các nguồn sáng có CCT thấp phát ra. Độ rọi ngưỡng để phân loại nhóm rủi ro là RG2 trở lên là 1000 lux đối với nguồn sáng có CCT là 6000 K, 1600 lux đối với nguồn sáng có CCT là 4000 K và 3200 lux đối với nguồn sáng có CCT là 2700 K. Tuy nhiên, việc phân loại nguy cơ ánh sáng xanh thuộc Nhóm rủi ro 2 và 3 là rất khó xảy ra đối với tất cả các loại nguồn ánh sáng trắng, đơn giản vì độ rọi tối đa cho các ứng dụng giáo dục hiếm khi vượt quá 300 lux. Điều quan trọng, một sản phẩm cũng phải vượt quá ngưỡng đối với các điều kiện độ sáng được coi là nguy hiểm (10 mcd / k2 ở 6000K, 16 mcd / k2 ở 4000 K, 30 mcd / k2 ở 2700 K đối với Nhóm rủi ro 2). Ngay cả khi có nguy cơ từ Nhóm rủi ro 2 hoặc 3, phản ứng ác cảm của con người sẽ giảm thiểu nguy cơ, vì vậy nguy cơ ánh sáng xanh không có gì khiến mọi người phải lo lắng.

Chú phổ biến: Thiết kế chiếu sáng lớp học Thiết kế ánh sáng LED cho trường học và cơ sở giáo dục, Trung Quốc, nhà cung cấp, nhà sản xuất, nhà máy, mua, giá, tốt nhất, giá rẻ, để bán, có hàng, mẫu miễn phí