一種依據自然光照的室內led照明調光方法

2023-05-30 19:44:56 2

一種依據自然光照的室內led照明調光方法
【專利摘要】本發明公開了一種依據自然光照的室內LED照明調光方法，首先在建築物的窗戶的內測，放置一個五面安裝有光敏傳感器的正方體自然光光強採樣節點，根據自然光光強採樣節點採集到的各面的光強，判斷此時的天氣狀況；根據天氣狀況，計算自然光源中在室內的工作檯面產生的輻射光強、直射光強，得到自然光在室內工作檯面的光照強度；參照人眼對自然光照強度的最低需求，確定室內LED燈具的工作亮度等級。本發明實現了人們的工作區域獲得比較舒適的光照，並且具有方便、節能的優點。
【專利說明】—種依據自然光照的室內LED照明調光方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種室內LED照明調光方法，特別涉及一種依據自然光照的室內LED照明調光方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展，照明節能已逐漸成為人們的共識，除了採用高效能光源外，在不影響人們對照明需求的前提下，合理地控制光源的輸出光強也是照明節能的重要手段。太陽光是最適合人類視覺系統的光源，在室內照明中合理地利用自然光，不僅可保護人眼視力，而且可以減少電能消耗，具有廣闊的發展前景和良好的經濟、社會價值。
[0003]目前的國內智能照明，研究利用自然光在建築中的應用主要分為兩種:直接利用法和間接利用法。直接利用法即通過在室外安裝採光設備，直接將室外採集的陽光引入到室內，達到利用自然光照明的目的，典型代表如室外平面鏡反射法、導光管法、稜鏡組多次反射法、光導纖維法等。間接利用法即通過安裝相應的能量轉換設備，將太陽能轉換成不同形式的熱能或者電能，再加以利用到室內照明中，典型代表如光一熱一電轉換方式、光一電轉換方式等。
[0004]上述兩種方法都是基於輔助手段或者工具來利用太陽光，在實現過程中面臨造價和運用複雜度較高的難題，在現實生活中，尤其是經濟欠發達國家和地區很少有推廣實例。
[0005]當前辦公樓宇中臨窗的燈具功率，其照明功率是按沒有考慮自然光的條件下所需要的最大功率設置的，而在大多數工作時段，臨窗燈具的照明相對室外的自然光，只是輔助光源，特別是晴天，透過窗戶的自然光足以為臨近窗口的區域提供照明，此時室內燈具可以不照明或只提供少量光照即可。但當前絕大多數情況下臨窗燈具與非臨窗燈具是一起控制的，再加上自然光源由於天氣變化，雲彩遮擋、時段變化等原因表現出不穩定，為了不影響人們的工作，在辦公時間內，臨窗燈具與非臨窗燈具一樣處於全功率工作狀態，從而導致大量的電能浪費。
[0006]LED照明在室內照明中的應用越來越廣泛，當前LED照明一般採用恆流驅動，通過PWM方法進行調光性控制，這也為依據環境照明情況進行調光提供了硬體條件。通常的做法是在燈具上集成一個光敏傳感器，該傳感器感知燈具周圍的光照，從而實現LED燈具的自動調光。但這種方法存在明顯的缺陷，由於光敏傳感器在燈具上的安裝位置是固定的，光敏傳感器背向環境光源和面向環境光源，調光效果可能差異較大，因此對燈具的安裝提出了額外的要求；另一方面，燈具是安裝於天花板內還是突出於天花板，光敏傳感器感知的光照也是不同的，為了美觀，照明燈具的殼體一般鑲嵌於天花板中，安裝於燈具體中的光敏傳感器從而也難以感知環境光照。
[0007]室外自然光照強度、方位角、高度角會隨時間變化，室內光照也會隨之變化，在利用自然光照的同時，為了獲得比較舒適的工作光照環境，合理的室內智能照明方案應該是根據外部光照變化而動態自適應調節室內燈管亮度等級，在人工光的調節範圍內保持光照效果的穩定。[0008]室外自然光可以分為太陽直射光和太陽輻射光兩類。地球上的光線均是由太陽帶來的，一部分太陽光透過大氣層到達地面，成為直射光，直射光形成的照度非常高，具有方向性，可以使物體形成陰影。另一部分太陽光碰到大氣層中的空氣分子、灰塵、水蒸氣等微粒，產生多次反射，形成太陽輻射光。太陽輻射光具有一定的亮度，形成的照度低，沒有方向性，不能使物體形成陰影。

【發明內容】

[0009]為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在於提供一種依據自然光照的室內LED照明調光方法，以保障人們的工作區域獲得比較舒適的光照，由於LED燈具不是全時段工作於額定功率，因此可以達到節能的目的。
[0010]本發明的目的通過以下技術方案實現:
[0011]一種依據自然光照的室內LED照明調光方法，包括以下步驟:
[0012](I)建築物室內自然光源光強採樣:在建築物窗戶的內測，放置一個自然光光強採樣節點；所述自然光光強採樣節點為正方形，以其正對著窗外的面為前面，自然光光強採樣節點的前面、上面、背面、左側面、右側面各安裝有一個光敏傳感器，對自然光光強進行採集;
[0013](2)對於任一時刻，自然光光強採樣節點的前面、上面、背面、左側面、右側面獲得的光強測量值分別為Ew、E±、E胃、Ep Eie，求五個光強測量值中的最大值、均值及方差，分別記為EMX、mE和σΕ;
[0014](3)調節室內LED燈具的亮度:
[0015](3-1)如果Emax=E背，或者Emax=E上且E上<βΕ背，判斷此時為陰暗的陰天，其中β為閾值常數，1< β〈2 ;設定可調LED燈具工作為最大允許亮度等級N ；
[0016](3-2)如果Emax> εΕ背且σ Ε〈 λ (Emax_mE)，判斷此時為明亮的陰天，則設定直射光強為Ez=0，而輻射光強為Er=Emax ;其中ε、λ為閾值常數，ε >2, 0.5〈 λ〈1.0 ;
[0017](3-2-1)計算福射光源在室內的工作檯面的點T(xQ, yQ, zQ)的福射光強Erd:
[0018]令窗戶所在的牆面為面A，垂直於地板並與面A垂直相交的牆面為面B，則以面A與面B的相交線為ζ軸，面A與地板的相交線為y軸，面B與地板的相交線為X軸；設窗戶寬為Y，高為H,窗戶離ζ軸最近的邊沿與ζ軸的距離為Yw,窗戶下沿與工作檯面的高度差為ht，窗戶面元為dydz,則
【權利要求】
1.一種依據自然光照的室內LED照明調光方法，其特徵在於，包括以下步驟: (1)建築物室內自然光源光強採樣:在建築物窗戶的內測，放置一個自然光光強採樣節點；所述自然光光強採樣節點為正方形，以其正對著窗外的面的前面，自然光光強採樣節點的前面、上面、背面、左側面、右側面各安裝有一個光敏傳感器，對自然光光強進行採集； (2)對於任一時刻，自然光光強採樣節點的前面、上面、背面、左側面、右側面獲得的光強測量值分別為Ew、E±、E胃、Ep Eie，求五個光強測量值中的最大值、均值及方差，分別記為 Emax、mE 和 σ E ; (3)調節室內LED燈具的亮度: (3-1)如果Emax=E胃，或者Emax=E±且E±〈 β E胃，判斷此時為陰暗的陰天，其中β為閾值常數，1 ε E胃且σ Ε〈 λ (Emax_mE)，判斷此時為明亮的陰天，則設定直射光強為Ez=O,而輻射光強為E^Emax ;其中ε、λ為閾值常數，ε >2, 0.5〈 λ <1.0 ； (3-2-1)計算福射光源在室內的工作檯面的點TUtl, J0, ζ0)的福射光強Etti: 令窗戶所在的牆面為面Α，垂直於地板並與面A垂直相交的牆面為面B，則以面A與面B的相交線為ζ軸，面A與地板的相交線為y軸，面B與地板的相交線為X軸；設窗戶寬為Y，高為H，窗戶離ζ軸最近的邊沿與ζ軸的距離為Yw，窗戶下沿與工作檯面的高度差為ht，窗戶面元為dydz,則
2.根據權利要求1所述的依據自然光照的室內LED照明調光方法，其特徵在於，步驟(I)所述對自然光光強進行採集，具體為: 每間隔一段固定的時間，對自然光光強進行一次採集。
3.根據權利要求1所述的依據自然光照的室內LED照明調光方法，其特徵在於，步驟(I)所述對自然光光強進行採集，具體為: 對自然光光強進行即時採集。
4.根據權利要求1所述的 依據自然光照的室內LED照明調光方法，其特徵在於，所述光敏傳感器位於其所在面的中心位置。
【文檔編號】F21V23/00GK103759232SQ201410027864
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】賀前華, 鍾源宇, 梁志明, 林志豪 申請人:華南理工大學