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CN111757569A - 一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法 - Google Patents

一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法 Download PDF

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Abstract

一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，用于侧向采光的人员长期工作场所，包括以下步骤：可调光调色的照明系统：采用可调光调色的白光LED照明产品；与日光协调的分区方法：按与侧窗的距离远近进行区域划分；与日光进行协调的控制方法：工作场所的工作时间可能会持续到夜间，为了避免高色温对人的生理节律产生不利影响，夜间的人工照明色温不宜超过4000K；近窗区域A优先采用天然光，由于天然光色温较高；中间区域B需要兼顾天然采光与人工照明，天然采光+人工照明照度设定值为500lx；内区C以人工照明为主。对不同照明分区实现随日光模式相匹配的控制，使其在保证使用者需求的前提下和舒适健康的前提下，实现节能的目的。

Description

一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法
技术领域
本发明涉及照明控制方法，特别涉及一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法。
背景技术
人员长期停留或工作场所的光环境通常是天然光和人工照明共同作用的结果，白天日光充足的时段，以采光为主，对于节能和光环境都有积极作用，采光不足的时段，由人工照明补充，这是将日光和人工照明结合的基本策略。但是，日光是不稳定的，且随着时间和空间的变化较大，不同地区的日光资源差异也较大，这种差异和变化不仅体现在照度或亮度上，也呈现在光谱上，不同气象条件，不同季节，不同时间的天空光谱有较大的差异。即使在同一地区、同一建筑中，不同朝向所接收到的日光光谱也有很大差异。
随着技术的发展，LED应用于建筑照明中已相当普遍。易于控制是LED照明产品的一大特点，相对于传统照明产品，LED可以更容易实现线性调光控制，更精准的控制光输出，不仅有利于节能，也为光环境的调节提供了更好的可能。另一方面，白光LED照明产品通过使用不同的芯片和荧光粉配比方案，可以实现不同的光谱和色温输出，涵盖从低色温2700K到高色温6500K，甚至更大范围的色温调节。这是传统照明产品所不具备的优势。
随着技术发展，调光调色的白光LED照明产品已经在不少项目中得到了应用。欧洲基于该技术特点，提出了人本照明(HCL)的理念，可调光调色的LED照明产品能更好适应不同光环境的需求，飞利浦等照明企业还提出了动态照明的设计理念，在办公室等场所实现了照明的照度和色温随时间变化而变化。随着非视觉效应的发现，以及光与人的生理节律关系的揭示，旨在更符合人的生理节律的照明设计理念被提出，并在一些项目中得到了应用。但是，现有的节律照明侧重于通过人工照明去模仿日光的照度和光谱的变化，是一种固化的调节模式，没有很好的与日光联动和结合，也没有考虑人员的视觉作业需求和不同建筑室内采光状况的差异进行相应的调节，没有将人工照明和采光进行有机结合。同时，现有的技术没有很好兼顾非视觉效应和视觉作业的不同需求，未能充分发挥采光和人工照明各自的特点和优势。
针对当前节律照明未考虑天空不同区域的日光光谱差异性以及与采光联动控制等问题，本发明提出了一种模拟实际日光光谱模式的智能照明控制方法，该方法基于实测日光光度和光谱数据，反映了我国光气候特点，并与室内采光状况进行协调，可满足人员对动态光环境的生理和心理需求，提供了一种基于非视觉和视觉工效的健康照明解决方案，适用于办公室等人员长期停留且进行视觉作业的场所。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，对不同照明分区实现随日光模式相匹配的控制，使其在保证使用者需求的前提下，实现节能的目的。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，用于侧向采光的人员长期工作场所，如办公室和教室，包括以下步骤：
(1)可调光调色的照明系统：采用可调光调色的白光LED照明产品，可在2700K～6000K范围内调节，100％输出时(4000K或5000K)照度不低于750lx，最低光输出可达到10％及以下；
(2)与日光协调的分区方法：按与侧窗的距离远近进行区域划分，进深不大于1.5倍窗高的区域为近窗区域A，进深为1.5倍至2.5倍窗高的区域为中间区域B，进深大于2.5倍窗高的区域为内区C，每个区域都有单独的光感探头，可探测该区域的桌面照度值；
(3)与日光进行协调的控制方法：
工作场所的工作时间可能会持续到夜间，为了避免高色温对人的生理节律产生不利影响，夜间的人工照明色温不宜超过4000K，日落前半小时为开灯时刻T1，如需启人工照明，则统一为4000K色温，同时光输出满足该场所照明标准值要求，如办公室为300lx或500lx，开灯时刻T1可用下式计算：T1：T1＝T0-0.5+(120-L)/15，L为当地纬度，T0为日落时刻，中间纬度可通过插值确定；
(4)近窗区域A优先采用天然光，由于天然光色温较高，故该处区域在日间不控制色温，可设定为固定值，如4000K或5000K，根据节能的原则进行日光与照明的联动控制，基于当前时刻桌面照度水平和照明开启状态，决定下一时刻的照明开启状态；阴天时，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；晴天时，当桌面照度超过1000lx(天然光+人工照明)时，关闭人工照明，在无人工照明的时候，如天然光照度超过2000lx，则启动遮阳卷帘，避免眩光；
(5)中间区域B需要兼顾天然采光与人工照明，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；人工照明的色温在日间工作时段设置4000K～5500K，阴天可设置为4000K，晴天时设置为5000K～5500K；
(6)内区C以人工照明为主，模拟天然光在一天中的色温变化；工作时段的人工照明水平设定值为300lx～500lx，根据桌面照度水平进行自动调节，中午休息时段，人工照明水平调整到工作时段的30％，工作时段有3种类型，适应、高效工作和调整阶段，适应阶段和调整阶段的照度水平控制在高效工作阶段的80％，具体时段可根据工作情况进行调整，每阶段高效工作时长宜控制在1.5h以内。
进一步，上午工作时段分为四个阶段，适应阶段-高效工作-调整-高效工作，适应阶段和调整阶段时长为0.5h左右，适应阶段色温为3500K～4000K，调整阶段色温为4000K～4500K；两个高效工作阶段时长可进行调节，为1h-1.5h，色温为5000K～5500K，如9：00上班，9:00-9:30的照明色温为3500K～4000K，9:30-10:30的照明色温为5000K-5500K，10:30-11:00的照明色温为4000K～4500K，11:00-12:00的照明色温为5000K-5500K。
进一步，下午工作时段分为三个阶段，高效工作-调整-适应阶段，高效工作阶段时长为1h-1.5h，色温5000K～5500K；调整阶段时长为1h-1.5h左右，色温为4000K～4500K；适应阶段为0.5h-1h，色温为3500K～4000K，如下午13:30上班，13:30-15:00的照明色温为5000K～5500K，15:00-16:30的照明色温为4000K～4500K，16:30-17:00的照明色温为3500K～4000K。
进一步，手动控制优先级别高于自动控制，当切换到手动控制时，自动控制不响应，如有临时会议或特殊需求时，使用者可手动关闭窗帘，调低照度和色温时，上述自动控制策略不响应，如对高色温喜好，可手动调节高色温，如5500K，但不应超过6000K，冬季与夏季的照明色温可进行区别，冬季可比夏季低500K，即夏季高效工作时段色温如为5500K，则冬季相应时段为5000K。
本发明的有益效果为：
基于建筑采光的特点，将工作场所的不同区域根据采光水平的高低进行分区控制，每个区域有不同的控制策略，这与现有的节律照明控制方案进行统一控制有很大差别。近窗区域优先利用天然光，人工照明为辅，重点在于遮阳和控制眩光，且照明控制策略重在节能，该区域的照明灯具采用不变色温灯具，可节约成本；中间区域考虑了不同季节的色温差异，与实际日光光谱变化规律一致；内区基于日光光谱变化模式，综合考虑了工作模式和人员习惯特点，更符合人体生理节律，同时也提高了视觉功效。夜间过高的色温会抑制褪黑激素分泌，影响睡眠，对于工作场所的夜间时段，采取统一的低色温控制策略，同时，考虑了我国不同地区经纬度的所带来的日落时间的差异，可以实现夜间工作时段低色温的自动控制，有利于人员健康。该发明需配备基本的可调光调色LED照明灯具和光度传感器，并可实现分区控制。利用本发明所述的控制策略，对不同照明分区实现随日光模式相匹配的控制，使其在保证使用者需求和舒适健康的前提下，实现节能的目的。
附图说明
图1为本发明的分区示意图；
图2为本发明不同纬度不同季节的日落时刻；
图3为本发明在典型工作日的照明输出与色温变化示例图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至图3所示，一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，用于侧向采光的人员长期工作场所，如办公室和教室，包括以下步骤：
(1)可调光调色的照明系统：采用可调光调色的白光LED照明产品，可在2700K～6000K范围内调节，100％输出时(4000K或5000K)照度不低于750lx，最低光输出可达到10％及以下；
(2)与日光协调的分区方法：按与侧窗的距离远近进行区域划分，进深不大于1.5倍窗高的区域为近窗区域A，进深为1.5倍至2.5倍窗高的区域为中间区域B，进深大于2.5倍窗高的区域为内区C，每个区域都有单独的光感探头，可探测该区域的桌面照度值；
(3)与日光进行协调的控制方法：
工作场所的工作时间可能会持续到夜间，为了避免高色温对人的生理节律产生不利影响，夜间的人工照明色温不宜超过4000K，日落前半小时为开灯时刻T1，如需启人工照明，则统一为4000K色温，同时光输出满足该场所照明标准值要求，如办公室为300lx或500lx，开灯时刻T1可用下式计算：T1：T1＝T0-0.5+(120-L)/15，L为当地纬度，T0为日落时刻，中间纬度可通过插值确定；
(4)近窗区域A优先采用天然光，由于天然光色温较高，故该处区域在日间不控制色温，可设定为固定值，如4000K或5000K，根据节能的原则进行日光与照明的联动控制，基于当前时刻桌面照度水平和照明开启状态，决定下一时刻的照明开启状态；阴天时，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；晴天时，当桌面照度超过1000lx(天然光+人工照明)时，关闭人工照明，在无人工照明的时候，如天然光照度超过2000lx，则启动遮阳卷帘，避免眩光；
(5)中间区域B需要兼顾天然采光与人工照明，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；人工照明的色温在日间工作时段设置4000K～5500K，阴天可设置为4000K，晴天时设置为5000K～5500K；
(6)内区C以人工照明为主，模拟天然光在一天中的色温变化；工作时段的人工照明水平设定值为300lx～500lx，根据桌面照度水平进行自动调节，中午休息时段，人工照明水平调整到工作时段的30％，工作时段有3种类型，适应、高效工作和调整阶段，适应阶段和调整阶段的照度水平控制在高效工作阶段的80％，具体时段可根据工作情况进行调整，每阶段高效工作时长宜控制在1.5h以内。
上午工作时段分为四个阶段，适应阶段-高效工作-调整-高效工作，适应阶段和调整阶段时长为0.5h左右，适应阶段色温为3500K～4000K，调整阶段色温为4000K～4500K；两个高效工作阶段时长可进行调节，为1h-1.5h，色温为5000K～5500K，如9：00上班，9:00-9:30的照明色温为3500K～4000K，9:30-10:30的照明色温为5000K-5500K，10:30-11:00的照明色温为4000K～4500K，11:00-12:00的照明色温为5000K-5500K。下午工作时段分为三个阶段，高效工作-调整-适应阶段，高效工作阶段时长为1h-1.5h，色温5000K～5500K；调整阶段时长为1h-1.5h左右，色温为4000K～4500K；适应阶段为0.5h-1h，色温为3500K～4000K，如下午13:30上班，13:30-15:00的照明色温为5000K～5500K，15:00-16:30的照明色温为4000K～4500K，16:30-17:00的照明色温为3500K～4000K。手动控制优先级别高于自动控制，当切换到手动控制时，自动控制不响应，如有临时会议或特殊需求时，使用者可手动关闭窗帘，调低照度和色温时，上述自动控制策略不响应，如对高色温喜好，可手动调节高色温，如5500K，但不应超过6000K，冬季与夏季的照明色温可进行区别，冬季可比夏季低500K，即夏季高效工作时段色温如为5500K，则冬季相应时段为5000K。A、B、C区域不是都同时有的，一个房间可能只有A，可能只有A和B，也可能ABC区域都有，取决于房间进深。
以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，其特征在于，用于侧向采光的人员长期工作场所，如办公室和教室，包括以下步骤：
(1)可调光调色的照明系统：采用可调光调色的白光LED照明产品，可在2700K～6000K范围内调节，100％输出时(4000K或5000K)照度不低于750lx，最低光输出可达到10％及以下；
(2)与日光协调的分区方法：按与侧窗的距离远近进行区域划分，进深不大于1.5倍窗高的区域为近窗区域A，进深为1.5倍至2.5倍窗高的区域为中间区域B，进深大于2.5倍窗高的区域为内区C，每个区域都有单独的光感探头，可探测该区域的桌面照度值；
(3)与日光进行协调的控制方法：
工作场所的工作时间可能会持续到夜间，为了避免高色温对人的生理节律产生不利影响，夜间的人工照明色温不宜超过4000K，日落前半小时为开灯时刻T1，如需启人工照明，则统一为4000K色温，同时光输出满足该场所照明标准值要求，如办公室为300lx或500lx，开灯时刻T1可用下式计算：T1：T1＝T0-0.5+(120-L)/15，L为当地纬度，T0为日落时刻，中间纬度可通过插值确定；
(4)近窗区域A优先采用天然光，由于天然光色温较高，故该处区域在日间不控制色温，可设定为固定值，如4000K或5000K，根据节能的原则进行日光与照明的联动控制，基于当前时刻桌面照度水平和照明开启状态，决定下一时刻的照明开启状态；阴天时，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；晴天时，当桌面照度超过1000lx(天然光+人工照明)时，关闭人工照明，在无人工照明的时候，如天然光照度超过2000lx，则启动遮阳卷帘，避免眩光；
(5)中间区域B需要兼顾天然采光与人工照明，天然采光+人工照明照度设定值为500lx，且保持恒定，当采光照度降低时，人工照明补充；人工照明的色温在日间工作时段设置4000K～5500K，阴天可设置为4000K，晴天时设置为5000K～5500K；
(6)内区C以人工照明为主，模拟天然光在一天中的色温变化；工作时段的人工照明水平设定值为300lx～500lx，根据桌面照度水平进行自动调节，中午休息时段，人工照明水平调整到工作时段的30％，工作时段有3种类型，适应、高效工作和调整阶段，适应阶段和调整阶段的照度水平控制在高效工作阶段的80％，具体时段可根据工作情况进行调整，每阶段高效工作时长宜控制在1.5h以内。
2.根据权利要求1所述的一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，其特征在于：上午工作时段分为四个阶段，适应阶段-高效工作-调整-高效工作，适应阶段和调整阶段时长为0.5h左右，适应阶段色温为3500K～4000K，调整阶段色温为4000K～4500K；两个高效工作阶段时长可进行调节，为1h-1.5h，色温为5000K～5500K，如9：00上班，9:00-9:30的照明色温为3500K～4000K，9:30-10:30的照明色温为5000K-5500K，10:30-11:00的照明色温为4000K～4500K，11:00-12:00的照明色温为5000K-5500K。
3.根据权利要求1所述的一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，其特征在于：下午工作时段分为三个阶段，高效工作-调整-适应阶段，高效工作阶段时长为1h-1.5h，色温5000K～5500K；调整阶段时长为1h-1.5h左右，色温为4000K～4500K；适应阶段为0.5h-1h，色温为3500K～4000K，如下午13:30上班，13:30-15:00的照明色温为5000K～5500K，15:00-16:30的照明色温为4000K～4500K，16:30-17:00的照明色温为3500K～4000K。
4.根据权利要求1所述的一种模拟日光光谱模式的智能照明控制方法，其特征在于：手动控制优先级别高于自动控制，当切换到手动控制时，自动控制不响应，如有临时会议或特殊需求时，使用者可手动关闭窗帘，调低照度和色温时，上述自动控制策略不响应，如对高色温喜好，可手动调节高色温，如5500K，但不应超过6000K，冬季与夏季的照明色温可进行区别，冬季可比夏季低500K，即夏季高效工作时段色温如为5500K，则冬季相应时段为5000K。
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