Создание светильника на освнове световыводящих панелей для комфортного освещения

Светодиодный светильник на основе световыводящих панелей для комфортного освещения

актуальность

38%

учеников старших классов страдают близорукостью

Одной из причин этому является некачественное освещение школьных аудиторий, в которых ученики проводят колоссальное количество времени: 34 академических часа в неделю при пятидневке и 39 при шестидневке.

Чтобы освещение было по-настоящему комфортным и эффективным, необходимо учитывать множество различных факторов. Это можно осуществить, внедрив интеллектуальную систему освещения.

AWADA SMART SCHOOL - единая концепция использования программно-аппаратных средств для автоматизации образовательных учереждений и управления их инженерными системами. Управление осуществляется через интуитивно понятный интерфейс с 3D-визуализацией объектов.

аналоги

проблема

Несмотря на то, что интеллектуальная система позволяет регулировать параметры освещения автоматически или вручную, получаемое освещение может доставлять дискомфорт. Дело в самом источнике света - светодиодных лампах. Такие лампы, особенно белого цвета, имеют интенсивную яркость, и при долгом воздействии вызывают напряжение глаз, приводящее к сухости. Такое явление называют слепящим эффектом.

Решить проблему слепящего эффекта можно с помощью технологии торцевой подсветки.

LGP

Light Guide Plate

Равномерная засветка

Предотвращение слепящего эффекта

Низкая эффективность

Высокая стоимость производства

Принцип работы технологии заключается в том, что лучи света попадают внутрь плиты из светопроводящего материала через ее торец, дифрагируют на неровностях на внутренней поверхности - микролинзах - и выходят за пределы плиты.

Pingping Wang, Hong Chang, Jin Wang Study on the optical performance of light guide plate with pyramid-shaped microstructures // Optic. – 2021. - № 247.
Yanyu Duan, Yun Ye Effect of inkjet-printed quantum dots microstructure morphology on the performance of light guide plate // Optical Materials. – 2023. - № 138
Jin Wang, Yoshio Hayasaki Variable scattering dots: Laser processing light guide plate microstructures with arbitrary features and arrangements // Optics & Laser Technology. – 2021. - № 136.

Современные исследования показали, что эффективность технологии LGP можно повысить засчет подбора правильной
формы и размеров гравировки микролинз.

цель проекта:

исследование влияния формы и размеров гравировки микролинз на фотометрические и колориметрические характеристики световыводящих панелей.

задачи проекта:

Провести анализ отечественной и зарубежной литературы по теме исследования.
Изучить методики измерения фотометрических и колориметрических характеристик источников излучения.
Изготовить световыводящие панели с различными формами и размерами гравировки микролинз.
Измерить и проанализировать фотометрические и колориметрические характеристики изготовленных панелей.

Подготовка образцов световыводящих плит

Были разработаны 15 макетов панелей с различными рисунками: точки глубиной 0.5, 0.7 и 1.0 мм, линии разной частоты и ориентации, сетки.

Рисунки были отгравированы лазером мощностью 6о Вт на акриловом стекле толщиной 4 мм. Размер готовой панели - 56*98 мм.

оборудование для экспериментов

Светодиодная лента Arlight RT 2-5000 2700 К

Спектрометр UPRtek MK350N Premium

Стабилизированный источник питания GW Instek GPD-73303S

Люксметр «ТКА-ЛЮКС» с поверкой

Фотометрическая скамья

результаты экспериментов

По индексу цветопередачи, цветовой температуре и создаваемой облученности образцы практически идентичны - разница составляет не более 3%

Спектральные характеристики образцов панелей с разной формой гравировки качественно повторяют друг друга. Это значит, что хроматические абберации не будут оказывать влияние на равномерность освещения.

F - фронтальное расположение
B - тыльное расположение

результаты экспериментов

Характеристики каждого образца измерялись для двух положений: фронтального и тыльного.

В среднем, освещенность даваемая образцами при фронтальном расположении на 27% больше, чем при тыльном. Таким образом определена ориентация панели в будущем приборе.

Наибольшую освещенность дают образцы с гравировкой диагональной сетки и горизонтальных линий: 37,2 и 31,1 лк соответсвенно

Фронтальное положение - панель повернута к фотоэлементу прибора гладкой стороной
Тыльное положение - панель повернута награвированной стороной

сравнение эффективности с применением отражателя

Образцы, показавшие наилучший результат в первом эксперименте, были перенесены на больший размер матрицы, при этом был уменьшен шаг гравировки. Для сравнения была взята также плита с традиционной формой гравировки - точки.

Далее была измерена освещенность, даваемая образцами, так же для двух положений, с применением отражателя и без.

Для сравнения эффективности также была замерена освещенность, даваемая традиционными рассеивателями, широко применяющимися в промышленности.

***

Таким образом определены наиболее эффективные формы гравировки микролинз: точки и линии. их эффективность не менее, чем в 1,5 раза превышает остальные изученные формы.

технические характеристики светильника

Мощность

Световой поток

Напряжение питания

Степень защиты IP

Угол светового пучка

CCT

Ra

Габариты

15 Вт

1750 Лм

24 В

20

165

2700 К

90

0,35*0,35*0,05 м

экономика проекта

Основным потенциальным заказчиком на текущий момент является АО "НИИПП" г. Томск

стейкхолдеры

Школы заинтересованы в реализации проекта, т.к. создание комфортных условий для учеников является важнейшей задачей.

Компаниям, занимающимся производством световых приборов необходимо внедрение инновационных технологий, чтобы обеспечивать конкуренцию.

школы

производители светильников

Ряд национальных проектов РФ связаны со здоровьем и долголетием, а значит реализация инициатив направленных на улучшение условий в школах является важной и приоритетней задачей.

органы власти

команда проекта

Тризна Екатерина

10 класс
МБОУ лицей при ТПУ г. Томска

Туранов Сергей Борисович

Научный руководитель проекта:

кандидат техн. наук, доцент ОМ ИШНПТ ТПУ

trizna.kate@gmail.com

@orchanskyy

Томск 2024