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利爾達恒照度智慧教室光環境
發布時間:2020-03-09  關注度:1021   
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  原科技部曹建民副部長在2019視覺健康創新發展國際論壇(Vision China 2019)親臨利爾達展臺現場(如圖1所示),了解恒照度智慧教室照明原理和教室光環境實時監測云平臺,對利爾達以物聯網技術賦能傳統照明予以肯定,強調照度等傳感數據采集監控分析的重要性,鼓勵和要求對教室恒照度光傳感器等標定的長期精準及穩定性進一步技術創新突破。

  圖1 曹部長參觀利爾達展臺

  1

  目前我國近視患者達6億,青少年近視率居世界第一,近視儼然成為“國病”。伴隨著近視人口的增加,還有一個更嚴峻的問題:近視的高發呈現低齡化趨勢。高中生和大學生的近視率均已超過七成并逐年上升,小學生的近視率也接近40%。國家衛生健康委等6部門聯合發文,明確表示近視是一種不可逆的變化,也就是說,近視不可治愈。誘發近視的原因很多,遺傳是其中一個因素。環境因素也是主要原因,如用眼時間太長,看電視距離太近,看的電視畫面濃度太深、色彩太刺眼,寫作業時的姿勢不正確,照明光線過強或過弱,使用手機、電腦無節制,飲食不均衡,在較顛簸的車子里或趴著或走路時看書,睡眠不足,等等。總之,用眼過度、視覺疲勞是導致青少年近視的重要因素,不良的照明環境更易引起視疲勞。

  國家政策對教室光環境提出明確要求,2018年8月31日教育部等八部門制定《綜合防控兒童青少年近視實施方案》。方案要求學校改善視覺環境,學校教室照明衛生標準達標率應達到100%,學校要請權威機構監測證明教室照明達標;教育部每年對校外培訓機構教室采光照明、課桌椅配備、電子產品等達標情況開展全覆蓋專項檢查;國家衛生健康委每年會同相關部門按照采光和照明國家有關標準要求,對學校、托幼機構和校外培訓機構教室進行抽檢、記錄并公布。更多的相關法規、標準已經或即將陸續出臺。

  目前,教室光環境狀況堪憂,教室光照度不均勻,角落燈光偏暗;課桌面和黑板光照度不達標,容易導致學生視疲勞;眩光嚴重,影響學習專注度,如圖2所示。因此,教室光環境改善勢在必行。教室光照度必須更換新型燈具,保證光照環境達到國家標準;所有教室光照環境必須嚴加監管,避免教室燈具光衰老化、損壞等,從而導致光照度不達標;學校需要建立對教室照明監管到位的光環境管理系統。

  學校光環境改善的解決方案,適宜以物聯網技術賦能照明燈具為主,樹立“光環境管理專家”,以“高精度光感傳感器+恒照度燈具”組成智慧照明系統,對教室光環境數據自動監測、調控,使教室光照度隨環境亮度變化而自動調整。

  圖2 傳統教室的照明使課桌和黑板的照明均不達標

  2 利爾達物聯網光環境管理系統

  利爾達物聯網光環境管理系統包括利爾達云服務器、PC主機、網關、數據大屏、微信公眾號、用戶手機、講臺快捷控制器、教室燈、黑板燈、照度傳感器、空氣質量傳感器、投影機、窗簾電機等。強大的物聯網云平臺系統,使智能管理教室照明更科學、更便捷。

  利爾達注重教室照明燈具見光不見燈、無眩光,由此可提升學生學習專注度。燈具0~100的無級調光曲線平滑,且無頻閃。利爾達物聯網光環境管理系統如圖3所示。利爾達的核心競爭力是物聯網智慧照明系統集成和自運行,如圖4所示。

  圖3 利爾達物聯網光環境管理系統

  圖4 物聯網智慧照明系統集成

  3 教室燈具布置規則

  在教室照明設計中,為確保學生集中注意力,桌面和黑板的亮度應為最高。因此,教室照明通常由對課桌的一般照明和對黑板的局部照明組成,如圖5所示。

  黑板照明與師生的相對位置關系是,燈具一般安裝在位于書寫板法線成55°仰角的位置,如圖6所示。 人眼正常注意視線范圍是平視上方30°到下方60°,在這個區域里出現刺眼的光為眩光。燈具防眩光是在此區域加裝遮光裝置。

  圖5黑板照明與師生的相對位置關系

  圖6 教室照明眩光保護

  4 學校照明質量問題

  4.1 眩光

  眩光(Dazzle)是指視野中由于不適亮度分布,或在空間或時間上存在極端的亮度對比,以致引起視覺不舒適和降低物體可見度的視覺條件。視野內產生人眼無法適應之光亮感覺,可能引起厭惡、不舒服。在視野中某—局部地方出現過高的亮度或前后發生過大的亮度變化。眩光是引起視覺疲勞的重要原因之一。

  圖7 教室內的不良眩光(左)與見光不見燈照明(右)

  4.2 頻閃

  頻閃是指電光源光通量以一定頻率的波動。目前,大多數教室采用熒光燈管,由于其交流電輸入的特性造成其工頻頻閃,這種頻閃是造成眼部疲勞的直接原因。光源頻閃與偏頭痛、視覺疲勞與不適等神經學疾病有密切關系。

  在運動物體的速度和光源頻閃頻率成倍數關系時,運動物體的運動狀態就會產生靜止、倒轉、運動速度緩慢等三種狀態周期性重復的錯誤視覺,容易引發工傷事故。圖8為有頻閃的燈具。

  圖8 有頻閃的燈具

  4.3 顯色指數

  顯色指數是對光源對物體的顯色能力的評價,能正確表現物質本來的顏色需使用顯色指數(Ra)高的光源,其最高為100。數值接近100,顯色性越好。

  圖9不同的顯色指數對物體的影響

  高品質教室燈具應該是高品質的布光均勻的燈具,確保教室的照明環境達到國家照明衛生標準。提供美術、書法等專業化教室高顯色指數的照明環境。見光不見燈,無眩光,無藍光,無頻閃,顯色指數高,保證恒照度。

  5 智慧教室情景模式配置

  上課模式時,黑板燈開啟500 lx,教室燈開啟300 lx,白天窗簾開啟。恒照度傳感進入工作狀態,投影機進入待機狀態。

  投影模式時,黑板燈關閉,教室燈亮度降低至150 lx,窗簾關閉。恒照度傳感器進入工作狀態,投影機進入工作狀態。

  自習模式時,黑板燈關閉,教室燈亮度300 lx,窗簾開啟/關閉。恒照度傳感器進入工作狀態,投影機進入待機狀態。

  休息模式時,黑板燈關閉,色溫2 700 K。教室燈亮度降低至40 lx,窗簾關閉或開啟,恒照度傳感器進入工作狀態,投影機進入待機狀態。

  6 數據可視化大屏

  數據可視化大屏光環境系統監測數據大屏,直觀表現光照度達標、空氣質量、二氧化碳濃度、能耗、學生近視率等參數,體現了學校信息化、智能化。不僅作為家長了解學校的窗口,還可以給政府部門提供實時監測數據并記錄保存,提供監督管理便利。

  7 物聯網后臺管理系統

  物聯網后臺管理系統可以實現一鍵控制所有教室設備的狀態。非接觸強電,避免傳統的去電房拉閘,避免了大電流對燈具電器的沖擊,使用壽命更長。實時監測教室各種設備的運行狀態、自動故障上報、耗材提醒。方便節能管理,可自動定時開關。

  8 智慧教室的標準配置

  智慧教室的標準配置如圖10所示。教室燈、黑板燈作為教室照明的主體均在利爾達物聯網光環境管理系統中。

  圖10 智慧教室的標準配置

  9 小結

  利爾達物聯網技術賦能以照明器具為主,樹立“光環境管理專家”,以“恒照度光感傳感器+恒照度燈具”組成智慧系統,對教室光環境數據自動監測、自動調控,提高教室光照度隨環境亮度變化而自動調整,從而實現了恒照度智慧教室光環境,開啟教室科學照明、健康照明、恒照度照明的新紀元。

  參考文獻

  [1] 安波, 顏重光. 智慧教室照明設計技術[J].

  [2] 安波. 利爾達智能教室解決方案[J].[3] 顏重光, 安波. 藍光LED光引擎設計思考[J]. 今日電子, 2011(12): 45-47.

  [4] 顏重光. 智能LED照明系統與傳感技術發展趨勢[C]//照明用電源與智能控制技術研討會. 2013.[5] 顏重光. LED智能照明技術新發展[J].

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