تركيبات إضاءة LED بتصميم إضاءة الفصل الدراسي للمدارس والمرافق التعليمية

دور الإضاءة في اكتساب المعرفة وعملية التعلم أساسي. يتيح الاستكشاف المرئي للخصائص الفيزيائية لموضوعات الدراسة بالإضافة إلى اكتشاف المفاهيم من العروض المكتوبة والرسومية على الورق والكمبيوتر والإسقاط. تهيئ الإضاءة أيضًا المشهد للاستماع والتواصل اللفظي وتنمية المهارات الاجتماعية وفهم المواقف. كعنصر حاسم في التصميم يؤثر بشكل كبير على مدى تلبية المساحة لاحتياجات الطلاب والمعلمين ، يجب أن تدعم إضاءة الفصل الدراسي الصحة والرفاهية والأداء من خلال توفير بيئة مريحة وجذابة للطلاب والمعلمين. بالإضافة إلى تعزيز رضا الساكنين ودعم التجربة التعليمية داخل المساحة المضيئة ، يجب تقديم الإضاءة في المدارس والمرافق التعليمية ضمن قيود تشديد التعليمات البرمجية.

بيئة التعلم

تتراوح المرافق التعليمية من المدارس الابتدائية (الابتدائية) والمدارس المتوسطة والثانوية والجامعات والكليات. في حين أن هذه المرافق لها أنواع مختلفة من المساحات ، فإن ما تشترك فيه جميعًا هو أن غالبية أنشطة التعلم والدراسة تتم في الفصول الدراسية. تبلغ مساحة الفصل الدراسي للأغراض العامة 32 مترًا مربعًا على الأقل (350 قدمًا مربعًا) ويتسع لما بين 20 و 75 طالبًا. يحتوي الفصل الدراسي النموذجي على مخطط أرضي مستطيل يسمح بخطوط رؤية أفضل من المخطط المربع. تم تصميم مساحة التدريس بخطوط رؤية موازية للنوافذ التي توفر دخول ضوء النهار (كوة) إلى الفضاء وتعطي تحفيزًا حسيًا واتصالًا بصريًا مع العالم الخارجي. يتم استخدام وسائط التحكم مثل الستائر أو الستائر لتقليل الإنارة الخارجية بحيث تكون متوازنة مع الإنارة الداخلية ، أو للتخلص من ضوء النهار عند عدم الحاجة إليه. توفر الإضاءة الجانبية التي تستخدم ضوء النهار من خلال النوافذ إضاءة عامة لمعظم اليوم الدراسي. ومع ذلك ، تلعب الإضاءة الاصطناعية دورًا رئيسيًا عند الحاجة إلى بيئة بصرية متوازنة ومتسقة ويمكن التحكم فيها.

ينقسم تخطيط الفصل الدراسي بشكل عام إلى منطقة طلابية ومنطقة للمعلمين. تتطلب منطقة الطلاب دائمًا إضاءة عامة ، بينما تتطلب منطقة المعلم إضاءة تكميلية لتقديم إضاءة عمودية على لوحات التدريس وتقديم نماذج جيدة للميزات البشرية للمدرب. الأداة التعليمية الأكثر شيوعًا في الفصول الدراسية هي لوحات التدريس ، والتي تشمل السبورات ذات اللون الرمادي الداكن والأخضر (السبورات) وألواح المسح الجاف مثل السبورات البيضاء واللوحات الرمادية. غالبًا ما تستخدم شاشات الفيديو لعرض الوسائط المعروضة لتعليم الكمبيوتر. يتطلب ذلك تقليل الإضاءة على شاشة العرض إلى الحد الأدنى بينما يجب توفير إضاءة محيطة كافية فوق منطقة الطالب لتدوين الملاحظات. قد يكون الفصل الدراسي عبارة عن بيئة محوسبة حيث سيكون تقليل انعكاسات الشاشة لمحطات عرض الفيديو (VDT) هو الشاغل الرئيسي. يمكن تقليل إمكانية قراءة الشاشة من خلال الصور المنعكسة التي تنتجها المصابيح والنوافذ والأسطح عالية الإضاءة المحيطة.

اعتبارات تصميم الإضاءة

يمكن اعتبار إضاءة الفصل الدراسي ذات جودة عالية إذا كانت تمكن الطلاب والمدرسين من أداء المهام المرئية بدقة وراحة. أساس تصميم الإضاءة هو دمج الاحتياجات البشرية والهندسة المعمارية والاقتصاد والبيئة. تتمثل أولوية إضاءة الفصل الدراسي في تلبية احتياجات الإنسان مثل الرؤية وأداء المهام والراحة البصرية والتواصل الاجتماعي والصحة والسلامة والرفاهية. يجب أن تكون هذه الاحتياجات البشرية المتنوعة متوازنة بشكل صحيح لتهيئة بيئة تعليمية محفزة ، مع مراعاة الاعتبارات الاقتصادية والبيئية والمعمارية. ينطوي تحقيق جودة الإضاءة على أكثر من مجرد توفير الإضاءة المناسبة لإبراز مهمة معينة. هناك العديد من العوامل التي تؤثر على قدرة الإنسان على رؤية وأداء المهام ، أهمها السبعة الوهج ، وتوحيد الإضاءة ، وتباين السطوع ، والوميض ، ومظهر اللون ، ونمذجة الوجوه والأشياء ، وانعكاسات الحجاب.

توحيد الإضاءة

الإنارة هي مقدار الضوء الساقط على سطح ما. تتطلب المهام والتطبيقات الأكثر شيوعًا في الفصول الدراسية إضاءة سطح المكتب في نطاق 150 lx إلى 250 lx. تعمل الإضاءة الأفقية المنتظمة في منطقة الطلاب على التخلص من الظلال التي تؤثر على رؤية المهمة وتسمح بمرونة استخدام المساحة أثناء تغيير مواقع المهام. في الفصول الدراسية ، لا سيما منطقة المعلم ، تعتبر الإضاءة الرأسية والإضاءة في المستويات الأخرى بين الأفقي والرأسي مهمين للغاية أيضًا. يجب ألا تقل نسبة الحد الأدنى من الإضاءة إلى متوسط ​​الإضاءة على سطح المهمة ، مثل الإضاءة الأفقية على سطح المكتب والإضاءة الرأسية على لوحات التدريس عن 1: 1.4.

تباين النصوع

الإنارة هي كمية الضوء القادمة من سطح أو نقطة. إنها دالة لإضاءة السطح وانعكاس السطح ، مما يعني أنه يمكن زيادة الإنارة عن طريق زيادة كمية الضوء التي تصطدم بسطح مهمة أو زيادة انعكاس السطح. للحفاظ على تباين مقبول لعلامات الطباشير ، يجب الحفاظ على انعكاس السبورة في حدود 5 في المائة إلى 20 في المائة. وبالمقارنة ، تتطلب السبورة البيضاء انعكاسًا بنسبة 70٪ لجعل نفسها محط اهتمام. يجب أن يقع انعكاس أسطح العمل (أجهزة الكمبيوتر المكتبية) في نطاق 25 في المائة إلى 40 في المائة بحيث يمكن تحقيق توازن إضاءة مريح. عادة ما تأتي الجدران والأسقف بتشطيبات غير لامعة ذات ألوان فاتحة. إنها تخلق انعكاسات داخلية للضوء يمكن أن تضمن الاستخدام الفعال للضوء لتحسين الإضاءة الأفقية والرأسية مع تقليل الوهج المنعكس. العين البشرية تستجيب للإنارة وليس للإضاءة. إن الإنارة هي التي تؤدي إلى الإحساس بالسطوع. تتأثر القدرة على رؤية التفاصيل بشدة بالعلاقة بين نصوع الكائن وخلفيته المباشرة. قد يؤدي التباين المناسب بين تفاصيل المهمة وخلفيتها إلى خلق اهتمام بصري وتقديم إشارات بصرية. ومع ذلك ، فإن الاختلافات في السطوع الكبيرة جدًا ستخلق صعوبات في التكيف وعدم الراحة البصرية. الحد الأعلى لنسبة النصوع بين مهمة ومحيط مباشر هو 3: 1 (محيط أغمق) أو 1: 3 (محيط أفتح).

مظهر اللون

اللون عنصر حاسم في الإضاءة. لها علاقة متكاملة بالضوء من حيث التأثيرات البصرية والعاطفية والبيولوجية. يعتمد مدى تأثر الأداء البصري والمزاج والجو والصحة والرفاهية بالضوء على توزيع الطاقة الطيفية (SPD) للضوء المنبعث من مصدر الضوء. يمكن أن يتميز مصدر الضوء بدرجة حرارة لونه وأداء عرض اللون ، وكلاهما يحدد بواسطة SPD. إن المظهر اللوني للأشياء غير ذاتية الإضاءة هو نتاج التفاعل بين SPD لمصدر الضوء ووظيفة الانعكاس الطيفي للأشياء. قد تتطلب فصول دراسية معينة إضاءة تعرض الألوان بدقة. إن التسليم اللوني هو مجرد جانب واحد من جوانب الإضاءة. من الأهمية بمكان النظر إلى توزيع الطاقة الطيفية للضوء وفهم حدسي لكيفية تأثير لون الضوء على السلوك والرضا والاستجابات النفسية والصحة. لون مصادر الضوء - سواء كان مظهره "دافئًا" أو "باردًا" له تأثيرات هائلة على صحة الإنسان وإنتاجيته ورفاهه.

وهج

يحدث الوهج عندما تكون الإنارة أو نسب الإنارة أعلى بشكل مفرط من الإنارة أو نسبة الإنارة التي تتكيف معها العينان. تشمل عواقب الوهج الإعاقة (انخفاض الرؤية والأداء البصري) وعدم الراحة (الإحساس غير السار بالسطوع الذي لا يتعارض بالضرورة مع الأداء البصري أو الرؤية). قد ينجم الوهج عن الضوء الذي يصل إلى العين مباشرة من مصدر الضوء (الوهج المباشر) أو بسبب انعكاسات الإنارة العالية من سطح عاكس (الوهج المنعكس). قد يتم تعيين تصنيف التوهج الموحد (UGR) أو احتمالية الراحة البصرية (VCP) لمصابيح الإضاءة العلوية للتنبؤ بالوهج المزعج في التطبيقات الداخلية. يعتبر UGR بحد أقصى 19 أو الحد الأدنى من VCP البالغ 70 مقبولًا للقراءة والكتابة والمهام القائمة على الكمبيوتر. عند الرغبة في الحصول على مستوى أعلى من الراحة البصرية ، يجب تحديد وحدات الإنارة ذات معدل UGR يبلغ 16 أو VCP يبلغ 80.

رمش

الوميض هو تعديل اتساع للضوء يؤدي إلى تشتيت الانتباه وله عدد من النتائج السلبية. يمكن لكل من مصابيح الفلورسنت ومصابيح LED التي يتم تشغيلها بواسطة مصادر طاقة رديئة الجودة إنتاج ضعف تردد خط الطاقة (أي 120 هرتز أو 100 هرتز). يمكن ملاحظة الوميض بشكل عام عند الترددات الأعلى من 70 هرتز. ومع ذلك ، فإن الوميض غير الملحوظ للعين البشرية يمكن أن ينتج عنه استجابة الجهاز العصبي. كل من الوميض المرئي وغير المحسوس يثير القلق. يختلف التعرض للوميض من شخص لآخر ، فقد يتسبب في إجهاد العين ، والشعور بالضيق ، والغثيان ، وانخفاض الأداء البصري ، ونوبات الهلع ، والصداع ، والصداع النصفي ، ونوبات الصرع ، ودليل على تفاقم حالات التوحد. في المرافق التعليمية حيث يقيم الأطفال أو الشباب لفترة طويلة كل يوم ، يجب ممارسة التحكم الصارم في الوميض. يفضل ألا يتجاوز معدل وميض النسبة المئوية 4 في المائة عند 120 هرتز أو 3 في المائة عند 100 هرتز ، وهو أمر آمن للغاية لجميع السكان. القيمة القصوى المسموح بها هي 10 بالمائة عند 120 هرتز أو 8 بالمائة عند 100 هرتز.

تأملات الحجاب

انعكاسات الحجاب هي بقع عالية الإضاءة (صور ساطعة لمصدر الضوء) تنعكس على الأسطح المرآوية مثل شاشات الكمبيوتر أو مواد القراءة اللامعة. تقلل انعكاسات الحجاب من مصادر الضوء الأولية (الأرامل أو المصابيح) أو مصادر الضوء الثانوية (المنعكسة) تباين المهمة وتحجب التفاصيل. لضمان عدم وجود مصادر ضوء تخلق انعكاسًا مرئيًا أو منتشرًا في عيون الشخص ، قم بترتيب شاشات الكمبيوتر في وضع عمودي على مصدر الضوء ، أو حدد وحدة إنارة مع توزيع الضوء الذي يحتوي على الحد الأدنى من الضوء المنبعث من زوايا المشكلة.

نمذجة الوجوه والأشياء

تعد نمذجة الوجه والأشياء من الاعتبارات الهامة للإضاءة في المرافق التعليمية. يمكن أن يساعد التفاعل بين الضوء والظل على الوجه في التواصل بين المعلم والطالب من خلال تسهيل قراءة الشفاه وتفسير إيماءات الوجه. يمكن أن تضيف الإضاءة شكلاً وعمقًا إلى مشهد مرئي ، وتكشف عن نسيج وتفاصيل الكائنات ، وتخلق نمطًا مرغوبًا فيه وتبرز النقاط البارزة والاهتمامات المرئية. قد تتسبب الإضاءة الاتجاهية القوية في حدوث ظلال عميقة غير مبهجة ، في حين أن الإضاءة المنتشرة للغاية تجعل الوجوه أو الكائنات تبدو مسطحة أو غير مثيرة للاهتمام. لذلك من المستحسن المزيج المناسب من الإضاءة الموجهة والمنتشرة.

الإنارة العامة

الإضاءة العامة هي المصدر الرئيسي للإضاءة في الفصول الدراسية. إنه يوفر المساحة بإضاءة شاملة بينما يعمل أيضًا كمصدر أساسي لإضاءة المهام. يمكن تحقيق الإضاءة العامة في الفصول الدراسية باستخدام أنظمة الإضاءة المثبتة على السقف مع التوزيع المباشر أو غير المباشر أو المركب بشكل مباشر / غير مباشر. توفر الإضاءة المباشرة الضوء غير المنقطع من المصباح إلى مستوى المهام الأفقي. توزع الإضاءة غير المباشرة الضوء باتجاه السقف ، والذي بدوره يعكس الضوء لأسفل. توفر الإضاءة المباشرة / غير المباشرة كلاً من توزيعات الضوء المتجه للأسفل وللأعلى. تعتبر أنظمة الإضاءة المباشرة فعالة في توصيل الضوء ، ولكنها يمكن أن تخلق ظلالًا قاسية وانعكاسات حجاب وتأثيرات بصرية غير مرغوب فيها مثل الأسقف المظلمة والأسقلوب على أسطح الجدران العلوية. مع الإضاءة الموجهة للأسقف ، توزع أنظمة الإضاءة غير المباشرة الضوء بالتساوي على الإنارة المفرطة في مجال الرؤية. ومع ذلك ، فإن الإضاءة غير المباشرة تجعل المساحة تبدو باهتة وخالية من الإبرازات والاهتمامات البصرية. تجمع الإضاءة المباشرة / غير المباشرة بين مزايا الإضاءة المباشرة وغير المباشرة لتوفير توزيعات إضاءة متوازنة لتحسين الراحة البصرية وإضاءة موحدة على أسطح المهام الأفقية وانطباعات معززة عن المساحة واليقظة والوضوح البصري.

على الرغم من الاهتمام بإحداث تأثير الوهج والكهوف ، فإن الإضاءة المباشرة تكاد تكون خيارًا عالميًا في الفصول الدراسية لمجرد أن معظم المساحات التعليمية ذات ارتفاع منخفض في السقف. عادةً ما يتم توفير الإضاءة المباشرة في شكل إضاءة غائرة أو إضاءة متدفقة أو إضاءة تعليق. يمكن تصميم تركيبات الإضاءة المباشرة بأشكال وأحجام مختلفة. في المرافق التعليمية ، تعتبر تركيبات الإضاءة الشائعة الاستخدام عبارة عن أعمدة مستطيلة مصممة للتركيب في سقوف شبكية وتركيبات إضاءة خطية مصممة للتركيبات المتدفقة والتركيب السطحي والتركيب المتساطح. تتوافر أدوات التثبيت على شكل أذرع حجمية ، ورافعات مكافئة ، وأذرع منتشرة / ذات عدسات ، وألواح LED مضاءة بالحافة. تأتي تركيبات الإضاءة الخطية في أقسام الطول القياسي ، مثل أقسام 4 أو 8 أو 12 قدمًا ، أو في تكوين تشغيل مستمر.

تكنولوجيا الإضاءة

على مدى العقود العديدة الماضية ، كانت إضاءة الفصول الدراسية والأماكن التعليمية الأخرى مقاطعة حصرية تقريبًا لتكنولوجيا الإضاءة الفلورية. يستخدم المصباح الفلوري الكهرباء لإثارة أبخرة الزئبق داخل أنبوب زجاجي. يفرغ بخار الزئبق لينبعث منه ضوء فوق بنفسجي (UV) يؤدي بعد ذلك إلى تألق طلاء الفوسفور ، مما ينتج عنه ضوء في الطيف المرئي. اكتسبت المصابيح الفلورية استخدامًا واسعًا بسبب فعاليتها في الإضاءة العالية وتوزيعها الضوئي المنتشر وعمرها التشغيلي الطويل. ومع ذلك ، فإن استخدام مصابيح الفلورسنت مثير للجدل. تتميز المصابيح الفلورية بالعديد من العيوب مثل انبعاث الأشعة فوق البنفسجية ، ووقت بدء التشغيل الطويل ، والتداخل اللاسلكي ، والهشاشة العالية ، والتشوهات التوافقية ، ونطاق محدود من درجات حرارة التشغيل ، وانخفاض العمر الافتراضي بسبب التبديل المتكرر. ومع ذلك ، فإن التأثير الأكثر سلبية لإضاءة الفلوريسنت هو أنها قللت بشكل كبير من جودة الإضاءة الداخلية وشكلت مخاطر صحية. تسبب قدر مفرط من التركيز على فعالية الإنارة في ضعف أداء معظم تركيبات الإضاءة الفلورية في إعادة إنتاج الألوان وتقديم درجة حرارة لون عالية للغاية (6000 كلفن - 6500 كلفن) والتي يمكن أن يكون لها تأثير مدمر على إيقاع الساعة البيولوجية البشرية و أثار القلق من خطر الضوء الأزرق. نظرًا لأن المصباح الفلوري يتطلب صابورة لتنظيم التيار الذي يتم توصيله عبر أقطاب المصباح ، فإن مشكلة الوميض تنشأ. عندما يتعلق الأمر بجودة الإضاءة ، تعتبر الإضاءة الفلورية بداية سيئة بشكل خاص في تاريخ الإضاءة الاصطناعية للمساحات الداخلية.

إن إضاءة الحالة الصلبة القائمة على تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) تكتسب شعبية بسرعة. أصبحت مصابيح LED مصدر الضوء السائد لكل تطبيق إضاءة يمكن تخيله. LED هو جهاز أشباه الموصلات يحول الطاقة الكهربائية مباشرة إلى فوتونات. يحتوي جهاز أشباه الموصلات على تقاطع pn يتكون من طبقات مخدرة معاكسة من مادة شبه موصلة مثل نيتريد الغاليوم الإنديوم (InGaN). عندما يكون التقاطع pn متحيزًا في الاتجاه الأمامي ، يتم حقن الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة وإعادة تجميعها لتوليد الضوء. عالجت تقنية LED العديد من عيوب التقنيات التقليدية وتقدم وعدًا بكفاءة عالية وعمر طويل وتنوع طيفي عالي وإمكانية تحكم استثنائية (تشغيل / إيقاف / تعتيم) ومرونة عالية في التصميم البصري ومقاومة عالية للصدمات والاهتزازات. تنتج مصابيح LED طاقة مشعة فقط في الطيف المرئي (عادةً من 400 إلى 700 نانومتر). إن غياب الأشعة فوق البنفسجية (UV) والأشعة تحت الحمراء (IR) يجعل هذه التكنولوجيا مناسبة بشكل خاص للاستخدام من قبل الأشخاص ذوي الحساسية المحددة أو في المواقف التي قد يشكل فيها الإشعاع الضوئي من مصادر الضوء التقليدية مخاطر على البشر.

مصابيح LED

تعد مدة الخدمة الطويلة وكفاءة الطاقة العالية من المزايا المميزة لمصابيح LED. يؤدي هذا إلى مفهوم خاطئ شائع مفاده أن العمر الطويل والفعالية العالية لأنظمة الإضاءة LED أمران بالطبع. يستخدم الإنارة الفلورية مجموعة من المصابيح ، على سبيل المثال ، T5 الخطي (قطر 5/8 بوصة) ، T8 (قطر 1 بوصة) ، و T12 (قطر 11/2 بوصة) ، موحدة في جميع أنحاء الصناعة وعبر الشركات المصنعة ذات الأعمار المماثلة ومخرجات الإضاءة وصيانة التجويف. تعمل التركيبات بشكل أساسي كإطار تثبيت للمصابيح وتوفر تحكمًا محدودًا في توزيع الضوء. على النقيض من ذلك ، فإن مصباح LED هو بشكل عام نظام هندسي عالي يدمج بشكل شامل مصابيح LED مع الأنظمة الفرعية الحرارية والكهربائية والبصرية لتوفير منتج مقبول. تعتمد فعالية النظام والعمر التشغيلي لمصباح LED بشكل كبير على تصميم النظام وبنائه. يعتمد تصنيف العمر الافتراضي لمصباح LED على المرة الأولى التي تتطلب فيها وحدة الإنارة الصيانة ، والتي من المحتمل أن تكون بسبب إهمال اللومن ، أو تغير اللون ، أو عطل أو حتى أعطال مفاجئة لمحركات LED.

المصابيح هي مصدر الضوء الأكثر كفاءة المتاح اليوم. ومع ذلك ، لا يزال يتم تحويل أكثر من نصف الطاقة الكهربائية التي يتم تغذيتها إلى مصابيح LED إلى حرارة. على عكس المصابيح المتوهجة ومصابيح الهالوجين التي تشع الحرارة من المصابيح على شكل طاقة الأشعة تحت الحمراء ، فإن الحرارة المتولدة من مصابيح LED محصورة داخل عبوات أشباه الموصلات ويجب أن تتبدد من خلال المصباح نفسه. يمكن أن يؤدي تراكم الحرارة الزائدة داخل مصابيح LED إلى تسريع عملية تدهور الرقاقة والفوسفور ومواد التغليف. لقد ثبت أن درجات حرارة الوصلات المرتفعة تسبب العديد من آليات الفشل مثل التنوي ونمو الاضطرابات في المنطقة النشطة من الصمام الثنائي ، وتدهور كفاءة الفوسفور الكمومية ، وتغير لون العلب البلاستيكية المغلفة. ومن ثم ، تعد الإدارة الحرارية الفعالة أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل مصابيح LED في مدة خدمتها المقدرة. التصميم الحراري هو أهم جزء في تصميم الإنارة. يجب أن تتمتع جميع المواد والمكونات الموجودة في المسار الحراري من قالب أشباه الموصلات عبر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى البيئة المحيطة بمقاومة حرارية منخفضة. تعتمد فعالية التصميم الحراري بشكل أساسي على قدرة المشتت الحراري على تبديد الحرارة من خلال التوصيل الحراري والحمل الحراري. عادةً ما توفر تركيبات الإضاءة العلوية مثل المشابك والمعلقات الخطية حجمًا كافيًا لإنشاء مساحة سطح كافية تسهل التبادل الحراري.

في أغلب الأحيان ، تكون نقطة الفشل أو العطل في نظام LED هي محرك LED. نظرًا لأن مصابيح LED حساسة حتى للتغيرات الصغيرة جدًا في التيار والجهد ، فيجب تكوين دوائر تشغيل LED لتنظيم الإخراج عند تيار ثابت تحت جهد الإمداد أو تغيرات الحمل. يعد تشغيل مصابيح LED بتيار محرك مناسب أيضًا جزءًا من الإدارة الحرارية. سيؤدي تجاوز ما تم تصنيف LED له إلى زيادة درجة حرارة الوصلة وتقليل الكفاءة الكمية الداخلية لمصابيح LED. تركز مقاييس الأداء الرئيسية للسائقين على قدرتهم على تنظيم الطاقة لمصباح LED أو سلسلة (أو سلاسل) من مصابيح LED بشكل مناسب وفعال ، مع توفير عامل طاقة عالي وتشويه متناسق إجمالي منخفض (THD) عبر نطاق جهد دخل واسع . يجب على السائق أيضًا توفير ميزات الحماية ضد الحمل الزائد وظروف الدائرة المفتوحة والقصيرة ، بالإضافة إلى كبح الجهد العابر وحماية ذكية من درجات الحرارة الزائدة. ومع ذلك ، فإن بعض مصنعي الإضاءة يخفضون التكاليف بلا هوادة من خلال تقليل تصميم دوائر السائق. هذا لا يتسبب فقط في اختراق موثوقية دائرة السائق ، ولكنه أيضًا يجعل الوميض مشكلة لأن برامج التشغيل منخفضة التكلفة غالبًا ما توفر قمع تموج غير كامل. من غير المقبول عمومًا أن تتجاوز قيمة تموج تيار الخرج ± 10 بالمائة.

يصبح التصميم البصري أولوية عالية في تصميم أنظمة LED. تتطلب الإضاءة المنتظمة على مساحة كبيرة أو مستوى المهام استخدام عدد كبير من مصابيح LED متوسطة الطاقة. الناتج عالي الكثافة لمصادر الضوء المصغرة هذه يجعل تخفيف الوهج أولوية. تأتي مصابيح LED في مجموعة متنوعة من خصائص التوزيع التي يتم تحقيقها باستخدام المكونات البصرية مثل الناشرات والعدسات والعاكسات والفتحات. يمكن تخفيف الوهج المباشر من مصابيح LED عن طريق نشر السطوع على مساحات كبيرة من السطح. يمكن للعدسات التي تتضمن سلسلة من المناشير الصغيرة أن تقلل من إضاءة المصباح عند عرض الزوايا بالقرب من الأفقي. الانعكاس هو أسلوب شائع الاستخدام لتنظيم التدفق الضوئي من مصابيح LED. تُعد وحدات الإنارة الحجمية نوعًا من المصابيح "المنعكسة المباشرة" التي تعكس الضوء من السطح الداخلي لمبيت مجوف ، في حين أن وحدات LED التي تنبعث منها الضوء إلى الأعلى محمية أو محجوبة في سلال معدنية مدعومة بالأكريليك المنتشر. تضخ مصابيح لوحة LED المضاءة بالحافة الضوء في لوحة توجيه الضوء (LGP) والتي توزع الضوء بعد ذلك بالتساوي باتجاه موزع الضوء من خلال الانعكاس الداخلي الكلي (TIR). إن القدرة على تقديم إضاءة موحدة دون خلق إضاءة عالية بشكل مفرط تجعل هذه المصابيح المعلقة بمثابة العمود الفقري في المنشآت التعليمية.

تجسيد اللون

كما هو الحال مع الإضاءة الفلورية ، فإن المفاضلة بين جودة اللون وفعالية الإنارة ظلت في عصر إضاءة LED. عادةً ما تكون مصابيح LED البيضاء عبارة عن مصابيح LED محولة من الفوسفور تستخدم الضوء ذي الطول الموجي القصير المنبعث من قوالب LED لضخ الفوسفور (مواد الإنارة). معظم مصابيح LED المحولة من الفوسفور عبارة عن مصابيح LED زرقاء للمضخة تقوم جزئيًا بتحويل التلألؤ الكهربائي. يتطلب مصباح LED للمضخة الزرقاء ذو ​​اللون العالي تحويل جزء كبير جدًا من الضوء ذو الطول الموجي القصير المنبعث إلى الأسفل. تتضمن عملية تحويل ضوء المضخة إلى ضوء الفوسفور (التلألؤ الضوئي) قدرًا كبيرًا من فقد طاقة Stokes. إن تحويل الفعالية المضيئة للإشعاع (LER) بواسطة حساسية العين غير فعال على التوزيع الطيفي للضوء ذي الطول الموجي الأطول. عند تركيب هذه التأثيرات ، تكون الفعالية المضيئة لمصابيح LED ذات اللون المرتفع والتي تحتوي على SPD منتشرة بشكل أكثر اتساقًا في جميع أنحاء الطيف المرئي منخفضة نسبيًا من مصابيح LED ذات اللون المنخفض التي تزداد تشبعها في الأطوال الموجية الزرقاء والخضراء.

كنتيجة للتوجه نحو الإضاءة عالية الكفاءة وخفض التكاليف ، فإن معظم وحدات إنارة LED المستخدمة في المنشآت التعليمية تتضمن مصابيح LED مع مؤشر تجسيد اللون (CRI) يبلغ 80 ، وهو أمر مقبول (ولكنه بعيد عن أن يكون جيدًا). على وجه الخصوص ، يكون الضوء المنبعث من هذه المصابيح ناقصًا في الأطوال الموجية التي تجعل الألوان مشبعة. للحصول على شعور لطيف بالفصل الدراسي ولكي تظهر الألوان طبيعية ، يجب أن يكون مصدر الضوء قادرًا على إطلاق استجابة بصرية لجميع الأطوال الموجية في الطيف المرئي. تستحق المرافق التعليمية الإضاءة بجودة ألوان عالية ، على سبيل المثال CRI من 90. بينما يمكن تصميم مصابيح LED للمضخة الزرقاء لتوفير أداء فائق للألوان ، تم تطوير مصابيح LED للمضخة البنفسجية خصيصًا لإنتاج ضوء أبيض واسع الطيف يوفر طاقة مشعة على نطاق واسع إلى حد ما الطيف المرئي.

العلم وراء لون الضوء

تهدف درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT) لمصدر الضوء إلى تمييز لون الضوء (على سبيل المثال ، دافئ أو بارد). الضوء الأبيض الذي يظهر نغمة دافئة له CCT في نطاق 2700 كلفن إلى 3200 كلفن. يشار إلى الضوء الأبيض مع CCT في النطاق من 3500 كلفن إلى 4100 كلفن بشكل عام على أنه ذو مظهر "أبيض محايد". يشار إلى الضوء الأبيض مع CCT أعلى من 4100 كلفن على أنه ذو مظهر "أبيض بارد". ليس كل الضوء الأبيض متساويًا ، سواء كان ظهور الضوء الأبيض دافئًا أو باردًا لا يؤثر فقط على إدراكنا ويؤثر عاطفيًا على مزاجنا ، ولكن له أيضًا تأثيرات على مجموعة من الاستجابات العصبية الصماوية والسلوكية العصبية. بشكل عام ، يتوافق اللون الأبيض الأكثر برودة مع نسبة عالية نسبيًا من الضوء الأزرق في الطيف ، ويشير الأبيض الدافئ إلى وجود مكون أزرق منخفض في الطيف.

حدد البحث أن الضوء الأزرق يمكن أن يحفز مستقبلات الخلايا العصبية الشبكية الحساسة للضوء (ipRGC) في طبقة الخلايا العقدية في شبكية العين. تقوم أجهزة ipRGCs بتحويل الضوء إلى إشارات عصبية للساعة البيولوجية. ثم تنظم الساعة البيولوجية الموجودة في نوى suprachiasmatic (SCN) درجة حرارة الجسم وتطلق هرمونات الغدد الصماء ، مثل الميلاتونين والكورتيزول. ستؤدي جرعة عالية بما فيه الكفاية من الضوء الأزرق النشط بيولوجيًا إلى تشغيل الساعة البيولوجية الرئيسية لبرمجة جسم الإنسان في الوضع النهاري. تم اكتشاف التعرض للإشعاع الأزرق لتحفيز إنتاج الهرمونات مثل الكورتيزول للاستجابة للتوتر واليقظة ؛ السيروتونين للتحكم في الانفعالات والرغبة الشديدة في الكربوهيدرات ؛ والدوبامين للمتعة واليقظة والتنسيق العضلي. أثناء محاكاة الاستجابة الفسيولوجية أثناء النهار ، يؤدي التعرض للضوء الأزرق النشط بيولوجيًا أيضًا إلى كبت هرمون الميلاتونين المعزز للنوم. نظرًا لأنه يدعم التركيز واليقظة والأداء ، غالبًا ما يتم استخدام الضوء الأبيض الساطع بمكونات زرقاء عالية خلال ساعات التعلم.

عادةً ما يتم اختيار ضوء أبيض بارد مع CCT حوالي 4100 كلفن لإضاءة النهار في الأماكن التعليمية. يجب ألا يتجاوز الحد الأقصى من CCT للإضاءة الداخلية بشكل عام 5400 كلفن ، وهي درجة حرارة اللون الظاهرة لأشعة الشمس الساطعة من أعلى مباشرة. ومع ذلك ، فقد صاحب استخدام الإضاءة الفلورية ارتفاعًا حادًا في درجات حرارة الألوان للإضاءة الداخلية. تتمتع مصادر الضوء التي تنتج ضوءًا أبيض بأطوال موجية متراكمة في الطرف الأزرق من الطيف بأعلى كفاءة إضاءة بسبب الحد الأدنى من الإضاءة الضوئية المتضمنة وحساسية العين العالية على هذا النطاق الطيفي. وهذا يجعل CCTs في نطاق 6000 كلفن إلى 6500 كلفن خيارًا شائعًا للإضاءة التعليمية. ومع ذلك ، فإن الإشعاع البصري مع CCT المرتفع للغاية يبدو قاسيًا وغالبًا ما يتسبب في تشويه الألوان بسبب الأطوال الموجية المفقودة لتقديم ألوان مشبعة. الأهم من ذلك ، أن التعرض للإشعاع الأزرق بجرعة عالية للغاية على مدار اليوم قد يجهد جسم الإنسان ويجعل من الصعب الحفاظ على إيقاعات الساعة البيولوجية السلس.

عادة ما يستمر الطلاب في تلقي إشعاع أزرق عالي الكثافة خلال ساعات التدريب الليلي ، مما يؤدي إلى قمع غير لائق للميلاتونين في المساء. يعد إطلاق الميلاتونين ليلاً من الساعة 9 مساءً حتى 7:30 صباحًا آلية وقائية حيوية تدعم التجديد الأساسي وتقمع نمو الخلايا السرطانية في أجسامنا. في المساء ، قبل النوم بساعتين على الأقل ، يجب تجنب CCT العالية والإضاءة عالية الكثافة. المستويات المتواضعة من الضوء الأبيض الدافئ ، والتي تُعرف بـ 60 لوكس ، كافية للمهام البصرية البسيطة دون اضطراب الساعة البيولوجية.

إضاءة بيضاء قابلة للضبط

دفعت تأثيرات الإضاءة على صحة الإنسان ورفاهيته وأدائه صناعة الإضاءة إلى تطوير حل يمكن أن يثير استجابات بيولوجية بشرية معينة لتعزيز التركيز واليقظة والأداء ، مع دعم الإيقاع اليومي المناسب. تسمح الإضاءة البيضاء القابلة للضبط بتعديل درجة حرارة اللون للضوء الأبيض ، مع التحكم في شدة الإضاءة بشكل مستقل. تتيح هذه التقنية توفير مخطط إضاءة ديناميكي على مدار اليوم وتسمح بتكييف الإضاءة مع احتياجات الفئات المستهدفة المختلفة. تعد الإضاءة البيضاء القابلة للضبط استنادًا إلى تقنية LED هي القوة الدافعة وراء النشر السريع للإضاءة التي تتمحور حول الإنسان (HCL). تم تصميم الإضاءة التي تتمحور حول الإنسان لتعزيز إيقاع الساعة البيولوجية للجسم والدورة الطبيعية للوظائف البيولوجية. يوفر تحكمًا واعيًا في العمليات الهرمونية وبيئة التعلم من خلال تصميم شامل للتأثيرات البصرية والبيولوجية والعاطفية للضوء. يمكن التوفيق بين كمية وطيف الإضاءة الداخلية لتعكس خصائص ضوء النهار الطبيعي على مدار اليوم.

السلامة البيولوجية الضوئية

أثار خبراء الكراسي بذراعين ضجة حول خطر الضوء الأزرق لإضاءة LED. يزعمون أن مصابيح LED للمضخة الزرقاء تحتوي على أجزاء أعلى من الأطوال الموجية الزرقاء ، وبالتالي فهي تتمتع بإمكانية أكبر من الأنواع الأخرى من مصادر الضوء لتشكل خطرًا على الضوء الأزرق. خطر الضوء الأزرق هو إصابة شبكية مستحثة كيميائيًا ناتجة عن التعرض للإشعاع بأطوال موجية تتراوح بشكل أساسي بين 400 نانومتر و 500 نانومتر. فقط لأن مصابيح LED البيضاء تستخدم بواعث زرقاء لضخ محولات ضوئية للفوسفور وقد تكون هناك ذروة زرقاء مميزة في SPDs ، فهذا لا يعني بالضرورة أن LEDs لديها إمكانية أكبر للتسبب في أضرار كيميائية ضوئية لشبكية العين. الضوء الأبيض بمظاهر لونية مختلفة هو في الأساس نتيجة لمجموعات مختلفة من الأطوال الموجية الطويلة والقصيرة. هناك علاقة قوية بين CCT ومحتوى الضوء الأزرق بغض النظر عن مصدر الضوء الأبيض. تمتد وظيفة وزن مخاطر الضوء الأزرق على مدى من الأطوال الموجية. من المهم النظر في نطاق الإشعاع الخطير ، وليس أي ذروة محلية. إن المقدار الإجمالي للأطوال الموجية الزرقاء في التركيب الطيفي للضوء المنبعث من مصابيح LED هو عمومًا نفس الضوء المنبعث من أي مصدر ضوء آخر في نفس درجة حرارة اللون.

للتكرار: لا تختلف مصابيح LED اختلافًا جوهريًا عن مصادر الضوء التي تستخدم التقنيات التقليدية عندما يتعلق الأمر بالسلامة البيولوجية الضوئية. ما يجب إلقاء اللوم عليه هو استخدام CCT عالية للغاية في الإضاءة الداخلية. يحتوي الضوء الأبيض مع CCT فوق 6000 كلفن على قدر كبير من الضوء الأزرق ومن المرجح أن يتسبب في تلف كيميائي ضوئي لشبكية العين أكثر من الضوء الأبيض المنبعث من مصادر ضوء CCT المنخفضة. إن إضاءة العتبة لتصنيف مجموعة المخاطر كـ RG2 أو أعلى هي 1000 لوكس لمصدر ضوء مع CCT من 6000 كلفن ، 1600 لوكس لمصدر ضوء مع CCT من 4000 كلفن ، و 3200 لوكس لمصدر ضوء مع CCT من 2700 K. ومع ذلك ، فإن تصنيف خطر الضوء الأزرق في مجموعة المخاطر 2 و 3 غير مرجح جدًا لجميع أنواع مصادر الضوء الأبيض لمجرد أن الحد الأقصى للإضاءة للتطبيقات التعليمية نادرًا ما يتجاوز 300 لوكس. الأهم من ذلك ، يجب أن يتجاوز المنتج أيضًا عتبة ظروف الإنارة التي تعتبر خطرة (10 mcd / k2 عند 6000 كلفن ، 16 mcd / k2 عند 4000 كلفن ، 30 mcd / k2 عند 2700 كلفن لمجموعة المخاطر 2). حتى عندما يكون هناك خطر من مجموعة المخاطر 2 أو 3 ، فإن ردود أفعال النفور لدى البشر ستخفف من الخطر ، وبالتالي فإن خطر الضوء الأزرق لا يدعو للقلق.

الوسم : تركيبات إضاءة LED بتصميم إضاءة الفصل الدراسي للمدارس والمرافق التعليمية ، الصين ، الموردين ، الشركات المصنعة ، المصنع ، شراء ، السعر ، الأفضل ، الرخيص ، للبيع ، في المخزون ، عينة مجانية