融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统

苏彬锋，林俊鑫，陈湘群，黄培雄，黄树忠

（广东金源光能股份有限公司， 广东 潮州 521000）

随着城市化进程的不断加快，城市公共空间越来越多，作为城市的重要组成部分，公共空间照明系统的健康与安全越来越受到人们的重视。从城市居民的角度来看，公共空间照明系统所带来的光污染、眩光等问题严重影响了居民的日常生活与工作。目前，针对公共空间场景下的照明系统已有诸多研究，例如：针对灯杆结构形式存在的视觉盲区问题，提出了聚光导光技术；针对照明系统中的光污染问题，提出了双模控制技术；针对照明系统中的光强不均匀问题，提出了自适应控制技术。基于聚光导光技术与双模辅助控制技术的智能照明系统，可以对照明区域进行高精度的空间分区控制，并能对照明区域进行光强自适应控制，从而提高公共空间照明系统的光环境质量，提升居民的生活质量。

1 系统概述

1）该系统包括室内照明系统和室外照明系统，二者通过内置的传感器自动联动控制。室外照明系统将光线传递到室内，同时将室内产生的热辐射传导至室外，从而达到节能减排的效果。

2）该系统利用聚光导光技术将太阳光等天然光源收集后，通过导光材料将光线传递到室内，从而实现对室内照明光线的高效利用。同时，该系统还可与智能家居联动，通过手机App或智能音箱对室内照明进行控制。

3）该系统能根据用户需求进行光照强度的调节和智能控制，从而实现对室内照明光线的高效利用。

4）该系统能使用户在室外活动时避免阳光直射，同时保证室内的舒适健康；能根据室外气候情况及时调整室内照明强度和光照时间，最大程度减少太阳辐射对人体的伤害；能有效减少能量消耗和二氧化碳排放，促进人与自然的和谐共处。

5）该系统在实现节能减排和保障人体健康两方面均具有重要作用。此外，该系统还能降低因人工光源导致的电磁辐射等，避免对人体健康产生负面影响[1]。

2 系统原理

融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统，其工作原理是在室外照明灯具上方安装多组聚光导光装置，并通过导光材料将光源均匀分布在导光板上，从而将光源的辐射能量集中在一处，并通过导光材料将其转换为均匀的照明光线。当光线达到一定强度后，可以通过控制系统对聚光导光装置进行控制，从而实现对照明光线强度的调节，同时可以根据室外环境条件的变化自动切换到另一种模式（如夜间模式、阴天模式、晴天模式等），可以根据实际环境条件来改变照明方式，从而满足人们对照明的不同需求[2]。根据光源在导光板上的出射角度和出射光强度，通过调节导光材料来实现对照明光线强度的调节。通过计算机控制技术监控照明系统，并对其实时调节和控制，从而达到节能环保、舒适健康、智能便捷等效果。

3 系统功能架构

融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统功能架构如图1所示，包括多个模块，每个模块功能不同，相互配合可实现更多的功能。

图1 融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统功能架构设计简图

1）聚光导光模块。采用一种新型的聚光导光材料，将太阳光等天然光源聚集在一起，通过导光材料将光线传递到室内，从而实现室内照明。该系统在不改变现有照明系统的情况下可降低约50%的能耗。

2）LED模块。采用新型的 LED光源，能有效减少光衰，保证光色一致性和亮度稳定性。同时，该系统可以对 LED光源进行分组控制、调整，从而有效提高LED光源的使用效率和寿命。

3）智能控制模块。该系统通过内置的传感器对室内照明自动控制，包括光照强度检测、人体感应检测、光线亮度检测和光色变化检测等。同时，该系统还可根据不同的场景需求调节光照强度、亮度和色温等参数。

4）信息管理模块。该模块用于实现对室内照明系统和室外照明系统的数据管理与控制。该模块采用一种新型的无线通信方式，可实现室内照明系统和室外照明系统之间的数据传输和信息交换。

5）用户界面模块。该模块可与智能家居或智能手机等移动终端进行交互，实现对室内照明和室外照明的智能控制和调整。

6）控制终端模块。该模块用于室内照明系统与室外照明系统的联动控制，用户可通过控制终端对室内照明系统和室外照明系统进行设置、调整和控制。同时，该模块还可与用户的智能家居联动，实现室内照明系统和室外照明系统的智能控制[3]。

4 系统优势

该系统可应用于隧道、休闲广场、商业中心等场景，如图2所示。该系统将直射阳光转化为柔和的漫反射光线，使阳光不会对人体造成伤害。首先，该系统根据户外气候情况及时调整室内照明强度和光照时间，最大程度减少太阳辐射对人体的伤害。其次，用户可在设定的时段内通过手机App或智能音箱对室内照明进行控制，从而最大程度地减少人工光源导致的电磁辐射对人体健康的影响[4]。最后，该系统可以在多种条件下应用。例如，当室外天气较好时，用户可以将室内照明系统设置为关闭状态，仅开启室外照明系统；当室外天气较差时，用户可将室内照明系统设置为开启状态，并根据具体情况进行调整；当用户外出时可根据具体情况选择关闭或开启室外照明系统。同时，用户也可以将室外照明系统设置为自动控制模式，最大程度地减少人工光源所带来的负面影响。

图2 隧道智能照明构建简图

5 系统应用

融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统在城市道路照明中已有较多应用，如，北京朝阳公园北门的人行通道照明改造工程，改造后的人行通道不仅具备了照明功能，而且实现了自然光线的高效利用。同时，融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统在仓储物流、学校、医院等领域也有一定应用。

5.1 仓储物流

以某国际物流公司的物流中心仓库照明系统改造项目为例，该物流中心仓库照明系统改造项目中，仓库改造采用了“智能光环境控制系统+聚光导光系统”的组合方案。聚光导光系统可以提供照明需求，与智能光环境控制系统连接，对仓库内的照明环境进行智能管理。该物流中心仓库照明系统改造中，在不改变原有建筑结构及功能布局的基础上，对照明系统进行智能化管理与控制，实现对室内自然光线的高效利用，从而提高仓库的存储效率，改善作业环境，优化作业流程，减少能源消耗，提高员工工作效率[5]。

5.2 学校

在学校照明中，由于其特殊的教学、学习环境，需要通过人工补光的方式来达到理想的照明效果。但人工补光存在光源不稳定、能耗较高等问题，融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统可以有效解决上述问题。

1）舒适健康。由于采用了新型材料和智能控制系统，该系统不仅使教室照明环境更为舒适健康，而且避免了人工补光中存在的眩光问题，从而提高了学生的学习效率，还避免了因人工补光而产生的光照不均匀、亮度不稳定等问题。

2）节能环保。与人工补光相比，该系统将自然光线转化为电能，并通过智能控制系统实现智能化的控制，从而大大减少了能耗，同时该系统采用绿色环保的新型材料，避免了传统照明方式中存在的光污染问题，为学生创造了一个绿色健康的学习环境。

5.3 医院

在医院，智能照明系统可应用于手术室、重症监护病房等场所，如北京天坛医院的手术室、重症监护病房、心脏介入手术室等[6]。在手术室的照明系统中，融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统可实现光能的高效利用，通过 LED光源的自动调光控制，实现手术室照度、光色、显色性等参数的精准控制，保证手术过程中的照明要求，提高手术成功率；在重症监护病房的照明系统中，融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统可实现照度与光色的精准控制，通过 LED光源的自动调光控制，保证重症监护病房患者在术后得到更好恢复；在心脏介入手术室的照明系统中，融合聚光导光与双模辅助的智能照明系统可实现对手术区域照度、光色的精准控制，通过 LED光源的自动调光控制，保证手术过程中所需照度、光色的要求，减少因人工操作误差而导致的手术失误，为患者提供更好的救治服务。

6 结论

综上所述，智能照明系统的应用在一定程度上可以解决城市能源危机，改善城市环境，提升城市形象，增强城市竞争力。其主要作用包括以下几个方面：第一，智能照明系统可有效降低照明系统能耗，从而减少电力的消耗和二氧化碳等有害气体的排放，减少环境污染。第二，智能照明系统可以有效控制和调节室内照明系统，提高照明质量，满足人们不同的使用要求。此外，智能照明系统还可以提高室内光环境质量。因此，相关研究者应积极探索，加大研究力度，促进城市照明智能化发展。