灯具光学系统设计在照明节能减排中的作用[4]

　3．照明灯具控光器件材料的选用

　　灯具的反射面应尽量选用高反射比的材料，灯具上的透光罩应尽量选用透射比高的材料，以提高灯具的效率。目前多数投光灯的反射器材料大多采用铝型材厂提供的用于照明的铝板，如安铝，美铝、意铝、法铝等品牌的铝板，国产铝主要是甘铝、贵铝等。在设计反射器时为了保证工作平面上照度的均匀性，一般多采用锤纹或是雾面材料(图9)，但缺点是光线漫射会造成灯具出光率降低，而且不易形成窄光束配光，造成照明眩光，与绿色照明的宗旨相背离，根据笔者灯具设计的经验，可以考虑反射器多采用高反射率的镜面铝板（图9），整个反射器采用多自由反射曲面的组合，而不是当前一大块曲面的反射形式，便于实现灯具光束的控制。虽然反射器加工成型成本会增加，但从长远考虑，考虑节能的费用，加工成本增加的费用完全可以补偿，利用镜面反射材料代替一般的雾面材料，灯具出光率提高10%以上，利用镜面材料代替锤纹铝材，提高出光率5%以上。另一个方面是有关折射罩材料的选用，由于光线以大入射角入射透镜，则在入射表面形成较强的反射，真正进入透镜的光线就会减少，降低灯具出光率。比如非对称配光的投光灯具为了在工作平面形成均匀照度，希望在垂直平面内灯具的最大光强角度较大，比如60º，一般的设计也在40º以上，但是出现的问题是当光线以较大入射角照射到玻璃表面时，玻璃表面反射率将增加，穿透玻璃射出的光线将减少，从而影响灯具的出光率，所以在选择泛光灯具折射器时，考虑在玻璃内表面涂镀增透膜或采用防反射玻璃，以提高灯具的出光率。只有根据要求合理选择灯具的反射器材料和折射器材料，再结合多曲面反射的配光设计，全面提高灯具的出光率，降低照明能耗，减少眩光，真正实现绿色照明。

　　三、典型灯具光学设计示例

　　GE 在灯具新产品研发过程中，特别注意灯具的光学系统设计，考虑如何提高灯具的光输出效率、灯具溢出光控制和良好的灯具配光分布，以期实现最佳的照明功能。这里就不同类型的灯具光学设计作一个简要的概述。

　　图10 是一款新型HID 隧道灯的光学系统和反射器的制作模型，为了节省成本,该反射器使用隧道灯常用反射器材料,只是在反射器形状上设计采用自由曲面,利用该反射器获得的灯具配光分布特征曲线如图11 所示，该灯具相对传统的隧道灯具不但光输出效率高达75%以上，而且是全截光灯具，灯具照射面积大，可使用相对较少数量的灯具实现隧道照明所要求的均匀度和平均照度。目前市场上HID 隧道灯具的平均效率大概65%～70%之间,可以节能5%～10%,由于照射面积大,可以采用较少灯具,参照150W 高压钠灯能耗,也可节省5%～10%左右。

　　图12 是一款新型格栅灯的光学系统以及配光曲线特征，反射器形状设计采用自由曲面,利用该反射器获得的灯具配光分布特征曲线如图12 所示，该灯具光输出效率实测高达75%以上，眩光控制等级满足CIBSE LG3 CATII 的要求，灯具配光曲线为典型的∆配光,灯具照射面积大，可使用相对较少数量的灯具实现隧道照明所要求的均匀度和平均照度。相比传统灯具，由于照射面积大,光输出率高,可以采用较少灯具满足办公室照明要求，参照3X28W 荧光灯能耗,也可节省10%左右。