Habilidades de adaptación de óptica secundaria para farolas LED
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En la búsqueda global de la conservación de la energía, la reducción de las emisiones y el desarrollo urbano sostenible,Iluminación de calles con LEDLas lámparas de sodio de alta presión han sustituido gradualmente a las lámparas de sodio tradicionales y se han convertido en el núcleo de los sistemas urbanos de iluminación vial.buena atenuación y protección del medio ambiente, los LEDs han traído una mejora revolucionariaIluminación de carreterasSin embargo, la luz emitida por los chips LED se dispersa naturalmente con una distribución desigual y grandes ángulos de haz.es difícil cumplir los estrictos requisitos de iluminación vial para la uniformidad de la iluminaciónEl diseño de la óptica secundaria, como un eslabón clave para optimizar el rendimiento de la iluminación de la calle LED,se ha convertido en el foco central de la mejora de la calidad de la iluminación y la realización de los objetivos de conservación de energía.
La óptica secundaria se refiere al proceso de redistribución y control de la luz emitida por los LED a través de componentes ópticos externos (como lentes, reflectores, etc.).) sobre la base de la óptica primaria (diseño de encapsulación para maximizar la extracción de luz de los chips)Su objetivo principal es concentrar la luz en el área de iluminación requerida, reducir la dispersión de luz no válida, optimizar las curvas de distribución de la luz,y finalmente lograr el equilibrio entre una alta calidad de iluminación y un bajo consumo de energíaEn este artículo se detallarán las principales habilidades de combinación de la óptica secundaria de la iluminación callejera LED, que cubren la selección de componentes, el diseño del esquema, la adaptación de la escena y la resolución de problemas comunes.proporcionar orientación práctica para aplicaciones de ingeniería y optimización de productos.
1- Aclarar los requisitos básicos: la premisa de la compatibilidad de las ópticas secundarias
Antes de realizar el ajuste de la óptica secundaria, es necesario aclarar los requisitos fundamentales de la iluminación vial, que determinan directamente la dirección del diseño óptico.Los indicadores clave a los que se debe centrar se refieren a los siguientes aspectos::
Iluminación y uniformidad: según el grado de la carretera (carretera principal, carretera secundaria, ramal, acera), refer to international standards (CIE) and local specifications (such as CJJ 45-2015) to determine the required average illuminance and uniformity (usually the ratio of minimum illuminance to average illuminance U1 ≥ 0.4) Por ejemplo, las arterias urbanas requieren una mayor iluminación media (20-30 lx) y uniformidad para garantizar la seguridad de la conducción, mientras que las aceras pueden reducir adecuadamente la norma (5-10 lx).
Control de los reflejos: Los reflejos de las luces de la calle afectarán seriamente la comodidad visual de los conductores y peatones, e incluso causarán posibles peligros para la seguridad.Es necesario controlar la intensidad de la luz en las direcciones horizontal y ascendente mediante óptica secundaria, y seleccionar los tipos de corte adecuados (corte completo, semi-corte, sin corte) en función de la escena.
Eficiencia en la utilización de la luz: el objetivo principal de la óptica secundaria es reducir la pérdida de luz.evitar la dispersión en el cielo o en las áreas irrelevantes circundantes, con el fin de mejorar la eficiencia de la utilización de la energía, garantizando al mismo tiempo el efecto de iluminación.
Adaptabilidad al medio ambiente: factores como el ancho de la carretera, el poste de la lámpara Se debe tener en cuenta la altura, la distancia entre las instalaciones, la reflectividad de la superficie de la carretera y los edificios circundantes.Los carriles urbanos antiguos y estrechos y las amplias arterias urbanas requieren esquemas de distribución de luz completamente diferentes.
2Selección racional de componentes ópticos secundarios: la base del efecto de coincidencia
La selección de componentes ópticos secundarios (lentes y reflectores) afecta directamente al efecto de coincidencia.y es necesario seleccionarlos y combinarlos según las necesidades reales.
2.1 Lentes: la principal opción para un control preciso de la luz
Las lentes son los componentes ópticos secundarios más utilizados en las farolas LED, que realizan la redistribución de la luz a través de la refracción.pueden dividirse en los siguientes tipos::
Lentes de reflexión interna total (TIR): basadas en el principio de reflexión interna total,cuando la luz se emite desde un medio ópticamente más denso a un medio ópticamente más raro y el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico, se produce una reflexión interna total, que puede recoger y redirigir eficazmente la luz dispersa de los LED. Sus ventajas son la alta eficiencia de utilización de la luz (hasta el 90% o más),distribución de la luz uniforme y estructura compactaEs adecuado para medianos ylámparas de calle LED de alta potencia, y puede ajustar el ángulo del haz dentro de ± 30° para satisfacer las necesidades básicas de distribución de la luz.
Lentes de superficie de forma libre: Este es un componente óptico de alta precisión diseñado con una distribución de luz rectangular asimétrica en los ejes X e Y.Puede realizar la distribución de luz personalizada de acuerdo con las necesidades específicas de la carreteraPor ejemplo, puede producir una distribución luminosa uniforme de ± 60° en el eje X (cumpliendo con los requisitos de iluminación de la dirección de la longitud de la carretera) y ± 30° en el eje Y,que forman la distribución de la luz "ala de murciélago" adecuada para la iluminación vialSus ventajas son una fuerte personalización, una perfecta adaptación a diferentes anchos y formas de carretera y un buen efecto de control de los deslumbramientos.Es la primera opción para luces de calle LED de gama alta y tramos especiales de carreteras (como rampas e intersecciones). The design of free-form surface lenses usually adopts methods such as differential equation method and multi-parameter optimization to match the light distribution of the light source with the target lighting surface.
Lentes de matriz: Compuesto por múltiples lentes pequeñas, es adecuado para luces de calle LED con un diseño de matriz de múltiples chips.que puede realizar el control de luz independiente de cada chip, y luego se integran para formar la distribución de luz global requerida.que puede evitar el problema de la distribución desigual de la luz causada por la disposición de múltiples chipsEs adecuado para luces de calle LED de gran potencia compuestas de 1W a varios vatios de chips LED en conexión paralela en serie.
Al seleccionar lentes, además de considerar el ángulo del haz y el tipo de distribución de la luz, también se debe prestar atención al material.El PC (policarbonato) y el PMMA (metacrilato de polimetil) son los materiales más utilizadosEl PC tiene una buena resistencia a los impactos y a las altas temperaturas, adecuado para ambientes extremos al aire libre; el PMMA tiene una mayor transmitancia de luz (> 92%), pero una baja resistencia a los impactos,adecuado para entornos de instalación relativamente estables.
2.2 Reflectores: función complementaria para optimizar la distribución de la luz
Los reflectores realizan la redistribución de la luz a través de la reflexión, que a menudo se utiliza en combinación con lentes para compensar los defectos de la distribución de la luz de una sola lente.,pueden dividirse en reflectores parabólicos, reflectores elípticos y reflectores irregulares:
Reflectores parabólicos: pueden converger la luz dispersa de los LED en luz paralela, que tiene una fuerte capacidad de irradiación a larga distancia.Es adecuado para tramos de carreteras que requieren iluminación de larga distancia (como las carreteras urbanas y las autopistas rápidas), pero la uniformidad de distribución de la luz es relativamente pobre, por lo que generalmente se utiliza en combinación con lentes para equilibrar la distancia de irradiación y la uniformidad.
Reflectores irregulares: diseñados de acuerdo con la curva de distribución de luz requerida,pueden realizar una distribución asimétrica de la luz y son adecuados para tramos de carretera con necesidades especiales de iluminación (como aceras adyacentes a carreteras e intersecciones de carreteras)Pueden recoger eficazmente la luz dispersa hacia el lado y redirigirla hacia el área de destino, mejorando la eficiencia de utilización de la luz.
La clave para la selección de reflectores es la eficiencia de reflexión. Se recomienda elegir materiales con alta reflectividad (como aleación de aluminio con tratamiento anodizado,con una reflectividad de hasta 85% o más) para reducir la pérdida de luzAl mismo tiempo, debe prestarse atención a la suavidad de la superficie para evitar la distribución desigual de la luz causada por superficies ásperas.
3Aplicación científica de los sistemas de distribución de luz: adaptarse a los diferentes escenarios viarios
El núcleo de la correspondencia de óptica secundaria es formular un esquema científico de distribución de la luz de acuerdo con el escenario de la carretera.La clave radica en la coincidencia entre el tipo de distribución de la luz (TIPE1/TIPE2/TIPE3) y el tipo de corte., y combinando razonablemente la lente y el reflector para lograr el efecto óptimo de iluminación.
3.1 Aplicación basada en el ancho de la carretera y la altura del poste de la lámpara
La clasificación internacional general de distribución de la luz TYPE1/TYPE2/TYPE3 es la base fundamental para la coincidencia, que se determina por la relación entre "ancho de irradiación y altura del poste de la lámpara":
Carreteras estrechas (caminantes, viejos carriles urbanos): elegir la distribución de luz TYPE1 correspondiente al tipo de corte completo.con el ancho de irradiación aproximadamente igual a la altura del poste de la lámpara (ePor ejemplo, una lámpara de 10 metros de altura irradia 10 metros de ancho), y la luz se concentra directamente debajo, sin propagarse a ambos lados.La combinación con lentes de corte completo o reflectores puede controlar estrictamente la luz dentro de 65 ° hacia abajo, evitando el deslumbramiento y la contaminación lumínica de los residentes cercanos, lo que está en línea con las necesidades de iluminación de las calles estrechas y las zonas residenciales.
Carreteras de ancho medio (carril de vehículos no motorizados, carreteras principales comunitarias): elegir la distribución de luz TYPE2 que corresponda al tipo semi-cortado.que cubre el 1.5-2 veces la altura del poste de la lámpara (por ejemplo, una lámpara de 10 metros de altura irradia 15-20 metros de ancho), con la luz ligeramente desplazada hacia un lado, equilibrando la uniformidad y el área de cobertura.El tipo semicorteado permite una pequeña cantidad de luz horizontal, con la intensidad luminosa a 90° de dirección ≤ 50cd/1000lm y a 80° de dirección ≤ 100cd/1000lm,que sea adecuado para la iluminación diaria de carreteras de ancho medio y pueda evitar afectar al resto de los residentes circundantes, garantizando el efecto de iluminación.
Carreteras amplias (carreteras urbanas, estacionamientos): elegir la distribución de luz TYPE3 correspondiente al tipo semicorteado.75 veces la altura del poste de la lámpara (ePor ejemplo, una lámpara de 10 metros de altura irradia unos 27,5 metros de ancho), con una gran capacidad de cobertura horizontal, adecuada para la iluminación continua a larga distancia.La combinación con lentes de superficie de forma libre y reflectores parabólicos puede lograr la irradiación a larga distancia y la distribución uniforme de la luz, satisfacer las necesidades de iluminación del tráfico de vehículos de motor y, al mismo tiempo, controlar el deslumbramiento mediante un diseño semicorte.
3.2 Aplicación basada en la curva de distribución de la luz
La curva de distribución de la luz de las farolas LED determina directamente el efecto de iluminación.que tiene una intensidad luminosa alta en el centro y baja en los bordes, evitando el brillo excesivo en el centro y las áreas oscuras en los bordes, y mejorando efectivamente la uniformidad de la iluminación de la superficie de la carretera.Se deben tener en cuenta los siguientes puntos::
Para las carreteras que requieren una iluminación uniforme (como las carreteras urbanas),elegir lentes o reflectores que puedan generar una distribución de luz de "ala de murciélago" para garantizar que la diferencia de iluminación entre el centro y el borde de la carretera esté dentro de un rango razonable;
Para tramos especiales de carretera (como intersecciones y rampas de carreteras), adopte un diseño de distribución de luz asimétrica para enfocar la luz en el área clave (como el centro de la intersección) y evitar el desperdicio de luz.;
utilizar un software de simulación óptica profesional (como DIALux, ASAP) para simular de antemano el efecto de distribución de la luz,ajustar los parámetros de las lentes y reflectores de acuerdo con los resultados de la simulación, y garantizar que la curva de distribución de la luz cumple los requisitos de diseño.
3.3 Compatibilidad con las características de las fuentes de luz LED
El ajuste de la óptica secundaria debe combinarse estrechamente con las características de las fuentes de luz LED (ángulo luminoso, flujo luminoso, temperatura de color, etc.).) para evitar el desajuste entre la fuente de luz y los componentes ópticos, lo que resulta en una reducción de la eficiencia de utilización de la luz y un efecto de iluminación deficiente:
Para los LED con un ángulo luminoso grande (120°-140°), se seleccionarán lentes TIR o lentes de superficie de forma libre para recoger la luz dispersa y mejorar la eficiencia de utilización de la luz.para LED con un ángulo luminoso pequeño, los reflectores pueden utilizarse para ampliar el rango de irradiación;
La temperatura de color de las luces de calle LED es generalmente de 3000K-5000K. Para áreas residenciales y aceras, se recomienda una luz blanca cálida (3000K-4000K) para reducir el deslumbramiento y mejorar la comodidad visual;para carreteras y autopistas urbanas, se recomienda la luz blanca neutral (4000K-5000K) para mejorar el reconocimiento de señales y obstáculos de tráfico;
Para las farolas LED de múltiples chips, se deben seleccionar lentes de matriz para realizar un control independiente de la luz de cada chip, evitar la distribución desigual de la luz causada por la interferencia mutua entre los chips,y garantizar la uniformidad general de la iluminación.
4Evite los errores comunes en el emparejamiento: asegure un rendimiento estable
En el proceso de correspondencia de óptica secundaria real, muchos ingenieros y diseñadores tendrán algunos errores, que afectan el efecto de iluminación y la vida útil de las farolas LED.Los errores más comunes y los métodos para evitarlos son los siguientes::
Algunas personas piensan que un ángulo de haz más pequeño puede mejorar la distancia de irradiación, pero ignorando la uniformidad.un ángulo de haz demasiado pequeño dará lugar a un rango de irradiación estrecho y áreas oscuras entre las luces de la calle adyacentesEn el caso de las carreteras estrechas, un ángulo de luz demasiado grande causará desperdicio de luz y deslumbramiento.
Ignorar la combinación de lentes y reflectores: el uso ciego de una sola lente o reflector tendrá limitaciones.y un solo reflector tiene poca uniformidadLa combinación de los dos puede complementarse y lograr el equilibrio entre la distancia de irradiación y la uniformidad.
Descuido del control de reflexión: sólo centrarse en la iluminación e ignorar el control de reflexión afectará la comodidad visual de los conductores y peatones.Se debe seleccionar el tipo de límite adecuado., y la superficie de los componentes ópticos debe ser tratada (por ejemplo, con glaseado) para reducir el deslumbramiento.
Ignorar la influencia de los factores ambientales: no tener en cuenta la reflectividad de la superficie de la carretera,los edificios circundantes y otros factores darán lugar a un efecto de iluminación real inconsistente con el diseñoPor ejemplo, el efecto de reflexión de la luz de las superficies luminosas (reflectividad 0,3-0,4) es mejor que el de las superficies oscuras.y los parámetros de distribución de la luz se pueden ajustar adecuadamente de acuerdo con el color de la superficie de la carretera.
5. Debug y mantenimiento después de la instalación: Asegurar un efecto de coincidencia estable a largo plazo
El emparejamiento óptico secundario de las luces de calle LED no es un trabajo único.Se necesita depuración y mantenimiento regulares después de la instalación para garantizar que el efecto de coincidencia permanezca estable durante mucho tiempo:
Debug en el lugar: después de la instalación de las farolas, utilizar los medidores de iluminación profesionales para detectar la iluminación y la uniformidad de la superficie de la carretera.ajustar el ángulo de instalación de las farolas y los parámetros de los componentes ópticos de acuerdo con los resultados de detecciónPor ejemplo, ajustar la longitud del voladizo (0,5-1,5 metros) para mejorar la uniformidad de la iluminación de las aceras,y ajustar la distancia entre los postes de la lámpara (generalmente 3-4 veces la altura de la instalación) para evitar áreas oscuras.
Limpieza regular: la superficie de las lentes y reflectores acumulará polvo, suciedad y otras impurezas con el tiempo, lo que reducirá la transmitancia de la luz y la eficiencia de reflexión,y afectan al efecto de coincidenciaSe recomienda limpiar los componentes ópticos con regularidad (una vez cada 3-6 meses) para garantizar la limpieza de su superficie.
Inspección periódica: inspeccione regularmente los componentes ópticos para detectar daños, deformaciones, envejecimiento y otros fenómenos.sustituirlos a tiempo para evitar que afecten al efecto luminoso generalAl mismo tiempo, compruebe el Luz LEDFuente de desintegración de la luz (reemplazar cuando la desintegración de la luz sea superior al 30%) para garantizar la estabilidad correspondiente entre la fuente de luz y los componentes ópticos.
Conclusión
El ajuste óptico secundario de las farolas LED es un proyecto sistemático que integra el diseño óptico, la selección de componentes, la adaptación de la escena y el mantenimiento posterior.Su núcleo es tomar los requisitos de iluminación vial como guía., seleccionar los componentes ópticos adecuados, formular esquemas científicos de distribución de la luz y lograr el equilibrio entre una alta calidad de iluminación, una alta eficiencia de utilización de la energía y un bajo deslumbramiento.Con el desarrollo continuo de la tecnología LED y la tecnología de diseño óptico, la tecnología de combinación óptica secundaria de las luces de calle LED será más madura e inteligente,sistemas ópticos adaptativos que pueden ajustar automáticamente la distribución de la luz de acuerdo con las condiciones del tráfico en tiempo real.
Para los editores de sitios web de Google, ingenieros y profesionales relacionados, dominar las habilidades de combinación de óptica secundaria anteriores no solo puede mejorar la calidad de iluminación de las farolas LED,reducir el consumo de energía y los costes de mantenimiento, pero también promueven el desarrollo saludable de laIluminación LEDEn el futuro, la Unión Europea contribuirá a la construcción de ciudades ecológicas y de ahorro energético.Debemos seguir prestando atención a la innovación de componentes ópticos y métodos de diseño, y optimizar continuamente el esquema de combinación de ópticas secundarias para satisfacer las necesidades cada vez más diversas de iluminación vial.
