博物館照明系統(tǒng)解決方案

博物館照明系統(tǒng)解決方案

0白led照明未來發(fā)展方向近年來，全球超級(jí)高光裕光裕矩形裝置（light）的產(chǎn)量逐年快速增長(zhǎng)。除了傳統(tǒng)的工程性光刻3mm和5mm結(jié)構(gòu)外，工作電流為20ma的傳統(tǒng)封裝綠色能源還顯著提高了輸出綠色能源的性能，尤其是安裝在350ma的固定電源中。1w光效約60lm，半光衰竭時(shí)間超過數(shù)萬小時(shí)，這為光效分配奠定了基礎(chǔ)。光機(jī)光機(jī)的廣泛應(yīng)用是基于高光效和低價(jià)格。廣泛應(yīng)用的行業(yè)不僅包括日夜工程、背光源、交通燈、汽車照明等，還包括一些特殊的照明，如礦燈、器械、攝影等。現(xiàn)在是向普通照明發(fā)展的。商品化白光LED以藍(lán)光LED涂敷熒光粉技術(shù)占市場(chǎng)主流,是靠藍(lán)光和由藍(lán)光激發(fā)熒光粉產(chǎn)生的黃光混合形成白光.通過合理選擇和匹配熒光粉和藍(lán)光LED芯片的光學(xué)參數(shù),可以優(yōu)化白光LED光效、色溫及顯色性之間的關(guān)系,并可針對(duì)不同的應(yīng)用要求進(jìn)行不同的優(yōu)化組合.博物館是展示文物、字畫等珍貴物品的專業(yè)場(chǎng)所,博物館照明光源的設(shè)計(jì)需要考慮參展物品對(duì)光源的特殊要求,使這些物品能夠給參觀者真實(shí)的感受,并且這些物品不會(huì)因?yàn)楸徽彰鞴庠吹拈L(zhǎng)期照射而損壞變質(zhì).本文就結(jié)合博物館照明的實(shí)際需求,討論并給出適合于字畫等張貼類展品照明的一個(gè)具體解決方案.1紫外-紅外光線博物館展品由于類型不同,對(duì)照明光源的色溫、亮度等要求也不同,選擇的照明方式、使用的燈具和電光源類型也有所不同.如絲織品、印刷品、植物標(biāo)本等對(duì)光非常敏感的藏品,一般要求最大照度不能超過50lx,色溫2900K為宜;而對(duì)于油畫、木制品、皮革等對(duì)光比較敏感的藏品,其最大照度也不能超過200lx,色溫4000K左右較合適;對(duì)于金屬、陶瓷、玻璃等對(duì)光不敏感的藏品,其照度一般不受限制.為了減少對(duì)展品的損害,照明光源一般均要求不能含有紫外(UV)和紅外(IR)線,主要是因?yàn)樽贤夂图t外線不僅無助于增加亮度,而且會(huì)對(duì)展品有負(fù)面影響.紫外線對(duì)文物的損傷機(jī)理主要是光化學(xué)反應(yīng),引起有機(jī)結(jié)構(gòu)的碳鏈被打斷,造成展品表面褪色或脆化.紅外輻射能使文物表面翹曲和龜裂,稱為文物的“無形殺手”,紅外線產(chǎn)生的熱增加材料的干燥程度,使之易脆.博物館內(nèi)參展的物品價(jià)值通常很高,也很嬌貴,因此,館內(nèi)照明的基本要求就是,物品要能看得清楚,物品的色彩不能失真,物品在長(zhǎng)期照射下不能發(fā)生褪色、黃變、脆化等現(xiàn)象.傳統(tǒng)室內(nèi)照明光源主要有兩種類型,一是氣體放電類光源,如熒光燈、節(jié)能燈等,二是熱輻射光源,如白熾燈等.前者是以紫外線激發(fā)紅、藍(lán)、綠熒光粉實(shí)現(xiàn)白光,在其光譜成分中,可能含有一定的紫外成分;后者的光譜中含有大量的紅外光,因此,這兩類普通照明光源用于博物館照明均存在不足.白光LED的迅速發(fā)展,為博物館照明提供可能.這是由于白光LED不含有紫外和紅外光,正好可以彌補(bǔ)前述光源的不足.由于白光LED功率的限制,特別適合用于對(duì)光比較敏感、照度要求較低的展品,對(duì)于該類展品,照明光源還要滿足一些其它條件,這些條件是:1)在被照區(qū)域內(nèi)亮度要均勻、色溫要一致,為了便于物品長(zhǎng)期存放并適合于參觀,被照區(qū)域內(nèi)亮度不能過高,通常在40cd/m2左右即可;2)色溫要低,一般要求2900K左右;3)顯色性要高,以保證物品的色彩不失真,通常要90以上;4)照明光源布局設(shè)計(jì)要合理,便于參觀,不眩光.白光LED是固體發(fā)光,低壓直流驅(qū)動(dòng),環(huán)保節(jié)能,光輸出利用率高,通過合理設(shè)計(jì),可以無頻閃,有利于保護(hù)眼睛.通過模塊化設(shè)計(jì),便于安裝、維護(hù)和使用.2led采集模塊為了在墻面上產(chǎn)生均勻的照明效果,博物館照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1(a)所示.在立面墻的上方和下方均安裝LED照明燈,兩者之間的距離為280cm,距離立面墻距離為90cm.上排照明燈投射方向向下傾斜,即主光軸與水平面成一定角度;下排照明燈投射方向向上傾斜.主光軸與水平面所成的角度通過安裝確定,并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié).上、下排照明燈采用模塊化設(shè)計(jì),每個(gè)照明燈模塊長(zhǎng)0.5m,均勻分布5顆1W白光LED光源,兩個(gè)1W白光LED光源之間的距離為10cm,如圖1(b)所示.每個(gè)模塊配置一個(gè)獨(dú)立的恒流驅(qū)動(dòng)器,恒流驅(qū)動(dòng)器輸入為220V交流市電,輸出電流為350mA,電壓最大值21V.白光LED光源產(chǎn)生的熱量既不利于光源長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作,也對(duì)文物展品有負(fù)面影響,因此,散熱問題非常關(guān)鍵.這里每個(gè)模塊上的5顆1W白光LED均直接固定在導(dǎo)熱效率很高的鋁基PCB板上,鋁基板既起導(dǎo)熱作用,又通過PCB連線把各個(gè)白光LED串連起來,形成通路.1W白光LED的正負(fù)極引腳直接焊接在鋁基板上,其熱沉與鋁基板直接接觸,并填充適量的導(dǎo)熱硅脂,以增強(qiáng)傳熱效果,照明燈模塊截面圖如圖1(c)所示.鋁基板再通過螺釘固定在相同長(zhǎng)度的鋁型材上,鋁型材不僅是主要的熱散器件,還是安裝固定照明燈模塊的支撐部件.每0.5m只有5W左右的熱量,發(fā)熱功率低,熱源相對(duì)分散,并且采用良好的導(dǎo)熱、散熱設(shè)計(jì),因此不會(huì)對(duì)展品周圍的環(huán)境造成較大的溫升.由于每個(gè)模塊均配有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器本身也會(huì)發(fā)出一定熱量,因此驅(qū)動(dòng)器應(yīng)固定在離光源和展品較遠(yuǎn)的位置.由于每個(gè)模塊的5顆1W白光LED采用串連連接,當(dāng)其中之一發(fā)生短路失效時(shí),該模塊的5顆白光LED將同時(shí)不亮,因此需要更換整個(gè)模塊.更換模塊其實(shí)并不復(fù)雜,只要把該模塊上鋁基板從鋁型材上取下,重新更換一條即可.3wracepero-pbd算法驗(yàn)證上述照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的核心是1W白光LED的設(shè)計(jì).根據(jù)系統(tǒng)對(duì)白光LED、色參數(shù)的要求,即低色溫、高顯色指數(shù),這里選擇藍(lán)光LED芯片的主波長(zhǎng)為455nm,輻射功率110mW.熒光粉選擇YAG發(fā)黃光熒光粉,并適量添加硫化物體系的發(fā)紅光熒光粉.白光LED色溫波動(dòng)范圍控制在±5%內(nèi),顯色指數(shù)要達(dá)到90以上.實(shí)際制作出的1W白光LED,隨機(jī)提取5顆,測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示.由表1數(shù)據(jù)可知,每顆1W白光LED光通量為28lm左右,視角84°左右,色溫與顯色指數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求.上述樣品提取其中之一(這里為4號(hào)樣品),測(cè)得其光譜圖如圖2所示,光譜能量主要集中在紅、黃、綠光部分,不含紫外和紅外線成分.該樣品各特殊顯色指數(shù)如表2所示.可以看出,各特殊顯色指數(shù)中,R12最低,為77,絕大部分均在90以上,也就是說,各種不同色彩在該光源照射下,色彩還原性能均能得到較好體現(xiàn).1W白光LED每10cm安裝一顆,均勻分布在靠近天棚和地板的兩排上(具體安裝尺寸見圖1(a)),上排光源斜向下照射墻面,下排光源斜向上照射墻面(主光軸與垂直面夾角均為42°),由于白光LED的半值角較大,不會(huì)形成過于集中的光斑,同一排上的每顆光源輻射面積在水平方向相互交疊,上下兩排光源的輻射面積在垂直方向相互交疊,因此,整個(gè)墻面的照度分布較均勻,用TracePro光學(xué)設(shè)計(jì)軟件仿真結(jié)果如圖3所示,區(qū)域照度基本在30～50lx之間,完全滿足博物館對(duì)光非常敏感的展品的照明需要,實(shí)際使用情況也基本與仿真結(jié)果相符.4led照明的應(yīng)用前景博物館不同的文物展品,需要不同的照明條件.在眾多的人工光源中,白光LED不含紫外和紅外光成分,屬于冷光源,功率可以從1W甚至幾十毫瓦做起(而相當(dāng)功率的熒光燈或白熾燈等光源卻很難實(shí)現(xiàn)),發(fā)熱量低,壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便,在博物館照明領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景.本文設(shè)計(jì)的1W白光LED在顯色性和色溫方面完全可以滿足諸如染織品、服裝、水彩畫、郵票、印刷品、壁紙、自然標(biāo)本等對(duì)光非常敏感的文