РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ГИБРИДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

Полезная модель относится к светотехнике, в частности к осветительным устройствам, интегрирующим естественный и искусственный свет в единой конструкции, и может быть использована в качестве осветительного устройства для общего совмещенного освещения.
На современном рынке широко представлены гибридные осветительные устройства с функцией совмещенного освещения.
Известна конструкция гибридного светильника SolarSpot LED (http://www.syneco.co.uk/solarspot/products-commercial/solarspot-led-systems), которая содержит полый трубчатый световод (ПТС), представляющий систему естественного верхнего освещения SolarSpot и блок искусственного света (БИС), представленный излучателем, набранным из светодиодов, размещенных на внешнем круговом контуре рассеивателя ПТС кольцеобразной формы, и содержащим блоки питания (драйверы) светодиодов. Конструкция содержит систему автоматического управления (САУ) уровнем искусственного освещения в зависимости от уровня естественной освещенности, обеспечивающую заданный уровень освещенности совмещенного освещения в помещении и высокую энергетическую эффективность осветительной системы.
Однако такая конструкция с визуально открытыми мощными светодиодами обладает существенными недостатками: слепящий и фототоксический эффекты ввиду большой габаритной яркости открытых светодиодов, известные как «синяя опасность» (биологическая несовместимость спектральных характеристик светодиодов и органов зрения человека) при использовании в офисах при небольшой высоте установки. Несмотря на то, что в номенклатуре SolarSpot LED есть модели с мощностью светового потока БИС более 14000 лм, этого недостаточно для применения указанного типа гибридного светильника для помещений больших площадей при высоте потолков (более 8 м). Таким образом, гибридный светильник SolarSpot LED обладает существенными недостатками: слепящий и фототоксический эффекты ввиду большой габаритной яркости открытых светодиодов, трудности обслуживания и ограниченная пригодность для обеспечения рабочей искусственной нормированной освещенности помещений с большими площадями и высокими потолками. Увеличение мощности светового потока может быть достигнуто либо увеличением единичной мощности светодиодов, что усугубляет указанный выше недостаток, обусловленный чрезмерной слепящей яркостью, либо путем увеличения количества светодиодов, устанавливаемых на круговом контуре рассеивателя, что затруднительно при ограниченных размерах контура рассеивателя. Кроме того, переход от естественного света к искусственному и обратно сопровождается значительными изменениями параметра «кривая силы света» (KCG) светильника, создавая непрерывно меняющуюся световую среду в помещении, вызывающую зрительный дискомфорт.
Известна конструкция гибридного светильника Solatube Smart LED (http://solatube.com/residential/smart-led/technology), которая содержит полый трубчатый световод, представляющий систему естественного верхнего освещения Solatube и блок искусственного света. БИС содержит четыре светодиода и блоки питания светодиодов. Каждый из светодиодов имеет световую отдачу 35 лм/Вт, размещен на внутренней поверхности граней усилителя светового потока (коллиматора) и снабжен специальными линзами (фоконами), прозрачными для дневного света и не препятствующими его прохождению. Линзы предназначены направлять свет, создаваемый светодиодами, в сторону рассеивателя. Конструкция содержит систему автоматического управления уровнем искусственного освещения в зависимости от уровня естественной освещенности, которая обеспечивает заданный уровень освещенности совмещенного освещения в помещении и высокую энергетическую эффективность системы освещения.
Однако данная осветительная система обладает существенным недостатком, обусловленным внутренним монтажом светодиодов и линз в коллиматоре ПТС, что создает неудобства и трудности при сервисном обслуживании и ремонте, которые становятся труднопреодолимыми при большой высоте установки конструкции (5-20 м). Это ведет к усложнению и кратному удорожанию эксплуатационных затрат ввиду необходимости использования подъемных устройств или промышленных альпинистов. К тому же, диапазон невысоких мощностей светового потока светодиодов делает такую конструкцию малопригодной для обеспечения нормированной искусственной освещенности при большой высоте установки. Кроме того, в данной конструкции образуется обратный свет по причине отражения светового потока светодиодных модулей от граней коллиматора в виду широкой кривой силы света (КСС) излучающих модулей и прозрачности линз (фоконов), не препятствующих обратному распространению светового потока светодиодов, что снижает световую эффективность и КПД светильника.
Известен ресурсосберегающий гибридный светильник для совмещенного освещения по патенту на полезную модель RU №170978, опубл. 17.05.2017 г., МПК F21S 19/00. Он содержит два оптических каскада. Верхний оптический каскад (система естественного освещения) выполнен в виде полого трубчатого световода, расположенного внутри бордюра и защищенного флешингом. Внутри бордюра, который устанавливается на кровле, ниже флешинга закреплена квадратная монтажная панель, выполненная, например, из материала с высокой теплопроводностью - алюминия. ПТС верхнего оптического каскада герметично установлен в центральном отверстии монтажной панели, и его конец выступает за нижнюю плоскость монтажной панели. Нижний оптический каскад содержит кратное число светодиодных модулей, концентрированно размещенных по углам квадратной монтажной панели и соединенных с блоком питания. Светодиодные модули своей излучающей поверхностью направлены внутрь полого световода, который в нижнем оптическом каскаде состоит из двух частей: переходного конусообразного элемента и полого цилиндра. Переходный элемент выполнен в виде усеченного конуса, образующего «воронку», который основанием закреплен на монтажной панели. Конструкция содержит также датчик освещения, соединенный с блоком питания светодиодных модулей. Благодаря этому создается определенный уровень освещенности совмещенного освещения в помещении и высокая энергетическая эффективность осветительной системы. Кроме этого, в бордюре над монтажной панелью выполнены лючки, чем обеспечивается беспрепятственный доступ для производства сервисных и ремонтных работ светодиодного блока модульного типа без разборки ПТС и применения подъемных механизмов и устройств. Тем самым упрощается и многократно удешевляется обслуживание гибридного светильника в сравнении с предыдущими аналогами. Конструкция гибридного светильника по RU №170978 позволяет установить на монтажной панели определенное количество светодиодных модулей для получения светового потока искусственного света в диапазоне от уровня, равного световому потоку естественного света ПТС, до уровня, кратно его превосходящего. К тому же, благодаря эффективному охлаждению светодиодных модулей на поверхности монтажной панели, можно увеличивать их мощность. По технической сущности и результатам гибридный светильник по RU №170978 является наиболее близким к заявляемому гибридному светильнику и принят за прототип.
Недостатками известной конструкции являются:
1) наличие конусообразного переходного элемента, обращенного основанием усеченного конуса по направлению светового потока, образуя «воронку», обусловливает эффект обратного отражения от поверхностей «воронки» световых потоков, поступающих по оптическому каналу. Отраженный световой поток (обратный свет) является причиной уменьшения светового КПД системы до уровня ниже 50%;
2) выполнение монтажной панели в форме квадрата. Такая конструкция допускает размещение светодиодных модулей только в углах квадратной монтажной панели, отсекаемых диаметром трубы ПТС верхнего оптического каскада. Поскольку углы имеют ограниченную площадь, такая конструкция резко сужает площадь пространства для размещения светодиодных модулей и, соответственно, мощность гибридного светильника.
3) конструкция светильника по прототипу не обладает достаточной жесткостью, а в случае использования листового алюминия для изготовления монтажной панели для обеспечения жесткости и надежности конструкции требуется увеличивать толщину панели. Это повышает стоимость светильника, поскольку алюминий относится к цветным металлам и имеет высокую цену.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью, заключается в повышении КПД передачи светового потока и повышении надежности, простого в обслуживании и ремонте гибридного светильника.
Решаемая проблема позволяет повысить энергоэффективность гибридного светильника.
Техническая проблема и получаемый при ее решении технический результат достигаются следующим образом.
Заявляемый ресурсосберегающий гибридный светильник, как и прототип, содержит два оптических каскада: верхний и нижний. Верхний оптический каскад выполнен в виде полого трубчатого световода, размещенного внутри бордюра. Сверху бордюра установлен флешинг. Внутри бордюра ниже флешинга закреплена монтажная панель с центральным отверстием, в котором герметично, выступая концом за нижнюю плоскость монтажной панели, установлен полый трубчатый световод верхнего оптического каскада. Нижний оптический каскад в заявляемом светильнике, как и в прототипе, содержит полый световод и светодиодные модули, направленные своей излучающей поверхностью внутрь полого световода. Светодиодные модули герметично закреплены в отверстиях, выполненных на монтажной панели, и соединены с блоком питания. Светильник содержит также датчик освещенности, связанный с блоком питания. Как и в прототипе, в бордюре над монтажной панелью выполнены лючки.
В отличие от прототипа заявляемый ресурсосберегающий гибридный светильник дополнительно содержит два монтажных цилиндра. Один монтажный цилиндр с помощью ребер жесткости закреплен сверху на монтажной панели, выполненной в виде кольца. Второй монтажный цилиндр жестко закреплен на монтажной панели снизу. В совокупности монтажные цилиндры (верхний и нижний) и ребра жесткости обеспечивают высокую механическую прочность и надежность конструкции и позволяют использовать материал для панели малой толщины, что обеспечивает малый вес (оптимизация массогабаритных характеристик) и снижение цены панели. Отличием является также то, что световод нижнего оптического каскада выполнен по всей длине в виде цилиндрической трубы. Трубы световодов обоих оптических каскадов герметично установлены и закреплены своими боковыми поверхностями в соответствующих монтажных цилиндрах.
В заявляемой конструкции световод нижнего оптического каскада выполнен по всей длине в виде цилиндрической трубы, тем самым исключен конусообразный переходный элемент в системе искусственного освещения, который применяется в прототипе. Такая конструкция обеспечивает увеличение КПД оптической системы светового тракта нижнего оптического каскада до 99%. Размещение труб световодов в монтажных цилиндрах, жестко закрепленных на монтажной панели, позволяет получить жесткую и прочную конструкцию, а также упрощает сборку осветительной системы в целом. В результате у заявляемой конструкции повышаются механическая прочность и надежность, снижаются световые потери, что, в свою очередь, положительно сказывается на повышении КПД гибридного светильника. Кольцеобразная монтажная панель, в сравнении с квадратной монтажной панелью прототипа, обладает большей площадью для размещения светодиодных модулей и, соответственно, обеспечивает более высокую мощность гибридного светильника. Высокий КПД, повышенная мощность и надежность повышают общую энергоэффективность осветительной системы.
Таким образом, заявляемый гибридный светильник, сохраняя все достоинства прототипа (простоту монтажа, удобство для сервисного обслуживания и ремонта), обладает КПД, превосходящим КПД прототипа почти в 2 раза, повышенной механической прочностью и надежностью.
На чертеже схематически представлен заявляемый ресурсосберегающий гибридный светильник в продольном сечении.
Светильник состоит из нескольких частей, соединенных между собой сборочными операциями и находящихся в функционально-конструктивном единстве. Он содержит верхний оптический каскад в виде полого трубчатого световода 1, установленного внутри бордюра 3 с флешингом 2, который обеспечивает надежную гидроизоляцию. Для производства работ в бордюре 3 в зоне свободного объема выполняются сервисные лючки 4. Внутри бордюра 3 закреплена монтажная панель 5 с посадочными гнездами под светодиодные блоки модульного типа 6. Монтажная панель 5 может быть выполнена из нержавеющей стали. Светодиодные блоки модульного типа 6 вмонтированы в посадочные гнезда монтажной панели 5 так, что обеспечивают герметичное соединение панели 5 и блоков 6. По внутреннему диаметру кольца монтажной панели 5 сверху установлен монтажный полый цилиндр 7, который служит для соединения ПТС 1 меньшего диаметра с монтажной панелью 5. Монтажный полый цилиндр 7 имеет высоту, достаточную, чтобы обеспечить возможность механического соединения с трубой ПТС. Труба ПТС заходит внутрь отверстия монтажного полого цилиндра 7 и монтажной панели 5 и герметично крепится механически снаружи к монтажному полому цилиндру 7. Снизу по внешнему диаметру кольца монтажной панели 5 устанавливается монтажный полый цилиндр 8, который служит для соединения трубы 9 (большего диаметра) нижнего оптического каскада с монтажной панелью 5. Труба 9 заходит внутрь монтажного полого цилиндра 8, примыкая к монтажной панели 5, и герметично крепится снаружи механическим способом. Между монтажными цилиндрами 7, 8 и трубами световодов 1, 9 установлены элементы герметизации. Излучающие светодиодные модули 10 светодиодных блоков 6 направлены излучающей поверхностью внутрь полого световода 9. На верхней поверхности монтажной панели 5 радиально установлены, как минимум, три ребра жесткости 11, с помощью которых монтажная панель 5 и полый цилиндр 7 соединены друг с другом. Монтажная панель 5, ребра жесткости 11 вместе с монтажными полыми цилиндрами 7, 8 обеспечивают жесткость и прочность всей конструкции. Выступающий за пределы нижнего монтажного цилиндра край кольца монтажной панели 5 зафиксирован на упорах 12 в бордюре 3, что обеспечивает надежное и простое крепление. Строительно-монтажная конструкция выполнена таким образом, что между верхним световодом 1, бордюром 3, флешингом 2 и панелью 5 образован свободный объем, достаточный для производства работ по обслуживанию светодиодного блока 6 со светодиодными модулями 10. При этом обслуживающий персонал находится на поверхности кровли 13 здания на уровне сервисных лючков 4. В рабочем состоянии сервисные лючки 4 закрываются дверцами. Датчик постоянной освещенности 14 в конкретном примере расположен на бордюрном флешинге снаружи. Блок питания светодиодных модулей может быть расположен как внутри бордюра 3, так и на внешней стороне бордюра 3 в отдельном ящике.
Полезная модель промышленно применима. Она может быть многократно использована с достижением указанного технического результата. Работа гибридного светильника заключается в следующем. С помощью световода 1 осуществляется передача естественного светового потока в помещение. Внутренняя отражающая поверхность световода без потерь передает световой поток в помещение. Свет, пройдя в результате многократных отражений через полость световода 1, поступает в световод 9 и по световоду 9 через рассеиватель в помещение. Датчик освещенности 14 работает в постоянном режиме и контролирует уровень светового потока, поступающего в помещение, активируя светодиодное освещение, когда уровень светового потока достигает минимального порога. Если уровень светового потока достаточный, датчик 14 отключает светодиодные модули 10.