Эффективность светодиодных устройств в оповещении о пожаре



Устройства визуальной сигнализации (VAD) используются для предупреждения глухих и слабослышащих людей в случае пожара, а также для бесшумного оповещения, когда это необходимо. Эффективность VAD, большинство из которых представляют собой ксеноновые или светодиодные мигающие устройства, в привлечении внимания людей имеет решающее значение для обеспечения надежных предупреждений. В этом исследовании изучалась эффективность VAD с использованием одного ксенонового устройства и пяти различных светодиодных устройств с различной длительностью светового импульса.

Отправить заявку

Светодиодные VAD могут быть спроектированы так, чтобы генерировать широкий спектр типов импульсов с различной степенью эффективности при предупреждении о пожаре. С ростом возможностей современных светодиодов частный клиент поручил BRE исследовать, могут ли мигающие сигналы светодиодов и при каких условиях быть такими же эффективными, как сигналы ксенона.

Это исследование, проведенное группой BRE по обнаружению пожаров на ее испытательном полигоне, исследовало:

  • относительную производительность ксеноновых и светодиодных (с длительностью светового импульса ≤ 40 миллисекунд) VAD,

  • эффект уменьшения длительности импульса в светодиодных устройствах,

  • эффект от использования тепло-белых и холодно-белых светодиодных устройств,

  • влияние уровня окружающего освещения,

  • предложение изменить константу, используемую в формуле Блонделя-Рея.

Расчет эффективности VAD

Стандарты испытаний по всему миру используют формулу Блонделя-Рея для расчета эффективной силы света (Ieff), выраженной в канделах (кд), импульсов, генерируемых ксеноновыми и светодиодными VAD. Этот расчет используется для оценки эффективности предупреждения устройства.

Для расчета эффективной силы света световой поток от одного импульса интегрируется по времени и делится на сумму постоянных 0,2 секунды (с) и длительности импульса (в секундах). Согласно формуле Блонделя-Рея, эффективная сила света может быть одинаковой для ксенонового устройства, дающего высокую пиковую интенсивность при очень короткой длительности импульса (обычно менее 1 мс), и светодиодного устройства с очень низкой пиковой силой, которое может производить очень длинные импульсы (до 200 мс). Если рассчитанные значения из них одинаковы, то реакции человека на прямое представление обоих должны быть схожими.

Однако, хотя в основе формулы Блонделя-Рея лежит исследование, включающее прямое наблюдение за источниками света, фактически визуальные предупреждения чаще всего выявляются при непрямом зрении, т. е. видении света периферийным зрением. Это заставило многих усомниться в пригодности формулы для оценки устройств пожарной сигнализации, предназначенных для оповещения людей. Отчеты о других исследованиях в этой области включают предложение Центра исследования света (LRC) о том, что более подходящим является использование измененной константы — 0,01 с вместо 0,2 с.

В этом исследовании специально изучалась относительная реакция людей на ксеноновые и светодиодные мигающие устройства с более короткой длительностью импульса (≤ 40 мс), а также для проверки предложения LRC для постоянной формулы. Также было исследовано влияние цветовой температуры светодиодных устройств с использованием комбинации холодного белого и теплого белого светодиодов VAD.

Методология тестирования

Длительность импульса и эффективная сила света шести протестированных устройств VAD показаны в таблице.

Для тестирования различных устройств участники-добровольцы сидели за столом перед экраном со следующими уровнями окружающего освещения:

  • Условия окружающей среды: 500 люкс на столе и 200 люкс на экране.

  • Условия низкой освещенности: 250 люкс на столе и 100 люкс на экране.

Условия тестовой комнаты

Параметры испытательного помещения, такие как его размеры, расположение осветительных приборов и уровни отражения всех поверхностей, были введены в программу DIALux. Программа использует эти данные вместе со спецификациями из базы данных осветительных приборов, чтобы определить наиболее подходящую настройку для получения требуемых уровней освещенности. Программа DIALux определила четыре настенных светильника, которые с диммерным выключателем наиболее точно соответствовали бы этим требованиям.

Неравномерное распределение освещения на экране могло быть фактором, влияющим на реакцию испытуемых, если бы они были более приспособлены к обнаружению изменений контраста. Используя моделирование и освещение стен, эта переменная контролировалась, и было достигнуто относительно равномерное освещение экрана и столешницы в условиях высокого и низкого уровня окружающего освещения.

Тесты распределения света были выполнены на шести различных устройствах, чтобы определить их пиковые уровни освещенности и эффективное распределение освещения. Данные, полученные в результате этих тестов, были нанесены на диаграмму цветового контраста, чтобы дать визуальное представление на экране напротив устройства (на расстоянии 5 м) эффективного светового контраста и эффективного распределения освещения. Xenon VAD был изменен с использованием двух фильтров, чтобы получить показанное распределение, поскольку исходное распределение от устройства было больше похоже на распределение от прожектора.

Эти распределения считались аналогичными с точки зрения пиковых эффективных освещенностей, прямо напротив устройств, в точках (0, 0) и эффективных распределений освещенности.

Отбор участников и процедура тестирования

Три основные переменные, которые были определены как потенциально влияющие на ответы участников-добровольцев, включали пол, возраст и то, носили ли они очки. Наборы из 12 участников были отобраны с учетом пола (муж/жен), очков (да/нет) и возрастной группы (<40, 40-60, >60). Было установлено, что для получения достаточных статистических данных потребуется восемь наборов, всего 96 участников.

С добровольцами, соответствующими этим демографическим профилям, связались, используя базу данных добровольцев исследовательского проекта BRE. Им сказали, что работа является частью исследовательского проекта офисной среды, в рамках которого изучается, насколько хорошо люди могут концентрироваться при различных условиях освещения и звука, выполняя письменный тест на арифметику и понимание. Добровольцев также проинформировали о том, что есть шанс получить денежное вознаграждение за наивысший результат в тестах.

Эксперимент был разработан, чтобы отвлечь участников от истинной цели теста, а призовые деньги внесли соревновательный элемент, который привлек их внимание во время испытаний и не позволял им смотреть на мигающий свет.

Участников усадили за стол перед экраном, и им было предложено выполнить два письменных упражнения. Им было наказано поднять руку, если они заметят мигающий свет, а затем продолжить тест. Мигающие сигналы от шести устройств предъявлялись индивидуально всем участникам в случайном порядке. Их вспыхивали по одной с расстояния 19 м, а затем постепенно приближали к экрану, пока испытуемые не реагировали. Устройства были выровнены таким образом, чтобы ось нормали находилась прямо над головой испытуемого и на расстоянии 2 м от земли.

Два зацикленных звуковых файла типичной офисной обстановки воспроизводились в фоновом режиме на уровне 45±5 дБ. Это служило для того, чтобы заглушить звуки хлопающего Ксенонового ВАД, колес тележки, на которой устанавливались приборы, и меняющихся переключателей на блоке управления.

После теста у каждого участника было проведено короткое простое обследование периферического зрения, чтобы проверить любые необычные реакции (из-за нарушений зрения), которые могли бы исказить данные. Был получен совет от оптометриста о том, как выполнить базовый тест периферического зрения.

Дополнительные сведения о таких вопросах, как ограничения человеческого периферийного зрения, процесс отбора участников, профили пульса протестированных устройств, методология нормализации устройств, а также анализ выборки и демографических наборов, можно получить из доступного информационного документа.

Анализ и выводы: максимальная производительность

Измерения среднего расстояния реакции участника использовались для расчета эффективных уровней освещенности при максимальной производительности для каждого устройства как для условий высокого, так и для низкого уровня окружающего освещения. Низкий уровень эффективного освещения указывает на то, что требовалось меньше света, чтобы привлечь внимание участников к мигающим огням (т. е. они были видны с большего расстояния и, таким образом, были более эффективными).

Результаты показывают, что формула Блонделя-Рея не приводит к одинаковым эффективным уровням освещенности с точки зрения реакции участников для разных типов импульсов и длительности. Если бы это было так, то все значения при низких температурах окружающей среды были бы на одном уровне, как и все значения при высоких температурах окружающей среды.

По этим результатам были сделаны следующие выводы:

По мере сокращения длительности импульсов светодиодных устройств эффективность привлечения внимания возрастает (это верно как для теплого, так и для холодного белого света, как при высоком, так и при низком уровне окружающего освещения).

Ксеноновые и 10-миллисекундные светодиодные устройства холодного белого цвета были более эффективными, чем 20-миллисекундные светодиодные устройства холодного белого и теплого белого света, которые, в свою очередь, были более эффективными, чем 40-миллисекундные светодиодные устройства холодного белого и теплого белого света.

Отклики устройств со светодиодами с теплым белым светом и эквивалентных устройств с холодным белым светом находятся на одном уровне.

Реакции ксеноновых и 10-миллисекундных устройств со светодиодами холодного света были одинаковыми в условиях высокого и низкого уровня окружающего освещения, что указывает на то, что светодиодные устройства, работающие с более короткими импульсами, могут быть такими же эффективными, как и устройства с ксеноновыми лампами.

Константа Блонделя-Рея

Исследование, проведенное LRC, показало, что использование константы a=0,01 с более целесообразно, чем 0,2 с. Это было исследовано путем сравнения результатов всех шести типов устройств и использования коэффициента умножения для преобразования эффективных уровней освещенности, зарегистрированных для каждого из них.

Пересмотренные данные показали, что отклики пиковой производительности для светодиодных устройств были более сопоставимы; однако это не относится к устройству Xenon. Для ксеноновых устройств предлагаемая новая константа не подходит, поскольку длительность их импульса (обычно <1 мс) значительно короче, чем постоянная 0,01 с. При использовании этой константы длительность импульса ксенонового устройства практически не играет роли в знаменателе, который является частью уравнения Блонделя-Рея. Требуется дальнейшая работа над ксеноновыми устройствами с различной длительностью импульса и пиковой интенсивностью, чтобы определить подходящую формулу, которая приравняла бы их отклики к откликам светодиодных устройств.

Преимущества светодиодов

Одно из выявленных преимуществ использования светодиодных устройств заключается в том, что расположение одного источника света в линзе более способствует равномерному распределению света, что обеспечивает эффективное предупреждение по всему защищаемому пространству. Соответствие этому с использованием ксеноновой трубки в сложной конструкции, включающей линзу и различные отражатели, представляет собой сложную задачу. Таким образом, светодиодные устройства можно легко настроить так, чтобы они предупреждали людей, находящихся в любом месте в защищаемом пространстве, а не просто сильно освещали выбранные области.

Отправить заявку