ch4.电气照明技术课件

1、张刘春设计20212021张刘春设计照度计算的任务：照度计算的任务： 1.根据照度标准的要求及其它条件根据照度标准的要求及其它条件(如灯具型式及布置、室如灯具型式及布置、室内环境条件等内环境条件等)，来确定灯具的数量和光源的功率；，来确定灯具的数量和光源的功率； 2.在灯具形式及布置等都已确定的情况下，计算己知照明在灯具形式及布置等都已确定的情况下，计算己知照明系统在被照面上产生的照度，用以校验被照面上的照度能否系统在被照面上产生的照度，用以校验被照面上的照度能否到达设计标准的要求。到达设计标准的要求。 照明工程中，最根本的照度计算主要有：照明工程中，最根本的照度计算主要有： 点照度计算：点照

2、度计算是以被照面上的一点为对象，点照度计算：点照度计算是以被照面上的一点为对象，计算不同形状、不同位置的灯具计算不同形状、不同位置的灯具(光源光源)在该点产生的直射照在该点产生的直射照度度(不考虑反射光通量产生的照度不考虑反射光通量产生的照度)。-直射照度计算直射照度计算 点照度计算适用于房间高大、反射光较少的场所，一般点照度计算适用于房间高大、反射光较少的场所，一般用于验算工作点的照度和被照面照度分布的均匀度。用于验算工作点的照度和被照面照度分布的均匀度。张刘春设计 平均照度计算：平均照度计算： 平均照度是以整个被照平面为对象，按被照面所得到的光通量除以被照面面积来计算被照面上的照度平均值。

3、 平均照度计算适用于灯具布置较均匀、墙和顶棚反射系数较高，且空间无大型设备遮挡的室内一般照明。张刘春设计 第一节点光源的点照度计算第一节点光源的点照度计算 点光源：点光源：当光源当光源(或灯具或灯具)的几何尺寸与光源到计算点之间的距的几何尺寸与光源到计算点之间的距离相比小得多时，就可以忽赂光源离相比小得多时，就可以忽赂光源(或灯具或灯具)本身的尺寸。本身的尺寸。 实践证明，在一般照明情况下，只要圆盘型发光体的直径不大于照射距离的1/5，线状发光体的长度不大于照射距离的1/4，按点光源进行照度计算其误差均小于5。 点照度计算的根本方法是距离平方反比法点照度计算的根本方法是距离平方反比法(或称距离

4、平方反或称距离平方反比定律比定律)。张刘春设计一、指向平面照度一、指向平面照度 指向平面是指与点光源某一照射方向垂直的被指向平面是指与点光源某一照射方向垂直的被照面，或者说是某一入射光正对着的平面。照面，或者说是某一入射光正对着的平面。 指向平面照度那么表示指向平面上某一点的法指向平面照度那么表示指向平面上某一点的法线方向照度，简称法线方向照度。线方向照度，简称法线方向照度。 图图4-1所示为点光源所示为点光源S在被照面在被照面N上上P点处所产生的直射照度，即指向平点处所产生的直射照度，即指向平面照度面照度_En。En正比于光源射向被照点的光强，与被照点的距离的平方成反比距离平方反比定律距离平

5、方反比定律。张刘春设计 二、水平面照度水平照度二、水平面照度水平照度 EhEh 水平面：水平面：与点光源的光轴垂直的平面。水平面照度：水平面照度：点光源在水平面上某点的法向方向照度。 点光源的水平面照度见图点光源的水平面照度见图4-2。式(4-3)说明：Eh与光源的光强及被照面与入射光线的夹角的余弦成正比，与光源至被照面计算点P的距离的平方成反比。张刘春设计代人式(4-3)，得式式(4-4)在实际照度计其中应用更为广泛。在实际照度计其中应用更为广泛。 在实际照明系统中，光源至计算点的距离随光源与计算点的相对位置的变化而变化，计算工作量较大。因为同一环境下的所有光源(或灯具)一般都具有相同的安装

6、高度(计算高度)h，可根据计算高度求水平面照度Eh，由图42知张刘春设计 三、倾斜面和垂直面照度三、倾斜面和垂直面照度 在实际工程中，被照面不一定都是水平的，有时是任意在实际工程中，被照面不一定都是水平的，有时是任意倾斜的。所以，点照度计算还应包括任意倾斜面和垂直面的倾斜的。所以，点照度计算还应包括任意倾斜面和垂直面的直射照度计算。直射照度计算。 在设计计算过程中，是利用的水平照度计算公式求解。在设计计算过程中，是利用的水平照度计算公式求解。最简单的计算方法是由点照度计算的距离平方反比定律，最简单的计算方法是由点照度计算的距离平方反比定律，分别求出同一计算点在水平面和任意倾斜面的法线方向照分别

7、求出同一计算点在水平面和任意倾斜面的法线方向照度，利用倾斜面的法线照度与水平照度之比，计算倾斜面度，利用倾斜面的法线照度与水平照度之比，计算倾斜面或垂直面的照度。或垂直面的照度。张刘春设计1点光源在不同平面上点光源在不同平面上P点的照度之比点的照度之比见图4-3所示。那么即点光源s在两个不同平面上同一点P的照度之比为光源至该平面的垂线长度之比。张刘春设计 2.倾斜面照度计算倾斜面照度计算 见图4-4所示。被照点P上的倾斜面照度与水平照度之比，即点光源倾斜面照度点光源倾斜面照度Ei张刘春设计 3垂直面照度垂直面照度Ev) 当倾斜角当倾斜角等于等于900时，此时的倾斜面即为垂直面，垂直面照时，此时

8、的倾斜面即为垂直面，垂直面照度为度为 四、实际照度计算公式四、实际照度计算公式 实际计算时还应考虑以下两个因素实际计算时还应考虑以下两个因素: 1.光强换算光强换算 2维护系数维护系数水平面照度水平面照度张刘春设计五、实用计算图表五、实用计算图表 1.空间等照度曲线空间等照度曲线张刘春设计空间等照度曲线适用于对称配光灯具的照度计算。空间等照度曲线适用于对称配光灯具的照度计算。张刘春设计2.平面相对等照度曲线平面相对等照度曲线平面相对等照度曲线平面相对等照度曲线适用于不适用于不对称配光灯具的照度计算。对称配光灯具的照度计算。张刘春设计 第二节线光源的点照度计算第二节线光源的点照度计算 线光源线光

9、源: 指宽度比长度小得多的光源指宽度比长度小得多的光源(灯具灯具)。 线光源的点照度计算采用的是方位系数法。线光源的点照度计算主要有: 水平面的点照度计算 垂直面的点照度计算二、线光源在水平面的点照度计算二、线光源在水平面的点照度计算见图见图411。张刘春设计根据线光源纵向配光特性的表示方法：根据线光源纵向配光特性的表示方法：考虑线光源纵向平面光强分布的以下形式A、C、D、E那么微线元dx在P点产生的指向线光源A端的法向方向照度为张刘春设计整个线光源在P点产生的法线照度En，即式中：式中：1 1 为方位角为方位角 F Fx x 为水平方位系数为水平方位系数 根据余弦定律，可得整个线光源在根据余

10、弦定律，可得整个线光源在P点的水平照度点的水平照度Eh，即，即考虑到灯具光源的实际光通量和维护系数，那么张刘春设计注意：水平方位系数不仅与方位角有关，还与注意：水平方位系数不仅与方位角有关，还与f()的形式有的形式有关！具有关！具有A A、B B、C C、D D、E E五类纵向配光线光源的方位系数可绘五类纵向配光线光源的方位系数可绘制成表格或曲线，设计时查得即可。见表制成表格或曲线，设计时查得即可。见表4-124-12。张刘春设计二、线光源在垂直面的点照度计算二、线光源在垂直面的点照度计算Ex见图见图4-13。张刘春设计A、C、D、E类：类：张刘春设计 三、特殊情况下的照度计算三、特殊情况下的

11、照度计算 计算点不在线光源端部垂直面内计算点不在线光源端部垂直面内 线光源不连续线光源不连续1.计算点不在线光源端部垂直面内计算点不在线光源端部垂直面内方法：方法：将线光源分段或延长，使各段线光源都有一个端部 与计算点在同一个垂直面内，分别计算各段线光源在该点产生的照度，然后求和即可。 见图4-15示。张刘春设计 2不连续线光源不连续线光源 见图见图4-16示。示。 1各段光源间距各段光源间距可按连续光源计算照度，但须乘以一个修正系数。2各段光源间距各段光源间距按实际段数分段计算，求代数和。按实际段数分段计算，求代数和。 四、应用线光源相对等照度曲线计算四、应用线光源相对等照度曲线计算 指由、

12、d、h、L之间的几何关系，按照它们与水平面相对照度的相互对应关系预先绘制的曲线图进行h计算。实际中，考虑实际灯具光源光通量、维护系数和计算高度后实际中，考虑实际灯具光源光通量、维护系数和计算高度后五、计算举例五、计算举例第三节第三节 平均照度计算平均照度计算 室内一般照明系统中，大多数场所都要求工作面上具有室内一般照明系统中，大多数场所都要求工作面上具有效均匀的照度，因而照度标淮中规定的不同场所参考面上的效均匀的照度，因而照度标淮中规定的不同场所参考面上的照度推荐值大多是指平均照度值，在工程实践中具有重要的照度推荐值大多是指平均照度值，在工程实践中具有重要的实际意义。实际意义。 平均照度的计算

13、通常采用利用系数法平均照度的计算通常采用利用系数法(也称为光通法或流也称为光通法或流明法明法)。由于利用系数法既考虑了由灯具直接投射到工作面上。由于利用系数法既考虑了由灯具直接投射到工作面上的光通量又考虑了室内各外表的光通量又考虑了室内各外表(墙壁、顶棚、地板等墙壁、顶棚、地板等)之间之间光通量的屡次反射影响，因此，在符适宜用条件的场合下，光通量的屡次反射影响，因此，在符适宜用条件的场合下，该方法能得到比较准确的计算结果。该方法能得到比较准确的计算结果。工作面上的平均照度就是落到工作面单位面积上的光通量工作面上的平均照度就是落到工作面单位面积上的光通量。 一、利用系数的有关概念一、利用系数的有

14、关概念 利用系数：利用系数：指经灯具的照射和墙、顶棚等的反射面投射到指经灯具的照射和墙、顶棚等的反射面投射到工作面上的光通量，与房间内所有光源发射出的总光通量之工作面上的光通量，与房间内所有光源发射出的总光通量之比。比。 物理意义：物理意义：表示照明光源光适量被利用的程度。表示照明光源光适量被利用的程度。相关因素：相关因素： 灯具的光强分布灯具的光强分布(配光特性配光特性) 灯具的效率、灯具的效率、 灯具的悬挂高度、灯具的悬挂高度、 房间的大小及形状房间的大小及形状 室内各反射面的反射比等。室内各反射面的反射比等。 在照明工程中，事先编制出不同灯具的利用系数表。设在照明工程中，事先编制出不同灯

15、具的利用系数表。设计计算时，只要知道了房间的空间特征和各外表反射比，即计计算时，只要知道了房间的空间特征和各外表反射比，即可从灯具的利用系数表中求得利用系数。可从灯具的利用系数表中求得利用系数。 1室形指数和空间系数室形指数和空间系数表征房间的尺寸和形状。表征房间的尺寸和形状。求取：求取：把房间分成三个空间把房间分成三个空间(或称为空腔或称为空腔)，如图，如图4-18所所示。示。灯具平面灯具平面-通过灯具光中心的水平面。通过灯具光中心的水平面。顶棚空间顶棚空间-灯具平面与房间顶棚灯具平面与房间顶棚 之间的空间。之间的空间。室空间室空间-灯具平面与工作面之间灯具平面与工作面之间 的空间。的空间。

16、地板空间地板空间-工作面与房间地板工作面与房间地板(面面) 之间的空间。之间的空间。最关键的是室空间！最关键的是室空间！ 可以将室空间看成是一个由墙、有效顶棚、有效地板三可以将室空间看成是一个由墙、有效顶棚、有效地板三个漫射面组成的长方体空间。室空间上下二个平面中，最个漫射面组成的长方体空间。室空间上下二个平面中，最受关注的是工作面受关注的是工作面(参考面参考面)，在大多数情况下，工作面是一，在大多数情况下，工作面是一个离地面具有一定高度的假想水平面。设计计算时，假设个离地面具有一定高度的假想水平面。设计计算时，假设没有特别说明，工作面的高度可按我国没有特别说明，工作面的高度可按我国?民用建筑

17、照明设计民用建筑照明设计标准标准(GBJ1331990)中的规定来选取：中的规定来选取： 人们坐着工作时的参考面是离地人们坐着工作时的参考面是离地0. 75M的水平面。的水平面。 当人站着工作时，可根据当人站着工作时，可根据CIE推荐，把离地的水平面看推荐，把离地的水平面看作是参考面。作是参考面。1室形指数5室空间系数美国的带域-空间法室空间系数室空间系数顶棚空间系数顶棚空间系数地板空间系数地板空间系数即室形指数与室空间系数呈互为倒数关系。即室形指数与室空间系数呈互为倒数关系。2有效空间反射比有效空间反射比(1)有效顶棚反射比有效顶棚反射比 顶棚空间有两局部外表组成：顶棚空间有两局部外表组成：

18、 一是实际顶棚外表一是实际顶棚外表 二是顶棚空间局部的墙面二是顶棚空间局部的墙面顶棚主间的有效反射比：指光源投射到顶棚空间内，经顶棚主间的有效反射比：指光源投射到顶棚空间内，经屡次反射后重新射出灯具平面的光通量之和与第一次射屡次反射后重新射出灯具平面的光通量之和与第一次射入顶棚空间的光通量之比。入顶棚空间的光通量之比。 常用有效顶棚反射比来代替顶棚空间的有效反射比，常用有效顶棚反射比来代替顶棚空间的有效反射比，记作记作cc。即。即 (2)有效地板反射比有效地板反射比 地板空间的反射光通量较少，对房间照度的影响较小，因此在照明计算中一般不考虑家具等物件对反射光通量的影响。用有效地板反射比fc来代

19、替地板空间的有效反射比，即 3墙面平均反射比墙面平均反射比 室空间有效反射比：室空间各外表的反射光通量之和与射室空间有效反射比：室空间各外表的反射光通量之和与射入室空间墙面的光通量之比。入室空间墙面的光通量之比。 为了简化计算，往往把室空间墙面看成是一个具有相同为了简化计算，往往把室空间墙面看成是一个具有相同反射比的均匀漫射面，其反射比可以用墙面平均反射比来表反射比的均匀漫射面，其反射比可以用墙面平均反射比来表征。征。 一般情况下，门对墙面平均反射比的影响较小；窗对墙面平均反射比的影响较大。如果其它局部的墙面均有相同的反射比，那么墙面平均反射比w为平均照度计算的简化模型平均照度计算的简化模型：

20、房间是一个长方体的空间，四周是反射比为w的墙面，上有反射比为cc的(等效)顶棚，下有反射比为fc的(等效)地板，房间各面都具有均匀漫反射特性。 根据灯具的利用系数表和计算公式，计算出工作面上的平均照度。二、平均照度计算二、平均照度计算计算一般照明平均照度的最主要的方法是计算一般照明平均照度的最主要的方法是利用系数法利用系数法。 1根本计算公式根本计算公式利用系数法的两种应用情况：利用系数法的两种应用情况：1在房间特性和灯具数量的情况下，计算工作面上的平在房间特性和灯具数量的情况下，计算工作面上的平均照度。均照度。2在房间特性和照明要求的情况下，计算到达照明要求在房间特性和照明要求的情况下，计算

21、到达照明要求所需灯具的数量。所需灯具的数量。2计算步骤计算步骤 (1)按照灯具的布置及房间的数据，确定房间的空间系数；按照灯具的布置及房间的数据，确定房间的空间系数； (2)计算有效空间反射比和墙面平均反射比；计算有效空间反射比和墙面平均反射比； (3)根据所选用灯具的利用系数表，确定利用系数根据所选用灯具的利用系数表，确定利用系数U； (4)根据房间环境的污染特征，查表根据房间环境的污染特征，查表4-1确定维护系数确定维护系数K； (5)利用式利用式(4-36)或式或式(4-37)进行计算。进行计算。 3确定利用系数确定利用系数U时应注意的问题时应注意的问题 (1)每一种灯具都有自己的利用系

22、数表，计算时不同型号每一种灯具都有自己的利用系数表，计算时不同型号灯具的利用系数表不能混用。灯具的利用系数表不能混用。 (2)在灯具的利用系数表中，室空间系数一般都是整数在灯具的利用系数表中，室空间系数一般都是整数(110)，假设实际计算得到的室空间系数不是表中的整数时，假设实际计算得到的室空间系数不是表中的整数时，可以用直线内插法进行计算。可以用直线内插法进行计算。x=x2+(y2-y0)(x1-x2)/(y2-y1) (3)灯具利用系数表中的反射比都是灯具利用系数表中的反射比都是10的整数倍，假设的整数倍，假设计算得到的反射比不是计算得到的反射比不是10的整数倍时，可四舎五入。的整数倍时，

23、可四舎五入。 (4)灯具的利用系数表是按有效地板反射比为灯具的利用系数表是按有效地板反射比为20编制的，编制的，假设计算得到的假设计算得到的fc值不是值不是20时，那么应适当修正。见附时，那么应适当修正。见附录录1-4。 (5)灯具利用系数表中有效顶棚反射比及墙面反射比均为灯具利用系数表中有效顶棚反射比及墙面反射比均为零的利用系数，用于室外照明设计。零的利用系数，用于室外照明设计。 四、平均照度的简化计算四、平均照度的简化计算 利用系数法在求利用系数时需要插值计算和修正，利用系数法在求利用系数时需要插值计算和修正，致使计算过程相对复杂。假设对计算精度要求不高时，致使计算过程相对复杂。假设对计算精度要求不高时，可利用灯具的概算曲线或单位容量计算表，使计算过