第2章--照明设计(新)

1、21 光量及光与视觉 一、一、 光量及单位光量及单位 人眼所感觉到的光是电磁波谱中很窄的一部分，它的波长范围约在380760nm之间，这段波长的电磁波称为可见光；波长在10380nm之间的光称紫外光；波长在78034000nm之间的光称为红外线，也称红外光。 （1 1）光通量）光通量是指光源在单位时间内向周围空间辐射出去的、能引起光感的电磁能量。单位为光瓦或流明1光瓦=683流明（lm） （2 2）发光强度（简称光度）发光强度（简称光度）是指光源在某一特定方向上单位立体角（单位球面度）内的光通量。单位为坎德拉（cd） 1cd=1lm/1sr （3 3）照度）照度是指被照面积上所接受的光通量。即

2、是光通量的表面密度。E=d/dA单位为勒克斯（lx） 1lx=1lm/1m2 照度第一定律：正入射时，在离开光源为r的某一上点的照度 E= I / r2 （图图2-2）照度第二定律：当被照面与入射不垂直时，面上的照度遵守余弦定律（4） 、亮度照亮和亮度的关系l自学三、 光与视觉 光对人眼的视觉有3个最重要的功能：识别物体形态(形态感觉)、颜色(色觉)和亮度(光觉)。人眼能辨别颜色，是由于人眼的视网膜上有两种感光细胞，称为圆柱细胞和圆锥细胞，它们都能接受光的刺激产生明亮的感觉。但是，这两种细胞的感光性能并不相同，圆锥细胞对光的感受性较低，只在明亮条件下起作用，圆柱细胞对光的感受性较高，但只在昏暗

3、的条件下才起作用。这两种细胞对光感的光谱灵敏度也不同，圆锥细胞最大灵敏度在频率为f=5.4x1014Hz处，而圆柱细胞最大灵敏度在频率f5.9x1014Hz处。这就形成了明暗两种视觉的“工作制”。黄昏，暗视觉圆柱细胞工作时，冷色光显得明亮，而在白天亮度较高，即明视觉圆锥细胞工作时，暖色光显得明亮。圆柱细胞虽然对光感受性很高，但它却不能分辨颜色；而圆锥细胞感受光刺激时，才有颜色感觉，即只有在照度较高比较明亮的条件下，才有好的色感。在低照度的暗视觉中，色感则很差，此时，各种颜色的物体都给人以灰色之感。此外，由于人眼对光变化的感觉大致与亮度的对数成正比。故在较高照度下，增减10多个勒克斯并无明显的感

4、觉，若非突变，则不会察觉。因此，一般并不要求精确地将照度一般并不要求精确地将照度控制在某一数值上，只要求控制到一个合理控制在某一数值上，只要求控制到一个合理的范围的范围 眩光 视野中有较高的亮度或强亮度对比时，人眼睛就会感到不快，使可见度降低，这种现象称为眩光眩光。眩光有以下几种：(1)(1)直接眩光和反射眩光直接眩光和反射眩光当高亮度的光源、照明器、窗子等表面直接进入眼内所引起的眩光称为直接眩光，而发光体的光通过光泽表面反射入眼内而引起的眩光称为反射眩光。 (2)(2)减能眩光和不快眩光减能眩光和不快眩光凡能降低人眼视力的眩光称为减能眩光或失能眩光，凡使人产生不快感的眩光称为不快眩光，实际上

5、后者也是一种减能眩光。在书写文字或阅读材料时，由于纸面的扩散反射中含有少量的镜面反射，从而降低了视觉作业的对比度，好象在作业上蒙上一层“光幕”，这种反射眩光称为光幕反射。对于教室中的照明，应尽量减少黑板光幕反射的作用，以提高视觉功能和可见度。 产生眩光的主要因素产生眩光的主要因素 1）周围暗，此时眼睛能适应的亮度很低）周围暗，此时眼睛能适应的亮度很低; 2）光源的亮度高）光源的亮度高; 3）光源靠近视线）光源靠近视线 4）光源的表观面积和数量。）光源的表观面积和数量。 产生眩光的种类分为产生眩光的种类分为 直射眩光、反射眩光直射眩光、反射眩光 和光幕眩光。和光幕眩光。室内照明中眩光的评价和计算

6、方法，有些采用眩光指数来表明眩光的程度（定性的）：难以观察的、可以接受的、不舒适的、难以忍受的等。实用的方法是：限制光源的亮度和表观面积，这里限制的范围与人眼、灯具间的相对位置有关。 第第2节节 常用电光源常用电光源 电光源有钨丝白炽灯、卤钨灯、荧光高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯等，种类很多，但按发光原理可以分为热辐热辐射电光源射电光源和气体放电光气体放电光源两大类。 一、 电光源的种类 第一代电光源从发光原理来说属于热辐射光源，即普通的白炽灯，它是通过钨丝白炽体高温辐射来发光的。其中可见光部分仅占很小的比率，紫外线很少，绝大部分是红外线，可见光部分约占23左右，白炽灯的光视效能很低，仅为1

7、0181mW，寿命比较短，约为1000小时。第二代电光源是气体放电光源。气体放电光源是利用蒸气的弧光放电或非金属电离激发而发出可见光，如荧光灯、氙灯等。它们的共同特点是光效高、寿命长。荧光灯的光视效能为25671mW，平均寿命为20003000小时，高压汞灯的光视效能为30501mW，寿命为25005000小时，氙灯的光视效能为20371mW，寿命稍短，约为5001000小时。第三代电光源仍属气体放电光源，但为高效的气体放电，它的光视效能达1001mW，寿命较长，达20003000小时。金属卤化物和高压钠灯、低压钠灯均属第三代电光源。 （三）几种常用的照明电光源（三）几种常用的照明电光源1、白

8、炽灯、白炽灯 （1）原理）原理 白炽灯是最早出现的光源。即所白炽灯是最早出现的光源。即所谓第一代光源，它是将灯丝加热到谓第一代光源，它是将灯丝加热到白炽的程度，利用热辐射发出可见光。白炽的程度，利用热辐射发出可见光。（2）特点）特点 白炽灯具有显色性好，结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，白炽灯具有显色性好，结构简单，使用灵活，能瞬时点燃，无频闪现象，可调光，可在任意位置点燃，价格便宜等特点。无频闪现象，可调光，可在任意位置点燃，价格便宜等特点。因其极大部分辐射为红外线，故光效最低。因其极大部分辐射为红外线，故光效最低。 由于灯丝的蒸发很快，所以寿命也较短。白炽灯的色温约为由于灯丝的蒸发很快，所以

9、寿命也较短。白炽灯的色温约为24002900K。（3）种类）种类白炽灯的种类很多，有普通型白炽灯的种类很多，有普通型 磨砂型、磨砂型、 漫射型、漫射型、 反射型、反射型、 装饰型装饰型 、局部照明灯泡、局部照明灯泡 、水下灯泡等。水下灯泡等。2、卤、卤 钨钨 灯灯 （1） 原理原理 白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁，使白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁，使 灯泡射出伪光通愈来愈低。为了减缓这种进程，通常在灯泡内灯泡射出伪光通愈来愈低。为了减缓这种进程，通常在灯泡内 充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。充以惰性气体以抑制钨丝的蒸发。 如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微量的卤

10、素物质，如果在玻壳内所充填的惰性气体另加入微量的卤素物质，利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨，因利用卤钨的再生循环作用，被蒸发的钨与卤素结合成卤化钨，因灯管内壁具有很高的温度而不能附着其上，通过扩散或对流到高灯管内壁具有很高的温度而不能附着其上，通过扩散或对流到高温的灯丝附近又被分解为卤素和钨，其中钨吸附在灯丝表面，卤温的灯丝附近又被分解为卤素和钨，其中钨吸附在灯丝表面，卤素又和蒸发出来的钨反应，防止管壁发黑。素又和蒸发出来的钨反应，防止管壁发黑。 灯管所充的卤素为碘或溴。溴比磺的化学性活泼，所以清洁灯管所充的卤素为碘或溴。溴比磺的化学性活泼，所以清洁管壁的效果更好。溴乃无色

11、透明，故溴钨灯较碘钨灯的光效高，管壁的效果更好。溴乃无色透明，故溴钨灯较碘钨灯的光效高，色温也有所提高。色温也有所提高。（2）特点）特点 它与白炽灯比较，光效提高它与白炽灯比较，光效提高30，寿命增长，寿命增长50%。卤钨灯。卤钨灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好等特点。这种灯多用于较大空间、要显色性好和光通维持性好等特点。这种灯多用于较大空间、要求高照度的场所，其色温特别适用于电视转播摄象照明。求高照度的场所，其色温特别适用于电视转播摄象照明。 3、荧、荧 光光 灯灯 （1）原理）原理 荧光灯是

12、所谓第二代光源，它是一种低压汞蒸气放电灯。荧光灯是所谓第二代光源，它是一种低压汞蒸气放电灯。 电感式镇流器：电感式镇流器：（2）特点）特点 荧光灯具有表面亮度低，表面温度低，荧光灯具有表面亮度低，表面温度低，光效高，寿命长，显色性较好，光通分布光效高，寿命长，显色性较好，光通分布均匀等特点。它被广泛用于进行精细工作、均匀等特点。它被广泛用于进行精细工作、照度要求高或进行长时间紧张视力工作的照度要求高或进行长时间紧张视力工作的场所。场所。 荧光灯的额定寿命，是指每开关一次荧光灯的额定寿命，是指每开关一次燃点燃点3小时而言。开关频繁时，使灯丝所小时而言。开关频繁时，使灯丝所涂发射物质很快耗尽，缩短

13、了灯管的使用涂发射物质很快耗尽，缩短了灯管的使用寿命，因此它不适宜用于开关频繁的场所。寿命，因此它不适宜用于开关频繁的场所。 4、高、高 压压 汞汞 灯灯 （1）原理）原理（2）特点）特点 高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等特点。但启高压汞灯具有光效高、耐震、耐热、寿命长等特点。但启动时间较长，不宜于作室内照明光源，也不能单独做为事故照动时间较长，不宜于作室内照明光源，也不能单独做为事故照明光源。多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广明光源。多用于车间、礼堂、展览馆等室内照明，或道路、广场的室外照明。场的室外照明。 高压汞灯的寿命通常是按每启动一次点燃高压汞灯的寿命通常是按每启动

14、一次点燃5小时计算的，小时计算的，如果开关频繁则寿命缩短。如果开关频繁则寿命缩短。 5、高、高 压压 钠钠 灯灯 （1）原理）原理（2）特点）特点 高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维高压钠灯具有光效高、紫外线辐射小、透雾性能好、光通维持性好、可任意位置点燃、耐震等特点，但显色性差，平均显色持性好、可任意位置点燃、耐震等特点，但显色性差，平均显色指数为指数为21。它广泛用于道路照明，当与其它光源混光后，可用于。它广泛用于道路照明，当与其它光源混光后，可用于照度要求高的高大空间场所。照度要求高的高大空间场所。 6、金、金 属属 卤卤 化化 物物 灯灯 金属卤化物灯是近年发展起来的

15、所谓第三代光源，它与高压汞金属卤化物灯是近年发展起来的所谓第三代光源，它与高压汞灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加充发光的金属卤灯类似，但在放电管中除了充有汞和氢气外，还加充发光的金属卤化物（以碘化物为主）。化物（以碘化物为主）。 金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短。金属卤化物灯发光效率高、显色性能好、但平均寿命短。（1）镝灯）镝灯（2）钠铊铟灯）钠铊铟灯222 电光源的主要参数 （1 1）额定电压和额定电流）额定电压和额定电流指电光源在规定的工作电压下，流过电光源的工作电流。在额定状态下工作时，电光源的光视效能最高。（2 2）额定功率）额定功率 这是指灯泡或灯管在额定

16、状态下所消耗的有功功率。 （3 3）发射光通量和光视效能）发射光通量和光视效能电光源的发射光通量(即光通量输出)是指其在额定状态下工作时发出的光通量；光视效能是电光源每消耗1W电功率所发出的光通量。发射光通量和光视效能都是随着使用时间的延长而逐渐降低的，它们是表征电光源经济效果的参量。 （4 4）寿命）寿命电光源的寿命有全寿命、有效寿命和平均寿命之分。全寿命全寿命是指光源不能再启燃发光的使用时间；有效寿命有效寿命是指电光源的发光强度(或光通量)下降到初始值的70时的使用时间；平均寿命平均寿命是每批抽样试品有效寿命的平均值。一般所指的一般所指的寿命是指平均寿命寿命是指平均寿命。 （5 5）光谱能

17、量分布）光谱能量分布光谱能量分布函数表示电光源发射各种频率或波长的光的成份和相对强度的分布状况。按频率或波长所对应的相对强度绘制的曲线称为该电光源相对光谱能量分布曲线。 （6 6）光色）光色 人眼观察光源所发出光的颜色，称为光源的色色表表。光源照射到物体上所显现的颜色的性能，称为光源的显色性显色性。色表和显色性构成了光源色表和显色性构成了光源的光色，光源的色表和显色性之间没有必然的的光色，光源的色表和显色性之间没有必然的联系。联系。因为具有不同的光谱能量分布的光源可能有相同的色温，但显色性可能差别很大。如：荧光高压汞灯的光谱成分和日光接近，光色发亮如同日光，但光谱能量分布和日光相差很大。（图2

18、-10，表2-1，表2-2） 三 多种光源的混合使用 在一种光源不能达到照明效果时，可在同一场所采用多种光源混合照明。例如，高压汞灯虽然是功率大并且光视效能高的一种光源，但它的光色较差，不宜在室内单独使用，可以与白炽灯(或碘钨灯)混合使用，称为混光。混光使用的主要目的混光使用的主要目的是提高光的显色性是提高光的显色性。 混光光通比FH按下式定义： %100白炽灯光通高压汞灯光通高压汞灯光通HF 当FH2.4m，电气车间，电气车间2m，民用，民用建筑无此要求建筑无此要求,取决于房间高度。取决于房间高度。限制直接眩光限制直接眩光 按最低悬挂高度确定。按最低悬挂高度确定。防止晃动防止晃动 垂度垂度0

19、.7m备用照明备用照明 照度不低于一般照明的照度不低于一般照明的10。安全照明安全照明 照度不低于一般照明的照度不低于一般照明的5。疏散照明疏散照明 主要通道上的照度不低于主要通道上的照度不低于0.5lx。（三）值班照明（三）值班照明（四）警卫照明（四）警卫照明（五）障碍照明（五）障碍照明（三）水平布置（三）水平布置主要考虑照度均匀度主要考虑照度均匀度 满足灯具的距高比满足灯具的距高比L/H。当布置不为矩形时，有其距离的求法。当布置不为矩形时，有其距离的求法。一般离墙距离（一般离墙距离（1/31/2)L,有工作面时，有工作面时，取（取（1/41/3)L。4照明光照设计步骤照明光照设计步骤收集原

20、始资料收集原始资料确定照明方式和种类、并选择合适的确定照明方式和种类、并选择合适的照度。照度。确定合适的光源。确定合适的光源。选择照明器的型式，并确定型号。选择照明器的型式，并确定型号。合理布置照明器。合理布置照明器。进行照度计算，并确定光源的安装功进行照度计算，并确定光源的安装功率。率。根据需要计算室内各面亮度和眩光评根据需要计算室内各面亮度和眩光评价。价。2、室内装饰照明的常用方式、室内装饰照明的常用方式（1）花吊灯作为室内装饰重点）花吊灯作为室内装饰重点（2）点光源吸顶或嵌入式直射光灯）点光源吸顶或嵌入式直射光灯（3）光带和光盒）光带和光盒（4）空间枝形网状照明）空间枝形网状照明（5）全发光天棚）全发光天棚（6）光檐照明）光檐照明十一、水景装饰照明十一、水景装饰照明 1、水中照明方式、水中照明方式 2、水中照明灯具、水中照明灯具十二、人工照明标准十二、人工照明标准 就是保证照明设计的结果使人的眼睛能轻松地、清晰地把就是保证照明设计的结果使人的眼睛能轻松地、清晰地把被观察物从背景上分辨出来，即满足一定的视力条件，根据国被观察物从背景上分辨出来，即满足一