电器知识讲座

1、9 照明的电气设计照明的电气设计9.1 电气照明的基本知识电气照明的基本知识9.2 常用照明电光源常用照明电光源9.3 工程（光照设计）应用工程（光照设计）应用9.4 照明的电气设计照明的电气设计9.5 电气照明平面布置电气照明平面布置9.1 电气照明的基本知识（第十章）电气照明的基本知识（第十章）现代物理学证实，关于光的本质有两种理论，即电磁理论和量子理论。光的电磁理论认为光是在空间传播的一种电磁波，而电磁波的实质是电磁振荡在空间的传播。光的量子理论则认为光是由辐射源发射的微粒流。一一 、 光的有关概念光的有关概念电磁波波谱图如图9.1所示。电磁波的波长范围极其宽广，光只是其中的一个范围。波

2、长小于380 nm的电磁辐射叫做紫外线；波长大于780 nm的电磁辐射叫做红外线。紫外线和红外线均不能引起人的视觉。从380 nm到780 nm这个波长范围的光叫做可见光。顾名思义，可见光能引起人的视觉。紫外线、红外线和可见光统称为光。光的量子理论可用来解释光的吸收、散射及光电效应等，而这些现象都无法用电磁理论来解释。总之，电磁理论是从宏观上来研究光，而量子理论则是从微观上来研究光。因此，光的两种理论并不是互相矛盾的。图9.1电磁波波谱图 电气照明中，常用的光度单位有光通量、电气照明中，常用的光度单位有光通量、 发光强发光强度、照度和亮度等。度、照度和亮度等。1234光通量光通量发光强度发光强

3、度照照 度度亮亮 度度 光 源 在 单光 源 在 单位时间内向位时间内向周围空间辐周围空间辐射出去的、射出去的、并能使人眼并能使人眼产生光感的产生光感的能量，称为能量，称为光通量。光通量。 简称光简称光强，它表示强，它表示光源向空间光源向空间某一方向辐某一方向辐射的光通量射的光通量密度。密度。 指单位被指单位被照面积上所照面积上所接受的光通接受的光通量，即被照量，即被照物体表面的物体表面的光通量密度。光通量密度。 表面上表面上的照度值和的照度值和反射的结果反射的结果。 二、二、 基本光度单位基本光度单位光源光源光通量光通量(流明流明)光强光强(坎德拉坎德拉)眼睛眼睛亮度亮度(坎坎/平方米平方米

4、)照度照度(勒克斯勒克斯)从光源到眼睛从光源到眼睛 光通量光通量: (Luminous Flux)-单位时间内光源发出可见光的总能量.通过人的视觉来衡量光的辐射通量。光源在单位时间内向周围空间辐射并引起人的视觉的能量大小，叫做光通量。光通量用符号表示，单位是lm（流明）。光通量的近似计算公式为： 例如例如:当发出波长为 555nm黄绿色光的单色光源,其辐射功率为1W时,则它所发出的光通量为683lm. 发光强度发光强度:(Luminous Intensity)-光源向一定方向单位立体角内发出的光通量.是光源在指定方向上单位立体角内发出的光通量，或叫做光通量的立体角密度。光强用符号I表示，单位是

5、cd(坎德拉)。1cd=1lm/1sr d d I =光通量光通量立体角立体角= 照度照度(Illuminance):入射于被照物体单位面积上的光通量.单位:勒克斯(lux,简写为lx),客观存在,与被照物和人的感受无关.E=照度照度光通量光通量面积面积d dS例如例如：用一只发光为1750流明的100瓦白炽灯泡照明一个339平方米的房间，其平均照度为 1750 / 9194.4勒克斯通常把物体表面所得到的光通量与这个物体表面积的比值叫做照度。照度用符号E表示，单位是lx(勒克斯)。 E=/S 1勒克斯=1流明/1平方米光通量和光强主要用来表征光源或发光体发射光的强弱，而照度用来表征被照面上接

6、收光的强弱。lmluxcdcd/m2cd/m2亮度亮度 单位面积内的光强，眼睛感受到的光强度。 和物体的反射率有关。通常把发光面发光的强弱或反光面反光的强弱叫做亮度，用符号L表示，L=I/S 单位是nt（尼特）1nt=cd/m2。 材料的反射、吸收、透射系数 在光的传播过程中，遇到介质时，会产生反射、吸收、透射现象 光通量 分别叫反射通量、吸收通量、透射通量。材料的反射系数：被材料反射出来的光通量值。常用建筑材料的反射系数。见表10-2三、三、 材料的光学性质材料的光学性质9.2 常用照明电光源（第十一章）常用照明电光源（第十一章）9.2.1 常用电光源常用电光源 热辐射光源是利用某种物质通电

7、加热而辐射发光的原理制成的光源，如白炽灯和卤钨灯等。1.白炽灯白炽灯白炽灯原理是电流将钨丝加热到白炽状态而发光的。白炽灯的性能特点是显色性较好，启动时间短，光效低。由于钨丝长期发热会使钨蒸发，附着在灯管壁上，这样会大大缩短白炽灯的寿命，因此白炽灯发光寿命短。一一 热辐射光源热辐射光源2.卤钨灯卤钨灯卤钨灯是在白炽灯的基础上改进制成的，其结构如图11.2所示。卤钨灯外壳大多采用石英玻璃管，灯头一般为陶瓷，灯丝通常做成螺旋形直线状，灯管内充入适量的氩气和微量卤素（碘或溴）。由于钨在蒸发时和卤素形成卤化钨，卤化钨在高温灯丝附近又被分解，使一部分钨重新附着在灯丝上，这样会提高灯丝的工作温度和寿命。图1

8、1.2卤钨灯结构 气体放电光源是利用汞或钠气体辐射的紫外线激活荧光粉发光的原理制成的光源，如荧光灯、高压汞灯和高压钠灯等。根据气体的压力不同，又分为低压气体放电光源和高压气体放电光源。1.低压气体放电光源低压气体放电光源低压气体放电光源包括荧光灯和低压钠灯，这类灯中气体压力低。由于原子辐射主要产生的是紫外线辐射，荧光灯管壁上涂有荧光粉，在紫外线辐射作用下形成复合光，主要是可见光。二、气体放电光源二、气体放电光源荧光灯是常用的一种低压气体放电光源，荧光灯的通电发光过程为：接通电源后，电源电压首先加在启辉器两端，双金属片受热膨胀接通，几秒钟后双金属片因为短接电阻为零不再产生热量，收缩断开。启辉器触

9、电断开的瞬间，镇流器产生的瞬时高压和电源电压一起加在灯管两端，激活管内的荧光粉，灯光点亮。荧光灯的结构如图8.5所示。总之，荧光灯的性能特点是启动时间较长，但是光效高，显色性较好，寿命较长。2.高压气体放电光源高压气体放电光源高压气体放电光源的特点是灯中气压高，原子之间的距离近，相互影响大，因此与低压气体放电光源有较大的区别。高压气体放电光源的负荷一般比较大，所以灯管的表面积也比较大，灯的功率也较大，也叫做高强度气体放电灯。高压汞灯（又叫水银灯）是一种高压气体放电光源，如图8.6所示。高压汞灯通电发光过程为：接通电源后，首先在两个电极之间产生辉光放电，发热管内温度上升，促使汞气化，当汞气化到一

10、定程度时，两电极之间开始弧光放电，灯管正式启燃。再由放电所辐射出来的紫外线激发外壳内壁的荧光粉变成可见光。在灯管点燃的瞬间，放电管内气压较低，随着放电发热管壁温度升高，汞气压增大，经过几分钟后，放电趋向稳定，灯管进入正常工作状态。高压汞灯的发光效率高，寿命长，但是显色性较差，通常用在对色彩分辨不高的街道、公路、施工工地等场合。图8.5荧光灯结构图8.6高压汞灯结构图(a) 结构；(b) 电路LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、

11、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。随着电子技术的发展，目前这种光源在交通、汽车、建筑领域的应用也越来越广泛。三、三、 LED光源光源1、LED光源发光效率高白炽灯、卤钨灯光效为12-24流明/瓦、荧光灯50-70流明/瓦，钠灯90-140流明/瓦、大部分的耗电变成热量损耗。 LED光效：可发到50-200流明/瓦，而且发光的单色性好。2、LED光源耗电量少 LED单管功率0.03-0.06瓦，用在同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯的万分之一，荧光管的二分之一，3、LED光源使用寿命长4、LED光源安全可靠性强发热量低、无热辐射性、冷光源、可

12、以安全抵摸，能精确控制光型及发光角度、光色和、无眩光、不含汞，钠元素等可能危害健康的物质。 5、LED光源有利环保 在电气照明设计中，为了满足建筑需求，保证照明质量，首先要根据电光源的性能指标，结合建筑环境特点来选择合适的电光源。电光源主要的性能指标是发光效率、寿命、显色性、启燃与再启燃时间、色温等，下面介绍常用光源的特点和应用场所。1.白炽灯白炽灯的特点是结构简单、成本低、显色性好、使用方便、有良好的调光性能。一般用于日常生活照明，工矿企业普通照明，剧场、舞台的布景照明以及应急照明等。9.2.2 常用电光源的选择常用电光源的选择2.卤钨灯卤钨灯的特点是体积小、功率集中、显色性好、使用方便。一

13、般用在电视播放、绘画、摄影照明等场所。3.荧光灯荧光灯的特点是光效高、显色性较好、寿命长。一般用在家庭、学校、研究所、工业、商业、办公室、控制室、设计室、医院、图书馆等场所。4.紧凑型高效节能荧光灯其特点是集白炽灯和荧光灯的优点于一身，光效高、寿命长、显色性好、体积小、使用方便。一般用在家庭、宾馆等场所。5.荧光高压汞灯其特点是光效较白炽灯高、寿命长、耐震性较好。一般用在街道、广场、车站、码头、工地和高大建筑的室内外照明，但不推荐应用。9.3 工程（光照设计）应用（第十二章）工程（光照设计）应用（第十二章） 一、灯具：在照明设备中，灯具的作用包括：合理布置电光源；固定和保护电光源；使电光源与电

14、源安全可靠的连接；合理分配光输出；装饰、美化环境。可见，照明设备中仅有电光源是不够的。灯具和电光源的组合叫做照明器。有时候也把照明器简称灯具，这样比较通俗易懂。值得注意的是，在工程预算上不要混淆这两种概念，以免造成较大的错误。9.3.1 照明器和照明装置的布置照明器和照明装置的布置灯具合理布置的方法灯具合理布置的方法距高比法（距高比法（L / h） L 灯具之间的间距灯具之间的间距 h 灯具的布置高度灯具的布置高度 H 房间高度房间高度 hF 工作面的高度工作面的高度 hc 灯具的垂度灯具的垂度 hs悬挂高度悬挂高度二、二、 灯具的布置灯具的布置 hs合理布置灯具除了涉及它的投光方向、照度均匀

15、度、眩光限制等，还关系到投资费用、检修是否方便等问题。在布置灯具时，应该考虑到建筑结构形式和视觉要求等特点。一般灯具的布置方式有以下两种：即均匀布置（灯具布置与设备位置无关）和选择布置（灯具布置与设备位置有关）。其中均匀布置比较美观均匀，所以一般照明用得较多。1.均匀布置灯具的均匀布置是指灯具间距按一定的规律（如正方形、矩形、菱形等形式）均匀布置，使整个工作面获得比较均匀的照度。均匀布置适用于室内灯具的布置。一般照明的布置，如图12-2所示。二、二、 灯具的布置灯具的布置-对称光源的布置对称光源的布置 对称配光灯具的距高比计算对称配光灯具的距高比计算正方形布置的灯具正方形布置的灯具 : L =

16、 L1 =L2长方形布置的灯具长方形布置的灯具: L = L1 L2菱形布置的灯具菱形布置的灯具 : L = L1 L2 部分灯具的最大允许距高比部分灯具的最大允许距高比2.选择布置灯具的选择布置是指为满足局部要求的布置方式。选择布置适用于有特殊照明要求的场所。非对称配光灯具的距高比计算：非对称配光灯具的距高比计算：LA-A/hc 、 LB-B/hc例题例题12-1 二、二、 灯具的布置灯具的布置非对称光源的布置非对称光源的布置计算照度是电气设计很重要的一个内容。根据房间特点、灯具的布置形式、电光源的数量及容量来计算房间工作面的均匀照度值；同时还可以根据房间特点、规定的照度标准值、灯具的布置形

17、式来确定电光源的容量或数量。以上两种方法都是平均照度的计算。某工作点的照度也可以根据灯具的布置形式、光源数量及容量来计算，这就是点照度的计算。9.3.2 平均平均照度的计算照度的计算 一、一、照度计算的目的照度计算的目的1.逐点照度计算法逐点照度计算法可以用来计算任何指定点上的照度。这种计算方法适用于局部照明、特殊倾斜面上的照明和其他需要准确计算照度的场合。一般在设计中用得比较少，在此不作详细介绍，如有需要可查阅其他资料。二、二、 照度计算的方法照度计算的方法2. 利用系数法求平均照度利用系数（用u表示）是指照明光源投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比。它可用来表征光源的光通量有效

18、利用的程度。（一）公式的引出：平均照度：Eav =接受/A 接受=被照面接受的总的光通量 lm A=被照面积（m2） 或者：Eav =U光源/A 光源=光源发出的光通量 lmU=照明器的光通利用系数（二）考虑减光系数M：接受=M U光源M =减光系数 M=K1 K2 K3 （三）平均照度计算的基本公式：Eav =（ N U M ）/A Eav =被照面上的平均照度 lx N=光源数量 ，只=每只光源的光通量 lm U=照明器的光通利用系数 M =减光系数 M=K1 K2 K3 A=被照面积（m2） 利用系数的选取： （1）确定房间的空间特征系数：房间的空间特征可以用空间系数表征。如图所示，将房

19、间横截面的空间分为三个部分，灯具出口平面到顶棚之间的叫顶棚空间；工作面到灯具出口平面之间的叫室空间；工作面到地面之间的叫地板空间。三个空间分别有各自的空间系数。fchrchcch工作面地板空间室空间顶棚空间 室空间系数：5()RCHLWRCRL W顶棚空间系数：5()RCCCRCHL WHCCRRCRL WH 地板空间系数： 5()FCFCRCHLWHFCRRCRL WH式中 hRC室空间高度（m）； hCC顶棚空间高度（m）； hFC地板空间高度（m）； L房间的长度（m）； W房间的宽度（m）。 （2）确定顶棚、地板空间的有效反射比和墙面的平均反射系数：射向灯具出口平面上方空间的光线，除一

20、部分吸收之外，剩下的最终还要从灯具出口平面向下射出。那么，可以把灯具开口平面看成一个有效反射比为j的假想平面。光在这假想平面上的反射效果同在实际顶棚空间的效果等价。顶棚（地板）空间有效反射系数由下式求得： 00AVjsAVsAVAAAA式中 AV（顶棚、地板）空间各表面的平均反射比； A0（顶棚、地板）的平面面积（m）； As（顶棚、地板）空间内所有表面的总面积（m）。 如果某个空间是由i个表面组成，则平均反射比为：iiAViAA式中i第i个表面的反射比； Ai第i个表面面积（m）。 （3）确定利用系数：在求出RCR、墙AV （墙面平均反射比） 、j（等效顶棚反射比）后，按灯具的利用系数计算表

21、就可查出其利用系数。如系数不是表中的整数，可用插值法算出对应值。附录表3、4给出常用灯具的利用系数表。利用系数法计算例1：某无窗厂房长L=10m，宽W=6m ，高H=3.3米，室空间高HRC =2.5m，地板空间高HFC=0.8m。室内表面反射比分别是：顶棚反射系数0.7，墙面反射系数0.5，地面反射系数=0.2。采用的是平圆型吸顶灯照明（光源光通量=2200lm ），其利用系数见表，顶棚上均匀布置灯具N=6 ，灯具吸顶安装，求距地面0.8m高的工作面上的平均照度？（设减光系数M=0.8）解：1、计算空间比RCR=5HRC *（L+W）/L*W=5*2.5*(10+6)/10*6=12.5*1

22、6/60=3.3 2. 求等效反射比 因直接安装在顶棚上，因此等效顶棚反射比为： j=0.7 因墙面无窗户，因此墙面的平均反射比为： 墙AV =0.5 3. 求利用系数表： 由j=0.7 ，墙AV =0.5 查表得到： RCR=3 U=0.37 RCR=4 U=0.32 利用内插法得到：如RCR=3.3 ，则 U=0.35 4. 计算平均照度 E=N*U*M/A=6*2200*0.35*0.8/10*6=61.6（lx）以上是相对比较简单的情况下的照度的计算。相对比较复杂的情况，如墙面上有窗户，灯具不装在顶棚上，照度的计算会更加复杂些！ 例例2 2 有一实验室长9.5m，宽6.6m,高3.6m

23、,在顶棚下方0.5m处均匀安装9盏简式荧光灯（光通量按2400lm），设实验桌高度为0.8m,实验室内各表面的反射比如图，试用利用系数法计算实验桌上的平均照度。 0.8m2.3m0.5m=0.1=0.3=0.5=0.8 解：解：1、求空间系数：5()5 2.3 (6.69.5)2.956.6 9.5RCHLWRCRL W0.8m2.3m0.5m=0.1=0.3=0.5=0.82、 求等效反射比：（1）墙面的平均发射系数：由于墙面仅一种材料，因此墙面的平均发射系数： 墙AV =0.5（2）顶棚的等效反射系数：0.8m2.3m0.5m=0.1=0.3=0.5=0.80.8 (6.6 9.5)0.5

24、 (0.5 6.60.5 9.5) 20.746.6 9.50.5 6.6 20.5 9.5 2iiAViAA 00000.74 62.70.690.778.80.74 78.80.74 62.7(62.7,(9.56.6)*0.5*278.8)AVjsAVsAVsAAAAAAA，取 3、确定利用系数：根据RCR2.95取RCR3，墙AV =0.5，j0.7,查表，得利用系数U0.70 4、求实验桌上的平均照度： 0.70 0.8 9 2400192.96.6 9.5UMNEavlxA 注意，上述计算并没有考虑实验室的开窗面积，如计入开窗面积的影响，平均照度将降低。 利用系数法求平均照度利用系

25、数法求平均照度例题12-2 一绘图室长14.6m，宽7.2m，室内高度3.2m，选用照明器型号YG1-1型40W单管型荧光灯进行布置，每只荧光灯的光通量为2200lm。其悬挂高度0.7m，灯15只。墙面采用白色涂料，顶棚面采用浅色塑料扣板。有5个高为2m，宽1.5m的一半玻璃窗，两个高2.2m，宽1.5m的木制门。试计算绘图室内的平均照度。3.单位容量法单位容量法是从利用系数法演变而来的，是在各种光通利用系数和光的损失等因素相对固定的条件下得出平均照度的简化计算方法。根据房间的被照面积和推荐的单位面积安装功率来计算房间所需的总电光源功率。如果选定电光源后，就可算出房间的光源数量。 光源的单位容

26、量是指在单位水平面积上光源的安装电功率，它实际上是光源电功率的面密度。即： 式中 PX单位容量(W/m)； PD房间安装光源的总功率(W)； A房间的总面积(m)。 单位容量法就是利用已经制作好的“单位面积光通量”或“单位面积安装电功率”数据表格进行计算。 已知条件在表上查得单位容量，室内照明的总安装容量为：室内需要的灯具数量为：式中 PL每盏灯具的光源容量（W）； N灯具数量（盏）。/XDPPA*DXPPADLPNP单位容量法：例题1【例1】某办公室的建筑面积为4.1 m5.6 m，采用不带反光罩的单管荧光灯照明。办公桌高0.8 m,灯具吊高3 m,设平均照度为150 lx，试计算需要安装3

27、0W的灯具的数量。【解】采用单位容量法计算。根据题意，h=3-0.8=2.2（m）,A=4.15.6=22.96（m2）, 平均照度为150 lx，由表12-4查得单位面积安装功率为Px=16.7 W/m2。每只灯具安装30 W荧光灯一只，即PL=30 W,则*16.7*22.96383.4DXPPAW383.413()30DLPNP只单位容量法计算平均照度例题12-3 照明器的计算高度2.5m，房间面积65m2，采用不带发射罩的单管荧光灯，设计照度打到150lx时，求房间总的安装电功率和当采用荧光灯，电功率为40W的照明器时，求照明器的只数。例题12-4 房间的面积39m2，采用荧光灯的型号

28、： YG-1-1，若满足平均照度100lx时，计算高度2m，确定荧光灯的数量。发光顶棚的照度计算例题12-5 小型会议室房间长10m，宽8m，高5m。发光顶棚采用塑料制品做透光面。发光顶棚长8m，宽6m。发光顶棚的表面距顶棚的距离为1.2m。光源采用40W的荧光灯（2200lm）。如果在工作面为0.8米的平面上形成不低于80lx的照度时，求荧光灯的只数。设C =0.7.花灯照明装置的照度计算例题12-6 一前厅，房间高5.5m，房间的长度为25m，宽度12m。采用半反射配光的花灯作为主要照明。如花灯的悬挂高度为1.5m，顶棚的反射系数0.7，墙壁反射系数0.5.要求在地面上形成不低于30lx的

29、照度值。若光源采用白炽灯时，求每只花灯上光源的总电功率，光源的数量和每只光源的电功率。9.4 照明的电气设计我国照明供电一般采用我国照明供电一般采用380/220V380/220V三相四线中性点直接接地的交流网络三相四线中性点直接接地的交流网络供电。供电。1 1正常照明正常照明 一般由动力与照明共用的变压器供电，如图一般由动力与照明共用的变压器供电，如图a a，在照明负荷较大的，在照明负荷较大的情况下，照明也可采用单独的变压器供电。情况下，照明也可采用单独的变压器供电。当生产厂房的动力采用当生产厂房的动力采用“变压器变压器- -干线干线”供电，对外有低压联络线时，供电，对外有低压联络线时，照明

30、电源接于变压器低压侧总开关之后；对外无低压联络线时，照明照明电源接于变压器低压侧总开关之后；对外无低压联络线时，照明电源接于变压器低压侧总开关之前，如图电源接于变压器低压侧总开关之前，如图b b；当车间变电所低压侧采用放射式配电系统时，照明电源接于低压配电当车间变电所低压侧采用放射式配电系统时，照明电源接于低压配电屏的照明专用线上，如图屏的照明专用线上，如图c c。对电力负荷稳定的厂房，动力与照明可合用供电线路，但应在电源进对电力负荷稳定的厂房，动力与照明可合用供电线路，但应在电源进户处将动力与照明线路分开，如图户处将动力与照明线路分开，如图d d。2 2事故照明事故照明供继续工作使用的事故照

31、明（备用照明）应接于与正常照明不同的供继续工作使用的事故照明（备用照明）应接于与正常照明不同的电源，当正常照明因故停电时，备用照明电源应自动投入。有时为电源，当正常照明因故停电时，备用照明电源应自动投入。有时为了节约照明线路，也从整个照明中分出一部分作为备用照明，但其了节约照明线路，也从整个照明中分出一部分作为备用照明，但其配电线路及控制开关应分开装设。配电线路及控制开关应分开装设。3 3局部照明局部照明机床和固定工作台的局部照明可接自动力线路，移动式机床和固定工作台的局部照明可接自动力线路，移动式局部照明应接至正常照明线路。局部照明应接至正常照明线路。4 4室外照明室外照明应与室内照明线路分开供电，道路照明、警卫照明的电应与室内照明线路分开供电，道路照明、警卫照明的电源宜接至有人值班的变电所低压配电屏的专用回路上。源宜接至有人值班的变电所低压配电屏的专用回路上。当室外照明的供电距离较远时，可采用由不同地区的变当室外照明的供电距离较远时，可采用由不同地区的变电所分区供电。电所分区供电。照明供电系统图常用的照明供电系统有图所示几种。 对正常照明，一般情况下都采用图a的动力与照明共用电力变压器供电的照明供电系统，其二