光源与设计基础课件

光源与（照明）设计基础复旦大学（室内照明设计国际培训班）2007.12.14照明好坏的判据照明水平（照度）视场中的亮度分布眩光的防护光的空间分布色温和显色性能nm400450400450550600650700750500500550600650700750nm汞和太阳的可见辐射光谱光源的四个发展阶段1234普通白炽灯白炽灯是根据热辐射原理制成的白炽灯的主要部件为灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头卤钨灯光产生原理与白炽灯一致填充气体：添加卤素

(溴化物形式)耐高温的石英玻璃

减少灯丝的蒸发率，增加灯的寿命无泡壳黑化现象，光衰减少卤钨灯的类型低电压型:MR型卤钨灯是低电压型卤钨灯的代表,它由灯泡和反射镜封在一起,抛物面是由玻璃压制而成,内表面涂多层介质膜,卤钨灯的可见光被反射到需要照明的物体上,而所发射的红外线绝大部分透过反射镜被滤掉了MR型卤钨灯气体放电灯气体放电灯的结构示意图B为泡壳,A和C为电极,G为填充气体A为阳极,C为阴极放电灯工作电路示意图荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为253.7nm的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极荧光灯的工作原理气体放电灯的负伏－安特性负阻特性限流装置

-补偿负阻特性

启动装置

-克服启动时气体较冷条件下的高电阻细管径荧光灯荧光灯近来荧光灯的细管径化开发日趋活跃，除现已大量生产上市的T8(26mm)灯外，又先后研制了T5(16，5mm)、T2(7mm)的超细管径荧光灯。T8直管荧光灯的典型参数型号功率色温（K）显色指数（Ra）光通量（lm）长度（mm）TLD36W/29TLD36W/33TLD36W/54TLD36W/827TLD36W/840TLD36W/865TLD36W/930TLD36W/940TLD36W/965TLD32W/830HFTLD32W/840HF3636363636363636363232290041006200270040006500300040006500300040005163728585859595968585285028502500335033503250235023502300320032001213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.6

飞利浦‘TL’5系列荧光灯参数灯管型号光色代码光通量（lm）光效（lm·W-1）灯电压（V）灯电流（mA）直径（mm）长度（mm）灯头´TL´514W/8271350968417017.0563.2G5/830135096/835135096/840135096/850130093/865125089´TL´521W/827210010012317017.0863.2G5/8302100100/8352100100/8402100100/850200095/865195093´TL´528W/827290010416617017.01163.2G5/8302900104/8352900104/8402900104/8502800100/865270096´TL´535W/827365010420517017.01463.2G5/8303650104/8353650104/8403650104/8503500100/865340097高压钠灯金属卤化物灯的主要部件电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头单泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳单端型陶瓷电弧管金属卤化物灯金属卤化物灯的主要类型陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长利浦直管单端陶瓷金属卤化物灯的参数标称功率（W）泡壳形状工作电流（A）电弧长度（mm）额定平均寿命（h）额定初始光通量（lm）平均光通量（lm）相关色温（K）显色指数39T-60.535.012,0003400260030008170T-60.987.012,0006600520030008170T-60.987.012,00066005280400092150T-61.89.012,00014,00010,800300085150T-61.89.0600012,70010,160400096

利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱左边3000K，显色指数82－85；右边4000K，显色指数90－93单色光LED的应用举例trafficsignalvideoscreenAutomotivebrake/tailturn/markerInGaNAlInGaPAlInGaPAlInGaPAlInGaPInGaNInGaN10-Mar-9929白光LED灯的寿命技术寿命

:

灯点燃到不能工作的时间。平均寿命

:在测试当中，50%的灯不能工作时所点燃的时间。经济寿命

:

当综合光输出下降到某一百分比时所点燃的时间(室外70%,室内80%是可接受的数据)灯的寿命灯寿命:下图为TL84系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对关系常用照明电光源的主要特性比较光源种类普通照明白炽灯管形、单端卤钨灯低压卤钨灯直管形荧光灯紧凑型荧兴灯荧光高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯额定功率范围（W）10~150060~500020~754~2005~5550~100035~100035~3500光效（lm/W）①7.3~2514~3014~3060~10044~8732~5564~14052~130平均寿命（h）1000~20001500~20001500~20008000~150005000~1000010000~2000012000~24000300~10000亮度（cd/m2）②107~108-104(5~10)×104-105（6~8）×106（5~7）×106显色指数（Ra）95~9995~9970~95＞8030~6023~8560~90相关色温（K）2400~29002800~33002500~65002500~650055001900~28003000~6500启动稳定时间（min）瞬时1~4s10s③或快速④4~84~10再启动时间（min）瞬时1~4s10s③或快速④5~1010~1510~15闪烁不明显普通管明显，高频管不明显明显电压变化对光通输出的影响大较大较大大较大环境温度变化对光通输出的影响小大较小耐震性能较差较好好较好好是否有附件无有⑤有注：①光效为不含镇流器损耗时的数据。②指发光体的平均亮度。③电感式镇流器。④电子式镇流器。⑤一体化紧凑型荧光灯可视为“无附件”。随着制灯技术的发展，这些参数都会变化，这里是2000年数据。

光度量及其单位光源光通量(流明)光强(坎德拉)眼睛亮度(坎/平方米)照度(勒克斯)从光源到眼睛光度量及其单位光通量:(LuminousFlux)-光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量,以F表示.单位:流明(lm)例如:当发出波长为555nm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光度量及其单位---光通量所谓发光效率(简称光效)是指一个光源(一般指照明用电光源)所发出的光通量F与该光源所消耗的电功率P之比:

h=F/P

光效(lm/W) 光源 200 低压钠灯 130 高压钠灯 100 /80荧光灯 90 金卤灯 85 CFL 70 标准荧光灯 65 汞灯 25 卤钨灯 15 白炽灯光度量及其单位---发光效率光强度:(LuminousIntensity)光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向上的光强度(简称光强),以I表示.单位:坎德拉(cd)光度量及其单位---光强度d球面度d流明

I=光通量立体角=照度流明面积(m2)单位面积接受到的光通量单位:勒克斯lx符号:E光度量及其单位---光照度流明x(设计系数)面积E=100000LUX10000LUX对各种场所或活动形式的推荐照度值400--500Lux200--300Lux光亮度:(Luminance)光源在某一方向的光亮度(简称亮度)是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量.以L表示.L(亮度)=dI/dScosq单位:坎/平方米(cd/m2),它直接影响人眼的主观感觉.照度一定时,物体的反射率越大,亮度越高:L=kE对余弦辐射体,M=pL光度量及其单位---光亮度某些实际例子光度量及其单位---光亮度作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低,但不低于其1/3:当照度为500~1000lx时:作业区墙壁的亮度应为50~100cd.m-2,其反射率为0.5~0.8作业区天棚壁的亮度应为100~300cd.m-2,但不能大于500cd.m-2室内照明的亮度分布空间的亮度分布光度量及其单位-相互关系______只对余弦辐射体色温和显色性

色温(Tc)简单地说是用黑体的开氏温度(单位K)表示光源的颜色.开氏温度为摄氏温度加上273例如:2700K烛光色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色色温的含义和相关色温2700K 炽白色3000K 暖白色3500K 白色4000K 冷白色5000K 日光色6500K 冷日光色色温(Tc)色温和照度低照度 暖色高照度 冷色白天补充自然光 高色温转播 特殊要求

色温和色表色温和色表及其照度的关系色表:人眼直接观察光源时看到的颜色.用色坐标、色温等参数来描述.为产生舒适的照明照度与光源色温的关系色温和照度的关系显色性显色指数:反映被照物体颜色的真实度.用8种标准试验色(1-8)比较待测光源的显色和太阳光下的显色差异度的平均值称为平均显色指数Ra.特殊显色指数:如R9~12分别表示红,黄,绿,蓝标准色彩;R13表示皮肤色；R14表示植物色.显色性是指光源的光照射到物体上产生的客观效果,评价显色性的方法:光谱带法,试验色法.1357911132468101214计算显色指数的色板nm400450400450550600650700750500500550600650700750nm汞和太阳的可见辐射光谱低压钠灯的光谱分布眩光的防止与立体感的表现IlluminanceLuminance空间的光分布决定了视觉光环境视觉光环境--眩光眩光的种类和定义:眩光:当视场中某光源或物体的亮度比眼睛已适应的亮度大得多时,人就会有眩目的感觉,此现象称为眩光.眩光分为不舒适眩光和失能眩光.不舒适眩光:造成不舒适感觉的眩光.失能眩光:造成可见度下降的眩光.眩光来源有直接眩光-由观察者视场中的明亮的发光体(如灯具)引起的眩光和间接眩光-观察者在光泽表面中看到发光体的像时产生的眩光注意:眩光相当于使背景亮度增加,对比度下降水的反射眩光灯具的直接眩光反射眩光和直接眩光视觉光环境--眩光眩光的分级:根据作业和活动的种类决定防止眩光－遮光器保护角:在过灯具开口面的水平线和刚能看到光源发光部的视线之间的夹角a;对于磨砂泡或有荧光粉涂层的灯,整个灯是发光体;对于透明泡壳,钨丝或电弧管才是发光体截光角:与保护角互余,指水平线和视线之间的夹角b对最小保护角的要求视觉光环境--眩光视觉光环境--眩光的控制眩光的控制:眩光敏感观察区:偏离垂直方向450~g的角度范围,角度g为: g=arctan(a/hs) 式中hs为灯具在观察者眼睛上方的高度,a为最远观察者到最远灯具的距离,g的最大值为850控制眩光的方式:适当的灯具保护角合理的安装高度安装位置工作面的表面情况视觉光环境--阴影与立体感?为了形成舒适的立体效果,必须很好地控制定向光和漫射光的比例?光的方向性不能太强,否则形成的阴影太生硬,反而给人不舒适的感觉?光不能太扩散,完全的漫射光不能形成阴影,使客体看起来十分平淡I垂直与水平照度之比:

在主观察方向的垂直照度与水平照度之比应不小于0.25

各种场所对灯性能的要求及推荐的灯种（CIE·1983）

下表注：①各种使用场合都需要高光效的灯，不但灯的光效要高，而且照明总效率要高，同时应满足显色性的要求，并适合特定场所的其他要求。②光输出值高低按以下分类：高：大于10000lm，中：3000~10000lm，小：小于3000lm。③显色指数的分级如下：ⅠA：Ra≥90；ⅠB：90＞Ra≥80；Ⅱ：80＞Ra≥60；Ⅲ：60＞Ra≥40；Ⅳ：Ra＜40。④色温的分级如下：1：＜3300K；2：3300~5300K；3：＞5300K。⑤各种灯的符号：白炽灯－I：钨丝白炽灯,H：卤钨灯;高压钠灯－S：标准型,I．C：改显色型,H．C：高显色型;荧光灯－S:标准型，H．C：高显色型，3：三基色型，C:紧凑型；