建筑照明设计

建筑照明设计第一页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

§1基本概念

一、光通量、发光强度、亮度和照度的含义⑴光通量光的特点：

①光以一种能量的形式从一个物体直线传播到另一个物体，光的传播不需要任何媒介。②光通过物质时将改变其传播方向，光是粒子束，光线的方向也是波传播的方向。③光的本质是电磁波。④在波长宽阔的电磁波中，可见光仅占很小的一部分，光的颜色与相应的波段：紫外线波谱的波长在1-380nm之间，可见光波长380-780nm之间，红外线波谱的波长在780-105nm之间，1nm=10-9m。紫外线和红外线是人眼看不见的光线。光通量是光源在单位时间内向周围空间辐射并引起光感能量大小。第二页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

光通量式：

式中

——波长为的光通量，（流明）；

——波长为的光谱光效率函数，无量纲；

——波长为的光辐射功率，。

多色光源的光通量：

···

（或任一波长：；多色光源的光通量：

式中——光谱光视效能的最大值，为一常数,对应于；——光谱分布的光通量，，积分上下限的变换是由于波长大于780nm，小于380nm的不可见光）。

照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量。例如，一只220V，40W的白炽灯发射的光通量为350

。

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⑵发光强度（光强）

在照明设计中，只知道光源所发出的总光通量是不够的，还必须了解光通量在空间各个方向上的分布情况。

发光强度：光源在某一个特定方向的单位立体角内（单位球面度内）所发出的光通量，称为光源在该方向的发光强度。

用符号表示：

式中——发光强度，（坎德拉）；

——光通量，（流明）；

——立体角，（球面度）。

1坎德拉（）=1流明（）/球面度（）

含义：发光强度就是向一定方向辐射的光通量的角密度。

对于向各方向发射光通量为均匀的发光体，在各个方向上的发光强度相等。此时，。

第四页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

⑶照度

物体表面所得到的光通量与这个物体表面积的比值，用表示。

式中——光通量，；

——面积，；

——照度，（勒克斯）。

照度为1，仅能辨别物体的轮廓。例如：

40白炽灯，1远处的照度30；

满月晴空的月光下为0.2；

晴朗的白天室内为100-500；

多云白天的室外为1000-10000；

阳光直射的室外为10000。

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⑷亮度

对在同一个照度下，并排放着的白色和黑色物体，人眼看起来有着不同的视觉效果，总觉得白色物体要亮的多。

亮度：表面上一点给定方向上的亮度，是包含这点的面元在该方向上的发光强度与面元在垂直于给定方向上的正投影面积之商。用符号表示，其表达式为

——亮度，（又称尼特）；

——发光强度，；

——面积，；

——表面法线与给定方向之间的夹角，（）。

光亮度考虑了光辐射的方向，从而可以表征发光表面在不同方向上的光学特性。第六页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

表

几种发光体的亮度

发光体名称亮度（）发光体名称亮度（）通过大气观测到的太阳表面钨丝灯表面微阴时天空亮度荧光灯表面在太阳直射下的绝对白色表面电视屏幕170~350人感觉舒适度的亮度小于。

为了增加感性认识，下表列出了几种发光体的亮度。

第七页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

小结：

四个常用的光度单位从不同的角度表达了物体的光学特性。

光通量——发光体发出的光能数量；

发光强度——发光体在某方向发出的光通密度，表征了光通量在空间的分布状况；

照度——被照面接受的光通量密度，用来鉴定被照面的照明情况；

亮度——发光体单位表面积上的发光强度，表征了一个物体的照亮程度。

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二、光与视角，建筑照明的种类⑴光与视角人眼识别物体的条件：a.物体的亮度程度及背景的亮度对比；b.物体的颜色、色对比和光的颜色；c.物体的大小和视距的视角大小；d.观察时间的长短等。视角：若刚刚能识别出来的两个点，那么这两点到眼睛连线的夹角θ。视力：视角θ的倒数，表明眼睛能识别细小物体程度的尺度。第九页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

⑵明视照明的基本条件

良好的光环境使人具有舒适感，在恶劣的照明条件下会使人感到不适，长时间后还会引起视觉疲劳和全身疲劳。良好的明视照明具备的条件：a.合理的照度水平，并具有一定的均匀度；b.适度的亮度分布；c.必要的显色性；d.限制眩目。照度是决定物体亮度程度的间接指标（直接指标为亮度）。

照明设计首先应符合规定的照度标准，来满足建筑及工艺的要求。第十页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

眩光：过高的亮度或强烈的亮度对比，则会引起眼睛的不舒适或者降低观察细部（或目标）的能力，这种视觉现象。眩光分为：（根据评价方法）不舒适眩光、失能眩光。不舒适眩光：由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜（过高的亮度）引起人眼的不舒适。失能眩光：强烈的亮度对比降低了人眼观察目标的能力（如进入电影院由明变暗引起的眼观察目标能力的下降）。直射眩光：由视野内未曾充分遮掩的高亮度光源所产生的眩光。反射发生在作业面上。反射眩光：由视野中的光泽表面反射所产生的眩光。发生在作业面以外。直射眩光、反射眩光应归入不舒适眩光。产生眩光的主要因素：

1)周围暗，此时眼睛能适应的亮度低；

2)光源的亮度小；

3)光源靠近视线；

4)光源的大小。第十一页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

光源的光色有两个含义：光源的色表和光源的显色性。

光源的色表：人眼观看光源发光的颜色称为光源的色表，（灯光的表观颜色）用“色温”表示。不同的光源有不同的色温，不同的色温给人以冷、中间、暖的外观感觉。色温/K外观效果

>5000冷

3300-5000中间

<3300暖当光源发光的颜色与黑体加热到某一温度所发出的光的颜色相同时，则黑体的绝对温度就称为该光源的色温。在任何温度下某物体能把投射到它表面的任何波长的能量全部吸收，该物体称为“黑体”。例如：橙色，色温2000K；2500K左右呈浅橙色；4500-7500K呈白色；白炽灯：色温2878K；荧光灯：日光色6500K，冷白色4300K，暖白色2900K。

[1K（开尔文）=1绝对温度，1℃=273K]第十二页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

物体的颜色是物体对所照射的光源光谱有选择地吸收、反射和透射的结果。人眼的光色感觉是没有分析光谱能力的。一个具有连续光谱的白色光源和另一个由红、绿、蓝组成的白色光源，看上去都呈白色，但光谱分布不同。物体是丰富多彩的，连续光谱的白色光源能使物体的颜色都显出来，而由红、绿、蓝组成的白色光源，只能真实地显示出红、绿、蓝三色，其它色谱则不能正确地显示出来。光源的显色性：光源照射到物体上所产生的颜色效果，即显现被照物体颜色的性能，通常用显色指数来表示。光源的显色性是由光源的光谱功率分布所决定的，要判定物体颜色，必须先确定光源。①标准光源：国际照明委员会（CommitteeofIlluminatingEngineering,CIE）规定了四种光源。1）标准光源A：2856K完全辐射体（黑体）发出的光；2）标准光源B：4874K代表直射阳光；3）标准光源C：6774K代表昼光；4）标准光源D65:6504K的合成昼光。目前常用A作为低色温光源的参照标准，D65为高色温光源的参照标准，来衡量在各种不同光源照明下的颜色效果。第十三页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

②显色指数：CIE制定了一种光源显色性的评价方法，采用“显色指数”表示光源的显色性。光源显色的优劣以显色指数定量评定，显色指数Ra的确定方法：1）选定一套共有8个代表性的色样；2）在待测光源与参照光源逐一进行比较，确定每种色样在两种光源下的色差△Ei；3）按照约定的定量尺度，计算每一种色样的显色指数Ri，

Ri=100-4.6△Ei

显色指数Ra是8个色样显色指数的算术平均值，光源的显色指数愈高，其颜色性愈好。与参照光源完全相同的显色性，其显色指数为100。，显色性优良；，显色性一般；，显色性较差。我国生产的部分电光源的显色指数：白炽灯（500W）荧光灯（日光色40W）荧光高压汞灯（400W）第十四页，共三十二页，2022年，8月28日2)按配光曲线第六章建筑照明设计

§2灯具分类及光学特性一、照明灯具的分类

⑴按光源情况分1)按类型分白炽灯、荧光灯等2)按数目分普通灯、组合花灯。⑵按控照器的情况分1)按结构形式即控照器结构的严密程度

a.开启式:普通灯具光源与外界直接接触；

b.保护式:有闭合的透光罩，如走廊吸顶灯等；

c.密闭式:透光罩将其内外空气隔绝，如浴室的防水防尘等；

d.防爆灯：严格密闭用于易燃易爆场所。

根据国际照明学会（CIE）的约定：以灯具上半球和下半球发射的光通百分比来区分配光特性，即主要分为：a.直射型灯具；b.半直射型灯具；c.漫射型灯具；d.半反射型灯具；f.反射型灯具等。第十五页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

各类型灯具的光通量分配比例及灯具示例。第十六页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

二、灯具的特性

⑴配光曲线

灯具的配光：一个光源配上了灯罩后，其光通量就要重新分配。灯具的配光以配光曲线表示。

配光曲线形象地描述了光强在空间各个方向上的情况，用平面图形来代表，并用极坐标绘制。

图极坐标表示的配光曲线

第十七页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

配光曲线分为四类：

1)均匀配光：不带反射器的灯泡；

2)深照配光：探照型灯具；

3)广照配光：广照型灯具；

4)余弦配光：搪瓷配照灯。

⑵光效率

由控照器输出的光通量与光源的辐射光通量之比值，即<1图常见类型的配光曲线

第十八页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

⑶保护角（遮光角）

指控照器开口边缘与发光体（灯丝）最远边缘的连线与水平线之间的夹角，即控照器、遮挡光源的角度tgγ=h/C

。

H：发光体（灯丝）至控照器下缘的高差；

C：控照器下线与发光体（灯丝）最远边缘的水平距离。

三、灯具的选择，布灯设计

⑴灯具的选择

在照明设计中，光源的选择是重要的环节之一。应根据被照对象和场所对光源特性（色调、显色性、效率和频闪效应等）的要求，选择光源。

图灯具的遮光角

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1）室内照明光源一般采用白炽灯、荧光灯或其它气体放电等。

2）厂房或大面积且由高挂条件的照明采用金属卤化物灯、高压钠灯等。

3）对显色要求高的场所采用显色指数较高的荧光灯、白炽灯等。在同一场所，当用一种光远不能满足光色要求时，可采用混光照明。⑵灯具布置的要求

确定灯具在房间内的具体位置：高度布置、平面布置。

1)灯具的高度布置计算高度h：灯具至工作面的高度。

第二十页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

悬吊高度应考虑的因素：a.保证电气安全；b.限制直接眩光；c.便于维护；d.与建筑尺寸配合；e.应防止晃动；f.提高经济性。

：垂度，：工作面高度；：悬吊高度。

图灯具竖向布置

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2)灯具的平面布置灯具平面布置方式分为均匀布置和选择布置两种，或两者结合形成混合布置。采用均匀布置的一般照明系统，灯具的平面布置考虑的因素：a.与建筑物结构配合，考虑功能、美观、防止阴影，方便施工；b.与室内设备布置情况相配合，尽量靠近工作面，但不应装在大型设备的上方；c.应保证用电安全，和裸露导电部分应保持规定的距离；d.应考虑经济性。第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

§3照明的基本要求介绍照度标准，照明质量。一、人工照度标准为保证照明设计满足一定的视力条件，根据国家的经济和电力发展水平，由国家有关部门颁布的数量依据。

我国现行的照度标准分工业建筑照度标准和民用建筑照度标准。⑴工业建筑照度标准《工业企业照度设计标准》⑵民用建筑照度标准是指工作区参考平面上的平均照度。上述二标准我国执行的是最低照度标准。

第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

二、照明质量照明设计是建筑电气设计的最基本内容之一。照明设计的目的：⑴根据具体场合的要求，正确地选择光源和照明器，确定合理的照明方式和布置方案；⑵在节约能源和资金的条件下创造一个人工的照明环境，满足人们生活、学习、工作的需要。良好的照明环境，不仅要满足照度的要求，还必须要有良好的照明质量。良好的照明质量包括：照度的均匀度、亮度分布、眩光的限制、显色性、照度的稳定性。第二十四页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

§4照明设计介绍照度计算的一般方法，照明设计的原则和程序。一、照明的一般计算方法照明计算是照明设计的主要内容之一，包括照度计算、亮度计算、眩光计算等。亮度计算和眩光计算比较复杂。在实际照明计算中，照明计算常常进行照度计算，当对照明质量要求较高时，都应进行计算。本节主要介绍照度计算。照明计算的方法很多，归纳起来可分为两类：

平均照度计算方法：用于计算平均照度以及所需灯的数量，适用于一般照明的照度计算。逐点计算法：用于计算某点的直射照度，其特点是准确度高，可以用来计算任何指定点的照度，一般适用于局部照明、采用直射光照器的照明、特殊倾斜面的照明和其他需要准确计算照度的场合。由于逐点计算法计算工作量大，本节不做详细介绍，仅介绍平均照度方法——单位容量法和利用系数法。第二十五页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

⑴照明计算的单位容量法1）估算法（初设中常用）建筑总用电量：P=ω×S×10-3kWP——建筑物（功能相同的所有房间）的总用电量，kW；ω——单位建筑面积安装功率，W/m2，查表；S——建筑物（或功能相同的所有房间）的总面积，m2。灯数（盏）n=P/pp——每盏灯泡的功率。第二十六页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

2）单位容量法（又称单位功率法）

已知灯的类型，计算高度、房间面积和照度。由照度查出单位建筑面积安装功率（W/m2），然后再和估算法相同的公式和步骤，求出总用电量和要安装的灯的盏数。第二十七页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

⑵利用系数法按照光通量进行照度计算，又称流明计算法（或流明法）。它是根据房间的几何形状、照明器的数量和类型来确定工作面平均照度的计算方法。落到工作面上的光通量可分为两部分，一是从灯具发出的光通量中直接落到工作面上的部分，另一是从灯具发出的光通量经室内表面反射后最后落到工作面上的间接部分。两者之和为灯具发出的光通量中最后落到工作面上的部分，该值与工作面的面积之比，称为工作面上的平均照度。若每次都要计算落到工作面上的直接光通量与间接光通量，计算变得相当复杂。为此，引入了利用系数的概念，即事先计算出各种条件下的利用系数，提供设计人员。第二十八页，共三十二页，2022年，8月28日第六章建筑照明设计

1）利用系数µ：由灯具光源发出的最后落到工作面上的光通量Φ与房内全部灯具辐射的总光通量nΦ0之比，µ=Φ/nΦ0。

n——房内灯具数；

Φ0——每盏灯具的辐射光通量，lm。为了求利用系数，许多国家都形成了一套自己的计算方法，法国的“实用照明计算法”、英国的“球带法”、美国的“带域——空间法”，国际照明委员会的“CIE”法等。我国照明界许多学者对利用系数的计算有过不同程度的探讨，目前采用的方法基本上是按美国的“带域——空间法”求得。2）影响利用系数的因素①灯具的效率：µ与效率成正比②灯具的配光曲线：向下