建筑光学第十五章 建筑照明

建筑光学第十五章建筑照明第1页，共65页，2023年，2月20日，星期一电灯发展经历了两个时期：第一个时期，从1879年到本世纪三十年代末的前五十年，这是白炽灯发明、改进和成熟的时代；第二个时期，三十年代末开始的是开发气体放电灯的时代，荧光灯的普及应用，是低压气体放电灯的时代；六十年代中期发明金属卤化物和高压钠灯为开端，由此进入了高压气体放电灯的照明时代。现代人工光环境的设计理论和应用技术是在电灯发展的第二个时期，高光效、多品种的气体放电灯问世以后才逐渐形成和完善的。第2页，共65页，2023年，2月20日，星期一15-1电光源一、热辐射光源

（一）普通白炽灯（二）卤钨灯（三）反射型白炽灯

二、气体放电光源

（一）荧光灯（二）高压汞灯（三）金属卤化物灯（四）高压钠灯

三、灯具（一）灯具的光特性（二）灯具分类第3页，共65页，2023年，2月20日，星期一从照明应用角度对灯的性能要求：

高光效—用少量的电获得更多的光；长寿命—耐用，光通衰减小；光色好—有适宜的色温和优良的显色性能；能直接在标准电源上使用；接通电源后立即燃亮；形状小巧，结构紧凑，便于控光。第4页，共65页，2023年，2月20日，星期一电光源的主要性能指标：光通量：表征灯的发光能力，以流明值表示。光效：灯发出的光通量与它消耗的电功率之比。寿命：有效寿命和平均寿命。平均亮度：灯的发光体的平均亮度，以表示。灯的色表：指灯光颜色给人的直观感受，以色温或相关色温为数量指标。显色指数：显色性能的定量指标。灯的起燃与再起燃时间。电特性：电源电压波动对灯的其它参数的影响。这些特性是评判灯的质量与确定灯的合理使用范围的依据。第5页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、热辐射光源（白炽灯）：热辐射光源发出的光是电流通过灯丝，将灯丝加热到高温而产生的。（一）普通白炽灯：组成：灯丝，外玻壳，充入气体与灯头灯部分。如图15-1。灯丝特点：现代白炽灯灯丝用熔点高（）蒸发速度较慢的钨制造。第6页，共65页，2023年，2月20日，星期一平均光效：只有左右；平均寿命：约为1000小时；通电即亮，显色性好，便于控光，价格便宜。电源电压的变化对白炽灯的工作性能有比较显著的影响，二者关系如图15-2。第7页，共65页，2023年，2月20日，星期一（二）卤钨灯将卤素元素（碘或溴）填入，它能和游离的钨合成气态碘化钨或溴化钨，它们靠近高温的钨丝时分解，钨附着在钨丝上。如此循环，消除了灯泡黑化，延长寿命，光效提高到20lm/W以上。卤钨灯管壁由耐高温的石英玻璃制造，使用时必须水平放置第8页，共65页，2023年，2月20日，星期一特点：在玻壳内表面有一层金属反射镀膜，使灯光射向预定的方向。这种反射器一般不会受到任何损伤、腐蚀或污染，因此使灯能保持高光输出。同时还可简化灯具设计。（三）反射型白炽灯：第9页，共65页，2023年，2月20日，星期一椭球形的反射面代替抛物面的改进。如图15-5。第10页，共65页，2023年，2月20日，星期一灯管两电极加上电压后产生气体放电，放电产生紫外线，紫外线激发管壁上的荧光粉发出可见光。直管型荧光灯的构造（如图）。二、气体放电光源（一）荧光灯：气体放电灯没有灯丝，它是借助两极之间气体激发而发光，称为冷光源。第11页，共65页，2023年，2月20日，星期一

荧光粉的成分决定灯的光效和颜色。目前，我国规定的荧光灯颜色仅有日光色（9500K）、冷白色（4300K）、暖白色（2900K）三种。平均光效60lm/w，寿命5000小时，显色指数90%以下（与光效矛盾）。三基色窄带荧光灯：光效90，显色指数85%以上。橙红（611nm）、绿（543nm）、蓝（450nm），窄带谱荧光粉。其它形状荧光灯如图。第12页，共65页，2023年，2月20日，星期一荧光灯线路如图。荧光灯的性能参数受电压变化的影响较小，但它的光效值随环境温度的变动而波动；另外开关次数对灯的使用寿命（一般5000小时）也有较大影响。第13页，共65页，2023年，2月20日，星期一节能的小型荧光灯（紧凑型荧光灯）如图SL灯和PL灯，其性能见表。第14页，共65页，2023年，2月20日，星期一结构如图。特点：发光呈蓝白色，包括黄、绿、蓝色线状光谱辐射，但缺乏红色，所以一般照明用的高压汞灯均在外玻壳内壁涂荧光粉以补充红色，改善灯的显色性。功率范围在之间，光效约，寿命为。（二）高压汞灯：第15页，共65页，2023年，2月20日，星期一结构类似于高压汞灯，只是在放电管内又添加了金属碘化物。金属卤化物灯与汞灯相比，不但提高了光效，显色性也有很大改进。（三）金属卤化物灯：（四）高压钠灯：结构如图。是目前一般照明应用的电光源中光效最高（）、寿命最长（）的灯。第16页，共65页，2023年，2月20日，星期一第17页，共65页，2023年，2月20日，星期一三、灯具：灯具：光源、灯罩及附件的总称。分装饰灯具和功能灯具。（一）灯具的光特性：配光曲线：其上的每一点表示灯具在该方向上的发光强度。因此，知道灯具对计算点的投光角，就可查到相应的发光强度，利用公式可求出点光源在计算点上形成的照度。如图。1.配光曲线和空间等照度曲线第18页，共65页，2023年，2月20日，星期一第19页，共65页，2023年，2月20日，星期一空间等照度曲线：（如图）只要知道灯的计算高度和计算点力灯具的水平距离，就可查出照度。第20页，共65页，2023年，2月20日，星期一2.消除眩光保护角：指灯罩边和发光体边沿的连线与水平面所成的夹角，如图。计算公式保护角光源亮度超过时，人眼就不能忍受。第21页，共65页，2023年，2月20日，星期一灯具效率：灯具发出的光通与光源光通之比，即取决于灯罩开口的大小和灯具材料的反光、投管系数。一般由实验得。3.灯具效率第22页，共65页，2023年，2月20日，星期一灯具通常按总光通在空间的上半球和下半球的分配比例分类的。一般可以分为直接、半直接、均匀漫射、半间接、间接等五种类型。各类灯具的光通分布见表。（二）灯具分类：第23页，共65页，2023年，2月20日，星期一特点：灯具利用率最高，有以上的光通向下照射。直接型灯具的光强分布大体可以分为三类：窄配光、中配光和宽配光，如图示。1.直接型灯具第24页，共65页，2023年，2月20日，星期一第25页，共65页，2023年，2月20日，星期一2.半直接型灯具特点：可在灯具上方发出少量的光线照亮顶棚，减小灯具与顶棚间的强烈对比，使环境亮度分布更加舒适。第26页，共65页，2023年，2月20日，星期一特点：将光线均匀地投向四面八方，对工作面而言，光通利用率较低。直接-间接型灯具：将一对直接型一间接型地灯组合在一起，或者用不透光材料遮住灯泡，而上下均敞口透光，其输出光通分配也近于上下各半。3.均匀漫射型灯具第27页，共65页，2023年，2月20日，星期一特点：大部分灯光投向顶棚和上部墙面，增加了室内地的间接光，使光线更柔和宜人。4.半间接型灯具5.间接型灯具特点：将灯光全部投向顶棚，使顶棚成为二次光源。室内光线扩散性极好，几乎没有阴影和光幕反射，也不会产生直接眩光。如图。第28页，共65页，2023年，2月20日，星期一15-2室内工作照明一、照明方式选择

（一）一般照明、（二）局部照明、（三）混合照明二、照明标准及照度值的选择（一）照明数量、（二）照明质量三、光源和灯具的选择（一）光源的选择、（二）灯具的选择、（三）灯具的布置第29页，共65页，2023年，2月20日，星期一工作照明可分为两类：一类是以满足视觉工作要求为主的室内工作照明，如工厂车间、学校等场所的照明，它主要是从功能方面考虑；另一类是以室内艺术环境观感为主的照明，如大型门厅、休息厅等处的照明，这类照明除满足照明功能外，还要强调艺术效果，以提供舒适的休息、娱乐场所。第30页，共65页，2023年，2月20日，星期一第31页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、照明方式选择（一）一般照明：一般照明：是在工作场所内不考虑特殊的局部需要，为照亮整体被照面而设置的照明装置。如图。这种照明方式适合于对光的投射方向没有特殊要求，在工作面内没有特别需要提高视度的工作点和工作点很密或不固定的场所。第32页，共65页，2023年，2月20日，星期一（二）局部照明：局部照明：是在工作点附近专门为照亮工作点而设置的照明装置。如图。常设置在要求照度高或对光线方向性有特殊要求处，但不允许单独使用局部照明，因为会造成工作点与周围环境间极大的亮度对比，不利视觉工作。第33页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）混合照明：混合照明：是在同一工作场所，既设有一般照明解决整个工作面的均匀照明，又有局部照明以满足工作点的高照度和光方向的要求。如图。第34页，共65页，2023年，2月20日，星期一二、照明标准及照度值的选择（一）照明数量：照明标准是根据识别物件的大小、物件与背景的亮度对比、国民经济的发展情况等因素规定必要的物件亮度。第35页，共65页，2023年，2月20日，星期一第36页，共65页，2023年，2月20日，星期一第37页，共65页，2023年，2月20日，星期一标准规定：混合照明中的一般照明的照度为该级总照度的5%—10%，并不得低于；另外，一般照明的均匀度（指房间内工作面上最低照度与平均照度之比）不宜小于0.7。（二）照明质量：1.照度均匀性2.限制眩光首先是对直接眩光的限制。眩光同光源亮度、背景亮度、光源位置等有关。其中前两项有灯具类型及其布置方式所确定。第38页，共65页，2023年，2月20日，星期一控制灯端电压不低于额定电压值，如达不到要求时，在条件许可的情况下，应将动力和照明电源分开，甚至在照明电源上增设稳压装置。3.照度的稳定性4.消除频闪效应在交流电路中，气体放电灯发出的光通量随电压的变化而波动，对移动的物体会导致视觉失真。为减轻这种影响，可将相邻灯管（泡）或灯具分别接到不同相位的线路上。第39页，共65页，2023年，2月20日，星期一（一）光源的选择：各种光源的适用场所见表三、光源和灯具的选择（二）灯具的选择：灯具主要是根据照明场所的空间尺度和照度要求确定。根据悬挂高度选择灯具的原则：当悬挂高度为4-6m时，宜采用配罩型灯具；当悬挂高度为6-12m时，宜采用搪瓷深罩型灯具；当悬挂高度为12-30m时，宜采用镜面深罩型灯具；有扩散罩的灯具，仅用于悬挂高度不能满足限制眩光的工作地点以及对光照要求柔和的场所。第40页，共65页，2023年，2月20日，星期一15-３室内外环境照明设计一、室内环境照明设计

（一）以灯具的艺术装饰为主（二）用灯具排列成图案（三）建筑大面积照明的艺术处理二、室外环境照明设计（一）建筑立面照明的方法（二）建筑立面照明的设计要点

第41页，共65页，2023年，2月20日，星期一与建筑本身有着密切联系，并突出艺术效果的照明设计称之为“室内外环境照明设计”。在进行室内外环境照明设计，要结合建筑物的使用要求、建筑空间尺寸及结构形式等实际条件，对光的分布、光的明暗构图、装饰的颜色和质量作出统一规划，使之达到预期的艺术效果，并形成舒适宜人的光环境。第42页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、室内环境照明设计（一）以灯具的艺术装饰为主1.吊灯多数吊灯是由几个单灯组合而成，又在灯架上加以艺术处理。适用于高度较大的厅堂。如图。第43页，共65页，2023年，2月20日，星期一第44页，共65页，2023年，2月20日，星期一2.暗灯和天棚灯将灯具放在天棚里（称暗灯）或紧贴在天棚上加以艺术处理，与灯具相互配合，构成各种图案，可形成装饰性很强的照明环境，并和天棚上的建筑装修结合在一起，形成一个非常美观的整体。如北京人大会堂的照明形式。第45页，共65页，2023年，2月20日，星期一第46页，共65页，2023年，2月20日，星期一3.壁灯安装在墙上，用来提高部分墙面亮度，主要以本身的亮度和灯具附近表面的亮度，在墙上形成亮斑，以打破一大片墙的单调气氛，对室内照度的增加多大作用，故常用在一大片平坦的墙面上。也用于镜子的两侧或上面，以照亮人又防止反射眩光。第47页，共65页，2023年，2月20日，星期一第48页，共65页，2023年，2月20日，星期一

用简单而风格一致的灯具排成图案，并与建筑有机地配合取得装饰效果。（二）用灯具排成图案第49页，共65页，2023年，2月20日，星期一（三）“建筑化”大面积照明的艺术处理将光源隐蔽在建筑构件之中，并和建筑构件（天棚、墙沿、梁、柱等）或家具合成一体的一种照明形式。分为两大类：一类是透光的发光天棚、光梁、光带等；另一类是反光的光檐、光龛、反光假梁等。共同特点：发光体不再是分散的点光源，而扩大为发光带或发光面，因此能在保持发光表面亮度较低的条件下，在室内获得较高的照度；光线扩散性极好，整个空间照度十分均匀，光线柔和，阴影浅淡，甚至完全没有阴影；消除了直接眩光，大大减弱了反射眩光。第50页，共65页，2023年，2月20日，星期一发光天棚：由天窗发展而来，为了保持稳定的照明条件，模仿天然采光的效果，在玻璃吊顶至天窗的夹层里装灯，便构成发光天棚。发光天棚的构造方法：一种是把灯直接安装在平整的楼板下表面，然后用钢框架作成吊天棚的骨架，再铺上某种扩散透光材料；另一种是为了提高光效率，使用反光罩，使光线更集中地投到发光天棚的透光面上。如图。1.发光天棚第51页，共65页，2023年，2月20日，星期一第52页，共65页，2023年，2月20日，星期一2.光梁和光带将发光天棚的宽度缩小为带状发光面，就成为“光梁”或“光带”。光带的发光表面与天棚表面平齐，光梁则凸出于天棚表面。光学特性与发光天棚相近。光带的缺点：由于发光面和天棚处于同一平面，无直射光射到天棚上，使二者的亮度相差较大。为改善这种状况，可采用光梁。光带的轴线最好与外墙平行布置，并且使第一排光带尽量靠近窗子，这样，灯光照明和天然光线方向一致，可减少出现不利的阴影和不舒适眩光的机会。第53页，共65页，2023年，2月20日，星期一3.格片式发光天棚构造原理：如图。格片是用金属薄板或塑料板组成的网状结构；保护角由格片的高和宽形成，常作成；格片上方的光源，把一部分光直射到工作面上，另一部分则经过格片反射（不透光材料）或反射兼透射（扩散透光材料）后进入室内；光效率取决于保护角和格片所用材料的光学性能。第54页，共65页，2023年，2月20日，星期一如图几种照明形式的光源表面亮度比较。发光面亮度太高易引起眩光，常采用的方法中最常用的就是格片式发光天棚。格片天棚表面亮度的均匀性是由它上表面照度的均匀性决定的。它随灯泡的间距和它离格片的高度而变。采用裸灯时，若格片用不透明材料作成，则小于或等于格片的保护角；用透明材料做格片时，小于或等于2即可。第55页，共65页，2023年，2月20日，星期一格片式天棚的优点：亮度较低；可根据不同材料和剖面