室内照明与设备

前言

光很奇妙，要说清楚，的确不容易，但是我们知道，光能给人以不同的感受，能给环境营造不同的氛围，就象我们天天见到的太阳给我们带来爽朗的清晨和绚丽的黄昏一样。光在我们日常生活中是非常重要的，因为光的运用不单单是为了照亮环境，更多的时候，是人们想利用光来创造我们想要得到的环境感受。设想一下，一座富丽堂皇的酒店，一间温馨舒适的客厅，光有时比家具更重要。因为没有了光，再美丽的东西也会失去光彩。其实这里我们用照明技术运用来定义会更为贴切，那么在不同空间应该有什么样的照明效果，以及我们怎样用照明技术和光源理论来实现它，这是世界上成千上万的照明技术研究机构和灯具制造厂商们不断追求和完善的工作。照明技术的发展永无止境"。

在生活中，我们会发现许多与照明有关的问题，比如你从商店买了一件纯黑色的羊绒大衣，当你回到家欣喜地想再试穿的时候，却惊奇地发现这件大衣并不是你所爱的纯黑，而有些偏深蓝，你的心情一定很糟，你也许会开车去退换，而服装店老板又会是怎么样的态度呢?这一切后果所发生的消费损失又有谁会承担呢?再比如，你在劳累一天之后回到家中，面对着客厅荧光灯管散射的惨白、刺眼的灯光，你是否有舒适、温馨的感觉呢?其实衣服是不会变色的，而客厅顶灯也不是质量问题，正是由于人们缺乏对照明灯光的了解，混淆了不同光的用途，才造成了光环境的不和谐，可想而知，照明技术的运用在生活中是多么的重要。

世界上，我相信有超过20万个灯具生产厂家，灯具品种我已数不清了，众多品种的灯具及众多组合框架的照明灯具系统，如轨道照明灯具系统，框架式照明灯具系统等等。灯具的形体设计及灯具的框架载体是为了极其系统地、更有效地满足不同建筑空间的照明要求，这种灯具及灯具框架的合理、艺术的组合，并配合光源不同照明特性的灵活运用。我们称之为照明设计，这是一间综合学科，包含了建筑学、美学、机械物理学、电学、光学及化学的一些综合知识。虽然世界上没有任何一所大学有照明专业，但是在欧洲早已拥有了一大批在实践中成长起来的照明技术专家，并为各种建筑工程提供着专业化的照明设计方案。

对于家居装饰用灯的设计，它的理念来源于家具设计，而家具的设计又来源于家居文化。现在世界流行设计潮流越来越向着结构简单、做工精细、色彩明快的方向发展，正像我们看到越来越多在北京登陆的意大利家具，他们的设计风格十分现代。而体现着当今世界高档时尚风格的家居用灯，也随着现代风格的家具走入中国家庭，也正是具有此种简捷化设计风格的灯具，才更加注重合理，充分利用光源的照明效率，与家具交相辉映。而并不像传统概念中那种结构复杂、色彩斑、体型笨重、设计中忽略光效充分利用的灯具。这是一种设计观念的革命，就如同我们今天穿起了牛仔裤、T恤衫。而放弃了长袍马褂一样。同时这种高档时尚灯具的设计也符合社会强烈呼唤的节能要求。照明工作是用光来创造美和舒适，那么什么是美和舒适呢?我想就是“简单”!灯具实例建筑光学和照明设计

建筑光学是研究天然光和人工光在建筑中的合理利用，创造良好的光环境，满足人们工作、生活、审美和保护视力等要求的应用学科，是建筑物理学的组成部分。

在一个相当长的历史阶段，人类利用天然光和火光照明，曾在建筑中创造了不少有效的采光和照明方法。例如中国传统建筑中的南窗北墙的采光方法，古埃及太阳神庙中的高侧窗采光方法等。

但天然采光受季节、昼夜地理位置和气候变化的影响很大。火光照明效果差，烟尘大，且容易引起火灾。自从大量生产玻璃，特别是十九世纪发明白炽电灯以后，才使建筑采光和照明技术的理论和实践进入一个新的阶段，并逐步形成建筑光学。

现代建筑光学理论日趋完善，天然光的变化规律逐步为人们所掌握，各类建筑的采光方法和控光设备相继研究成功，各种新型电光源和灯具也在建筑中得到广泛的应用，从而使这一学科在建筑功能和建筑艺术中发挥日益重要的作用。

建筑光学的研究内容主要有：与建筑有关的光的性质和光的视觉性质、天然采光和人工照明。

可见光辐射的波长范围是380～780纳米，眼睛对不同波长的可见光产生不同的颜色感觉。一般光源如天然光和白炽光源等是由不同波长的光组成的。这种光源称为多色光源或称复合光源；有的光源如钠灯，只发射波长为583纳米的黄色光，这种光源称为单色光源。

在建筑光学中用光通量、发光强度、照度和亮度等参数表示光源和受照面的光特性；用光影深浅、立体感强弱，来表示建筑物表面和被观察物体的亮度差别；用光的吸收、反射、散射、折射、偏振，来表示光线从一种介质进入另一种介质时的变化规律；用发射或反射光谱、亮度、色度坐标，来表示光源色和物体色的基本特性。建筑采光和照明技术就是根据建筑物的功能和艺术要求，利用上述光、影、色的基本特性，创造良好的光环境。

天然采光简称采光。在研究光气候的基础上，制订建筑物的采光标准，确定采光方式，进行采光计算。包括：眩光特性和限制眩光的方法；采光和照明的结合；建筑物室内获得稳定光照条件及天然光的利用方法和装置；建筑物外部和建筑群的阳光造型技术等。

天然光的光谱是连续的，人们长期在天然光条件下工作和生活，喜爱天然光照明，而且天然光是一种丰富的光能资源；因此，研究建筑物的天然采光，在技术上、卫生上和经济上都有重要意义。

人工照明的主要内容有：照明用的人工光源和控光器具；各类建筑的照明标准；照明设计和计算方法；照明眩光特性和限制眩光的方法；照明均匀度和室内表面亮度分布比例的确定；在各种照明条件下人的视功能特性；照明效果的评价方法和指标；颜色在照明中的应用；照明效果的测试技术；照明的节能措施，以及从建筑艺术等因素综合研究室内外光环境等。

建筑光学利用相邻学科的研究成果，同时又为相邻学科服务。如建筑光学的测试技术是以光度学和色度学为基础的；建筑采光照明设计需直接利用大气光学、应用光学、建筑电气和建筑学的研究成果；在研究光和视觉关系时需利用心理和生理光学的讦价方法和试验结果。建筑光学还直接或间接为建筑设计和建筑电气系统等提供数据资料。

在中国，建筑科学的研究、教学、设计等部门都有规模不同的建筑光学研究机构和试验设备。建筑光学在研究剧场建筑、展览馆建筑、体育建筑、精密仪表厂生产车间和地下工程的采光照明问题，以及编制中国工业企业采光照明标准、探讨光气候规律、提高建筑光学测试技术等方面都取得较显著的成效。

今后，建筑光学的主要研究方向是：综合研究建筑物室内外光环境的理论，和综合评价建筑采光、照明的设计方法；天然光的利用技术；研制和使用功率小、光效高、寿命长和显色性能好的气体放电灯；发展电子计算机技术在采光照明计算、设计和设备控制上的应用；研究采光照明测试仪表和测试方法等方面。室内照明基本知识

如其它所有科技行业一样，照明行业也有其专业术语。这些特殊的用语和概念可以明确定义光源和灯具的特征，并使测量单位标准化，下面是对其中最重要的术语的说明。光线和辐射

·光线和辐射

光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到830nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。温度远远高于50Hz工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。·光通量Φ

单位：流明[lm]

光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和即为光通量（Φ）。

·光强l

单位：坎德拉[cd]

一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。可见光在某一特定方向角内所发射的强度就叫做光强（l）。光强分布图

光强(l)是指在某一特定方向角（w）内所发射的光通量（Φ）

·照度E

单位：勒克司[lx]

照度（E）是光通量与被照射面积之间的比例系数。

1lx即指1lm的光通量平均分布在面积lm2平面上的明亮度。

照度E亮度（辉度）L

单位：坎德拉/平方米[cd/m2]

辉度（L）

是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。光效

单位：流明每瓦[lm/W]

光效是指电能转换成光能的效率。

·色温

单位：开尔文[K]

当光源所发出的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成份则越多，而红色的成份则越少。例如，白炽灯的光色是暖白色，其色温表示为2700K，而日光色荧光灯的色温表示方法则是6000K。

·光色

光色实际上就是色温.大至分三大类：

暖色<3300K

中间色3300至5000K

由于光线中光谱的组成有差别，因此即使光色相同，灯的显色性也可能不同。

·显色性

原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。

光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。

·灯具效率

灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。

通常叫做"显色指数"（Ra）.

显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。

Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。

标准色度分布图普朗刻曲线

三基色

荧光灯日光色光谱分面图l

光通量：符号Φ，单位流明Lm，说明发光体每秒种所发出的光量之总和，即光通量光强：符号I，单位坎德拉cd，说明发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量照度：符号E，单位勒克斯Lm/m2，说明发光体照射在被照物体单位面积上的光通量亮度：符号L，单位尼脱cd/m2，说明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量光效：单位每瓦流明Lm/w，说明电光源将电能转化为光的能力，以发出的光通量除以耗电量来表示平均寿命：单位小时，说明指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数经济寿命：单位小时，说明在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下，其综合光束输出减至一特定的小时数。此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光源如日光灯则为百分之八十。色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的温度称为该光源的色温。光源色温不同，光色也不同，色温在3300K以下有稳重的气氛，温暖的感觉；色温在3000--5000K为中间色温，有爽快的感觉；色温在5000K以上有冷的感觉。不同光源的不同光色组成最佳环境，如表：

色温光色气氛效果>5000K清凉(带蓝的白色)冷的气氛3300-5000K中间(白)爽快的气氛<3300K温暖(带红的白色)稳重的气氛

a.色温与亮度高色温光源照射下，如亮度不高则给人们有一种阴气的气氛；低色温光源照射下，亮度过高会给人们有一种闷热感觉。b.光色的对比在同一空间使用两种光色差很大的光源，其对比将会出现层次效果，光色对比大时，在获得亮度层次的同时，又可获得光色的层次。显色性:光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离能较全面反映光源的颜色特性。显色分两种忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更鲜艳；采用中色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。

灯具的种类-灯具的分类、灯种的代号及表示方法

1．灯具的分类灯具的分类有以下几种方式：（1）按安装方式一般可分为嵌顶灯、吠顶灯、吊灯、壁灯、活动灯具、建筑照明等六种。（2）按光源可分为白炽灯（紧凑型荧光灯归为这一类）、荧光灯、高压气体放电灯等三类。（3）按使用场所可分为民用灯、建筑灯、工矿灯、车用灯、船用灯、舞台台灯等。（4）

按配光严寒可分为直接照明型、半直接照明型、全漫射式照明型和间接照明型等。

2．灯种的代号及表示方法（1）民用灯具的灯种代号（见表1）表1民用灯具的灯种代号代号灯种代号灯种代号灯种

B壁灯L落地灯T台灯

C床头灯M门灯X吸顶灯

D吊灯Q嵌入式顶灯W未列入类（2）光源的种类及代号（见表2）表2光源的种类及代号代号光源种类代号光源种类代号光源种类不注白炽灯G汞灯J金属卤化物灯Y荧光灯X氙灯H混光光源L卤钨灯

N钠灯

何谓IP（防护等级）

IP防护等级

IP（INTERNATIONALPROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONALELECTROTECHNICALCOMMISSION）所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具，人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分，以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，娄字越大表示其防护等级越高，两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。表一：第一个标示特性号码（数字）所指的防护程度第一个标示数字防护等级定义0没有防护对外界的人或物无特殊防护1防止大于50mm的固体物体侵入防止人体（如手掌）因意外而接触到灯具内部的零件。防止较大尺寸（直径大于50mm）的外物侵入。

2防止大于12mm的固体物体侵入防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸（直径大12mm）的外物侵入。

3防止大于2.5mm的固体物体侵入防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。4防止大于1.0mm的固体物体侵入防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。5防尘完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作。

6防尘

完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。

表二：第二个标示特性号码（数字）所指的防护程度第二个标示数字防护等级定义0

没有防护没有防护1

防止滴水侵入垂直滴下的水滴（如凝结水）对灯具不会造成有害影响。2

倾斜15度时仍可防止滴水侵入当灯具由垂直倾斜至15度时，滴水对灯具不会造成有害影响.

3

防止喷洒的水侵入防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。4防止飞溅的水侵入防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。5防止喷射的水侵入防止来自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。6防止大浪的侵入装设于甲板上的灯具，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。7防止浸水时水的侵入灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。

8防止沉没时水的侵入灯具无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。与灯具相关的光学基本知识

一.

光与电磁波：

光是一种电磁波，速度为：30×10000km/s

波长为780～380nm（纳米）。1纳米=10的-9次方米

二.光谱与颜色：

光谱：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫

红外线波长：620～780nm。紫外线的波长：380～420nm。如下图：

波长780～620～590～560～490～450～420～380nm

太阳光：波长是780～380nm，纯白色。

白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。

荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。

三.

灯具的主要作用：

1.

固定和保护灯；

2.

控制和分配灯光，突现所需的光分布；

3.

装饰与美化环境；

四.

照明灯具的光特性：照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明，即：1.

发光强度的空间分布；2.

灯具效率；3.

亮度分布或灯具遮光角；五.

发光强度的空间分布任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样，我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来，通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布，以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度用矢量标注出来，连接矢量的端点，即形成光强分布曲线，也叫配光曲线。

因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体，其发光强度在空间的分布也是轴对称的。所以，通过灯具轴线取任一平面，以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的，例如长条形的荧光灯具，则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下垂线的平面为C0平面，与C0平面垂直且通过灯具中心的下垂线的平面为C90平面。至少要用C0、C90两个平面的光强分布说明非对称灯具的空间配光。为了便于对各种照明灯具的光分布特性进行比较，统一规定以光通量为1000流明（lm）的假想光源来提供光强分布数据。因此，实际光强应是测光资料提供的光强值乘以光源实际光通量与1000之比。

照明灯具的光强分布是利用灯具的反光罩、透光棱镜、格栅或散光罩控制灯光实现的。反射罩是灯具的基本控光部件，它的反射比越高，规则反射越强,控光能力越显著。阳极氧化或抛光氧化铝、不锈钢板是常用的镜面发射材料。按照规则反射定律对铝反射罩的几何形状、尺寸进行周密设计，安装时注意光源精确定位，便能获得各种需要的光分布。格栅主要起遮蔽光源，减少直接眩光的作用。透过格栅的光分布一般比较狭窄。

六.

照度与空间发光强度分布

照明灯具的布置和照度计算是照明设计的重要组成部份，直接影响照明设计质量。点光源照度计算：

公式表明：点光源所产生照度和它到受照面的距离的平方成反比，和入射角的余弦成正比，和反光强度成正比。当光源尺寸小于它到受照面距离的1/10时即视为点光源。

七.

灯具概算图

灯具概算图表达了单位面积使用灯具数量的关系。通常灯具概算图给出同一灯具几种不同的悬挂高度，当工作面照度要求为100Ix时，某种平面面积所需灯具的数量，作为选择灯具的依据。假如要求正确工作面的照度不是100Ix时，则实际所需灯具数量为概算图上给出数量乘以实际照度与100Ix之比。

八.

名词解释：

1.

光通量：单位时间光源向空间发出的、使人产生光感觉的能量。设光源在t秒内总共辐射出的光能是W，我们就把辐射出来的光能W与辐射所经过的时间t之比称为光通量。光通量是衡量光源发光多少的一个指标。以F表示，单位为光瓦。光瓦单位太大，常用流明（lm）作为实用单位，它们的关系是1光瓦=683流明（lm）。1lm=1cd·sr例：普通40W荧光灯的光通量为2200流明（100小时）

国产白炽灯每消耗1W电能所产生的光通量约为12.5lm（4tlm）

2.

发光强度：是光通量的空间密度，即单位立体角的光通量，也就是衡量光源发光强弱程度的量。单位为坎德拉（cd）。

一支蜡烛的发光强度约为1cd。

国产100W普通白炽灯的发光强度约为100cd。3.

光照度（简称照度）：是受光表面上光通量的面密度，即单位面积的光通量。故照度是表示受光表面被照亮程度的一个量。以E表示，单位为勒克斯（Lx）。

4.

光亮度（简称亮度）：单元表面在某一方向上的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度。亮度往往是表示某个方向上的亮度。以B表示，单位：坎德拉每平方米，符号：cd/㎡。或尼特（nt）、熙提（sb）。1nt尼特=1cd/㎡，1sb熙提=10000nt尼特。用公式表示如下：

5.

光效：光源的发光效率，就是光源所发生的光通量和它所消耗的电功率之比，简称光效。单位：流明/瓦，符号：lm/W

一般白炽灯泡的光效约为7～20lm/W

直管形荧光灯的光效约为30～60lm/W,所以使用荧光灯比使用白炽灯更能节约能源。

九.光色与失真光色是衡量光源质量的一个重要指标。含：1.

色表：人眼直接观察发生的光线所看到的颜色。2.

显色性：光线照射到物体表面上所产生的客观效果。3.

显色指数：灯光下所显示的颜色与阳光下的颜色相比较之数值。4.

色温：是表示炽热发光物体具有的颜色。十.科学合理的照明1.

亮度对比当周围亮度与中心亮度相等时，或周围稍暗时，视力最好。2.

眩光在视环境内，若有亮度极高的物体或强烈的亮度。分直射眩光和反射眩光。

直射眩光是由光源发出的光线直接射到人眼所造成的。眩光引起视觉不舒适的原因有：①.高度的刺激使瞳孔缩小；②.由于角膜或晶体等眼内组织产生光散射，在眼内形成光幕；③.视幕受高亮度的刺激，使适应状态破坏。直射眩光的强弱与光源有关，以下情况眩光最显著：①.光源周围暗，眼睛适应越暗，眩光越显著。②

.光源亮度越高，眩光越显著。

③

.光源越接近视线，眩光越显著。

④

.光源的表面积越大，光源数目越多，眩光越显著。

一般亮度超过160000cd/㎡就有不舒适的眩光产生。避免方法：

控制光源的光线投射方向，使光源不能直接射向人眼，这就要求灯具（或灯罩）具有一定的保护角。

有的灯具用透明格栅式或半透明罩来遮住光源，由于发光面积增大而使每个发光的亮度降低，光线就变得柔和而不刺眼。

光源的显色性

光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。

当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。

显色分两种

忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数(Ra)高的光源，其数值接近100，显色性最好。效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色的方法来加强显色效果。采用低色温光源照射，能使红色更加鲜艳；采用中等色温光源照射，使蓝色具有清凉感；采用高色温光源照射，使物体有冷的感觉。显色指数与显色性的关系光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明