建筑节能原理与技术9―照明课件

建筑节能原理与技术（9）

建筑环境与能源应用工程系标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容总体概述点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容8.1概述1）照明—指最先进的现代照明方式，他是由电能转换为可见光能而发出光亮。2）电气照明：电光源和照明器具。电光源：指发光的器件如灯泡、灯管等，是照明节电的主要器件。照明器具：包括引线、灯头、插座、灯罩、补偿器、控制器等。3）照明设备是生产、生活中使用最为广泛的一种用电设备。我国照明耗电占全国总发电量的10%-12%。照明耗电约为三峡年发电（840亿千瓦时）的2倍。4）绿色照明：

1991年美国环保局提出8建筑照明节能8.2照明的基本知识和照明器的特性1照明的基本知识（1）光与光源光：以电磁波（电磁辐射）形式传播的一种能量。电光源：电能转化为光的装置，如灯泡、灯管。根据辐射波长分为：白色光源和单色光源。（2）可见光：波普中，波长在380-780nm的电磁波，作用于人眼能产生视觉，这部分电磁波为可见光，在可见光区域内，波长不同，引起的颜色感觉不同。由小到大：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。2电照明技术的主要参数白炽灯60W620Lm紧凑型荧光灯11W2U580Lm直管荧光灯

30W1720Lm高压钠灯

100W8500Lm高压汞灯

250W11025Lm金卤灯

400W44000Lm（1）光通量单位时间内光源向周围空间辐射出可见光的能量，单位lm，流明。（2）照度

照度（lx）活动场所3040W白炽灯1米处（0.2~1）x105晴天中午太阳直射0.2无云满月夜晚（8~12）x103阴天室外100流通场所300粗加工工厂,演讲场所500实验室,电脑房,超级市场,中等类型工厂750普通办公室,电子工厂1000画图室,精密工厂30，000影剧院的投影光束照度流明面积(m2)单位面积上接到的光通量，单位lx，勒克斯，1Lx=1Lm/m2（3）亮度发光体在给定方向单位投影面积上的发光强度，单位nt，尼脱，sb，煕提；测定：以视力方位的发光表面所反射的光度和发光表面的能见部分的大小之比来测定。亮度sb场所0.5无云晴空的平均亮度0.740W荧光灯的表面亮度400白炽灯的灯丝亮度20万太阳的亮度（4）电光源发光效率-光效（最重要的参数）电光源产生的光通量与消耗功率之比，光源将电能转化为可见光的效率，单位lm/W，流明/瓦。综合光效：光源的光通量与组成光源的照明电路（含光源、镇流器）所消耗的功率之比。（5）发光强度-光强

光源在某一特定方向上单位立体角度内（每球面度内）辐射的光通量，单位cd，坎德拉。（6）频闪效应

指光通变化使人视觉产生的闪烁感。（7）色温当光源的发光颜色与把黑体（能全部吸收光能的物体）加热到某一温度，黑体所辐射的光色相同（对于气体放电等为相似）时，该温度为光源的色温，单位K，开尔文，与光源的实际温度无关，是灯光给你直观感觉的度量。（8）光源寿命通常分：有效寿命和平均寿命有效寿命：灯开始亮，至灯的光通量衰减到额定光通量的某一百分比时的时间，单位为小时，通常规定为70%-80%之间。平均寿命：一组实验样灯，从点亮到50%的灯失效的时间，单位为小时。（9）显色指数光源照在物体后，与参照光源相比（一般以日光或接近日光的人工光源为参照光源）对颜色相符程度的度量参数，是衡量光源显色性优劣或在视觉上失真程度的指数。单位Ra，越小，色差越大，显色性越差。国际照明委员会-显色性等级标准显色性组别优良中差显色指数范围80~10060~7940~5920~393照明器的特性

照明器：指电光源和灯具合在一起的总称。灯具的作用：固定光源，将光能合理分配，防止眩光和外力、潮湿及有害气体的影响。照明器的基本特性：光强分布曲线、保护角、照明器效率。光强分布曲线：以角度为自变量的函数曲线。深照型：保护角大，直接照射面积小，高大厂房高速公路等照度要求较高。中照型：直接照射面积较大，一般室内照明。广照型：照射面大，照度要求低，楼道、厕所等。保护角-遮光角：用于衡量灯具为了防止眩光而遮住光源直射范围的大小。照明器效率：照明器辐射的光通量与光源光通量之比，是灯具光源将电能转换成光能的利用程度。8.3照明器的合理选用

选用照明器应从照明器效率、发光效率、显色性、寿命和投资等方面综合考虑。1电光源的合理选用（1）电光源的种类与特性

按电光转换机理：热辐射光源、气体放电光源。

（2）热辐射光源

原理：依靠电流通过灯丝发热到白炽程度而发光的电光源。

①白炽灯：使用最早的一种热辐射型电光源，优点：显色性好、光谱连续、结构简单、易于制造、价格低廉、使用方便。缺点：能量转换效率低即10％左右可转化为光能，发光效率低、使用寿命短。替代品：涂白白炽灯：发光效率提高5%；氪气白炽灯：发光效率提高10%，寿命延长一倍；红外反射膜白炽灯：节电1/3以上。②卤钨灯-改进型白炽灯灯泡内含有卤化物，形成卤钨再循环，防止钨沉淀，降低灯丝老化程度。卤钨灯把10－12％的电能转变成光，功率可以做到1000W以上。小功率20—100W可以做成射灯。优点：发光效率提高30%、寿命延长3倍、体积小、功率集中、光通稳定、光色好。缺点：对电压波动比较敏感。使用场所：演播室、舞台、展示厅、商业橱窗、汽车和飞机照明、影视拍摄现场。（3）气体放电光源原理：电极在电场作用下，电流通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电光源。带有镇流器（谐波污染），启辉器。荧光灯既可使用电感镇流器也可用电子镇流器，高气压放电灯主要使用电感镇流器。优点：比热辐射光源发光效率高缺点：汞等重金属污染。按充气压力：低压气体放电灯—荧光灯、低压钠灯；高压气体放电灯—高压汞灯、高压钠灯。

①荧光灯：又称日光灯优点：发光效率高，为普通白炽灯的3倍，寿命是普通白炽灯的4倍。而且灯壁温度低，发光比较均匀柔和，结构简单，光源性能好。比白炽灯节电75%~83%。缺点：含汞，普通电感镇流器功率因数低，有频闪效应使用场所：仅次于白炽灯，住宅、办公、教学、商城、宾馆、车间、医院、展示厅等，是替代低效白炽灯的主要灯种粗管灯—普通直管灯；细管灯—替代普通直管灯；T8比T12节电10%-20%，T5比T8节电20%-30%.②紧凑型荧光灯优点：镇流器和灯管一体化，显色性好，改善频闪效应，兼有白炽灯和荧光灯的主要优点，可直接安装白炽灯灯头上，比白炽灯节电77%~86%，最理想的替代品。使用场所：住宅，办公等我国常把配上电子镇流器的紧凑型荧光灯称为电子节能灯。③高压汞灯优点：发光效率与普通荧光灯差不多，寿命比较长，功率大；缺点：显色性差，发出蓝绿色光，缺少红色成分，除照在绿色物体上外，其他多呈灰暗色，不能瞬时启动。使用场所：多用在高照度场所，高大厂房、体育馆、仓库货栈、广场、车站、公路街道、码头等公共场合。④金属卤化物灯在高压汞灯基础上发展而来。优点：发光效率比高压汞灯高，显色性比较好，寿命比较长，加入不同卤化物可发出不同光色。比白炽灯节电80%-88%缺点：不能瞬时启动，有位置朝向要求。使用场所：可替代高压汞灯，还可用在要求显色性好的展示厅、美术馆、大型公园、宾馆酒楼的室内照明等。⑤高压钠灯

光是金黄色，是目前电光源中发光效率很高的一种。优点：发光效率比高压汞灯高1倍，光通量大，透雾性强，光色柔和，寿命比高压汞灯长。比白炽灯节电75%-87%。缺点：显色性差，但已有新型替代品。使用场所：用于在对光色要求低的场所。道路、铁道、码头、车站、广场、大桥等，某些厂房、体育馆等地方宜被采用。在许多场合，可替代高压汞灯来节约用电。⑥低压钠灯玻璃外壳内涂以红外线反射膜。优点：光衰较小和发光效率很高的电光源，发出单色黄光，透雾性好，光线柔和，眩光小。缺点：显色性差，点燃时不易移动和频繁开闭。替代高压汞灯。使用场所：对光色要求差的场合，如道路照明。⑦LED灯-发光二极管（目前最有前途）特点：

电压低：一般DC3-24V能耗小：单体LED的功率一般在0.05～5W寿命长：可超过100,000小时可靠、耐用：没有钨丝、玻壳等易损部件应用多变：体积小、便于造型环保：无污染、全固态、其废物不含汞控制灵活：通过控制电路很容易调控亮度，实现多样的动态变化效果缺点：显色指数低、单体功率低、光照距离短、易出现黄圈问题（光斑）、散热、需配交-直变压器、价格贵⑧高频无极灯（低频无极灯形状差不多）-新型光源它是采用荧光灯气体放电和高频电磁感应两个原理结合的一种新型光源，主要由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成。无极灯产品优点：1）无极灯泡内无灯丝、无电极，寿命达60000小时以上。2）发光效率高，比高压钠灯、高压汞灯节能50%以上。3）显色指数达80以上，显色性好。4）宽电压工作，电压在165V-255V可正常工作。5）工作频率为2.65MHz，安全没有频闪效应。6）光衰小，20000小时后光通维持率可达80%。7）瞬时启动再启动时间均小于0.5秒。8）启动温度低，适应温度范围大，零下40度，均可正常启动和工作。9）功率因数可高达0.95以上。10）安全可靠性，绿色环保、真正实现免维护、免更换。缺点：造价高，有电磁干扰。使用场所：需要长时间照明和灯具更换困难的场所，道路，隧道，厂房等。⑨光导纤维由于光源可离被照明场所较远,因此其可具有无紫外、红外、电磁、电火花等，适合博物馆、火灾爆炸、人体内窥等特别场所。但造价较高。⑩氙灯—小太阳之称优点：光谱连续，光色好，与太阳非常接近，功率大，光效较高。缺点：价格贵。使用场所：车站、广场、机场、港口、体育馆和施工工地等大型场所。（4）电光源的技术特性参数主要参数：发光效率、光源寿期、光源颜色、有关的电气性能。①发光效率-光效：在能完成相同的照明功能下，优先选用光效高的替代光效低的电光源。②光源寿命-有效寿命和平均寿命。是评价电光源可靠性和质量的主要技术指标。③光源颜色-光色：用色温和显色指数度量。色温：灯光颜色给人直观感觉的度量，与光源的实际温度无关。显色性：显色性好--可避免颜色失真，如美术馆，衣料等。显色性不好—宜用于彩色调节场合，饰品店，娱乐场所等，汞灯以绿色为主，白炽灯以红色为主，照在绿色、红色使更加鲜艳。色温与感觉的关系色温（K）>50003300~5000<3300感觉冷中间暖和适应场所热加工车间、高照度场所等办公室、教师、阅览室、诊室、加工车间、仪表装配等客房、卧室、病房、酒吧、餐厅等各光源大类的技术指标比较（5）光源起动性能光源起动性能指灯的启动和再启动特性，用所需时间度量。热辐射灯启动性能最好，瞬时起动发光，也不受再启动时间限制。气体发电光源除荧光灯能快速启动外，不能瞬时启动，起动最少4分钟以上，再起动最少3分钟以上。不能受起动约束的场所，住宅、商厦等，只能用普通白炽灯、卤钨灯和荧光灯。2灯具的合理选用考虑：视觉要求、环境特点、灯具照明技术特性等（1）正常环境选用开启型灯具。特殊情况考虑防潮，防暴等。（2）应能消除或减弱眩光。（3）尽量选用有镀铝反射境的灯具，以提高光通量的利用率。（4）采用新型高效灯具，如抛物线反射面等。8.4优化照明设计

前提：保证人们正常视觉工作相适应的可见度、形成愉快舒适的视觉环境。要求：在经济合理和可能的基础上实现满足照度标准，即不浪费电能又能达到照度的需求和保持必要的照明质量。1照度与节能选择适合视觉工作的照度，要求达到必需的可见度，可见度与照度成正比，可见度高，照度高，消耗电能高。我国根据年轻人的视角和照度的关系绘制了视功能曲线并据此制定了工业企业照明标准。视角--视线与显示器等的垂直方向所成的角度，观察物体时，从物体两端(上、下或左、右)引出的光线在人眼光心处所成的夹角。物体的尺寸越小，离观察者越远，则视角越小。从视角和照度的关系：①物体越小，看清需照度越高；②大视角范围内，视角减小，看清物体需增加的照度幅度小，电能增加幅度小—视觉工作分等级应粗些。③小视角范围内，视角减小，看清物体需增加的照度幅度大，电能增加幅度大—视觉工作分等级应细些。2节电与照明质量照明节电不只要考虑照度的条件，还要避免高照度产生眩目等后果，要形成适宜的视觉环境，考虑因素：1）照度分布及亮度分布；2）无直接眩光和间接眩光；3）适宜的阴影，可形成立体感；4）合适的显色性；5）愉快的感觉，良好的心理效果；6）灯具美观大方，具有良好的效果；7）合理安装高度和适当的照度标准。式中：F--光通量，lm流明S--室内面积，m2E--所需要的照度，lx勒克斯N--灯数μ--照明利用系数，小于1，工作面上得到的光通量与灯发出的光通量之比。K--照明补偿系统，小于1，经过一段时间后，工作面上得到的照度与灯的初始照度之比。3发光效率对于照明所需要的照度水平，消耗电能越少才能节电，即消耗最少的电能发出较高的光通量。节约电能的照明计算公式：4照明器具的特性厂矿企业的照明一般都采用反射罩或者投射器（射灯类等）照明率：由器具效率、地面反射率、天棚反射率、墙面反射率和房间指数来决定。器具效率：器具向外发出的光通量与灯发出的光通量之比。房间指数K：有房屋的长度L，宽度W和高度H决定。K=LW/H（L+W），各单位均为米。具体设计时注意：1）尽可能取自然光；2）根据各场合对照度要求的不同，合理配置不同照度的照明器；3）工矿企业的工作场所、辅助建筑设施的照度水平按标准计算；4）满足照明器对电压的要求，一般电压偏移±5%，视觉要求高的室内照明不高于2.5%，事故照明、警卫照明等允许低10%；5）采用单相三线制或三相四线制供电，减少供电线路的损失。8.5照明的节电技术

在保证合理有效的照明和亮度条件下，尽量设法降低照明用电负荷。1合理确定不同工作地点的照度。按照国家颁布的TJ34-79《工业企业照明设计标准》来选定照度，并适当留有裕量，以补偿光源老化后光通降低或表面积尘后光通减弱的影响。2加强照明供电电压的管理照明供电电压波动对灯具参数影响很大，电压过高影响灯具寿命，过低影响光通量过低，照度降低，有的灯具启动不起来，或熄灭。严格控制照明器端电压的电压偏移范围，工矿企业的动力用电应与照明用电分开，分线供电，计量、考核。3选用电子镇流器镇流器是气体放电灯用于启动和启动后限流的控制器具。常用的镇流器是普通电感镇流器和电子镇流器。电子镇流器比普通电感镇流器：优点：有功消耗少，功率因数高，点燃速度快，无噪声干扰，功率因数可由50%提搞到90%以上，自身消耗相当于电感镇流器的25%-33%，同时工频50赫兹提高到25-40千赫兹高频供电，频闪效应微乎其微，有利于视力保护和生产安全，节电率高达75%。缺点：市场产品优劣不齐，注意有效寿命、高次谐波污染，特别是三次谐波污染。谐波抑制：有源电力滤波器、无源滤波器、混合型电力滤波器等。4使用节电控制装置按工作场所，工作性质，工作时间等需要对灯具进行节电控制。公共照明，可以安装节能控制装置。5加强照明器具的维护管理使用时间延长，效率逐渐衰减，照明灯具脏污使反射的光通量降低，保持照明灯具的清洁，保证光通量从而保证照度，避免加大照明灯具容量或数量。8.6天然采光与节能天然光是一种清洁、廉价的光源，在建筑光环境节能中应该注重天然光的使用。1从建筑被动采光向积极利用天然光方向发展用天然光代替人工光源照明，可大大减少空调负荷，减少能耗。充分利用天然光，为人们提供舒适、健康的天然光环境，需要新的采光技术解决以下问题：1）解决大进深建筑内部的采光问题：建筑物进深不断加大，仅靠侧窗采光以不能满足建筑内部的采光要求；442）提高采光质量：解决室内天然光照度和照度的不均匀性；3）解决天然光的稳定问题：通过采用日光跟踪系统，最大限度地捕捉太阳光，在一定时间内保持室内较高的照度。2天然采光新技术新技术通过利用光的反射、衍射或折射等特性，将天然光引入，传到需要的地方。1）导光管导光管技术是一种健康、节能、环保型照明产品。该产品无需用电，它的工作原理是将室外的自然光线通过采光罩进入系统中，经特殊制作的光导管道传输和强化后由系统的底部的漫射装置把自然光均匀漫射到室内每一个角落。45建筑用光导管系统主要分三部分：

一是采光部分；二是导光部分：一般由三段导光管（直径一般大于100mm)0组合而成，光导管内壁为高反射材料，反射率一般95%以上，光导管可以旋转弯曲重叠来改变导光角度和长度；三是散光部分，为了使室内光线分布均匀，系统底部装有散光部件，可避免眩光现象的发生。464748导光管使用及效果德国柏林波茨坦广场上的导光管及室内部分2）光导纤维又称导光纤维﹑光学纤维，是一种把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。它能将光的明暗﹑光点的明灭变化等信号从一端传送到另一端。光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。光纤采光系统也分成聚光部