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1、第四章第四章 照度计算照度计算 照明工程的照度计算有两种:一是点照度 计算;二是平均照度计算 照度计算的任务是:一是根据照度标准要 求及其灯具布置、室内环境条件,来确定 灯具的数量和光源的功率;二是已知灯具 的布置及形式计算照明系统在呗照面上产 生的照度,来校验照度标准能否达到要求 。 1、点照度的计算 :以被照面上某一点为对象, 计算光源在该点产生的直射照度,也称直射照度 计算,或叫逐点计算法。 2、点照度计算适用场合:用来验算工作面某点的 照度,或工作面照度均匀度,适用高大的建筑, 反射光少的场所。 3、平均照度计算:以整个被照面为对象,把被 照面的光通量除以被照面面积,得到的照度平均 值
2、。 4、平均照度计算适用:灯具布置均匀,墙面、顶 棚反射系数高的一般照明。 第一节第一节 点点 光源的点照度计算光源的点照度计算 1、什么是点光源:光源的几何尺寸远小于 光源到计算点距离 ,就可把光源看做是点 光源。一般地,点光源直径小于照射距离 的1/5,线光源长度小于照射距离的1/4,就 按点光源计算。 2、距离平方反比法(距离平方反比定律) 是最基本的照度计算方法,适用点光源、 线光源、面光源的直射照度计算。 下面介绍距离这种计算方法 一、指向平面照度一、指向平面照度 指向平面:与点 光源某一照射方向垂直的被照面。 法线方向照度:指向平面某点法线方向的照度。 例如:(1)已知点光源S,被
3、照面N,通过S做N的垂线, 垂足P,则S 在N的P处产生的直射照度就是点光源S的指向平 面照度,用En表示。(2)已知S射向N上P的光强为I,S距 N的距离为,在N上包含P 点取微面元dAn,面元对S张的 微立体角元为d, 则 ,S在d范围内射向N 的光通为d,则 ,于是S在微面元 dAn 上产生的照度 En, 结论:根据上式可以看出,S在N上的P点产生的指向平面 照度En于入射光强I成正比,与到被照点的距离 平方成 反比,这叫距离平方反比法。 二、水平面照度 什么是水平面:与点光源光轴垂直的平面 水平面照度Eh :表示点光源在水平面某点法线方向照度。 简称水平照度。 已知P是水平面H上一点,
4、光源S在P点产生的直射照度就是 水平照度,h是S至H的距离L ,为点光源到P的距离,为 S的垂直角,也就是N与H的夹角,也是En 与Eh的夹角于 是有Eh= Encos,这个公式也叫余弦定律, Eh= cos 结论:S在H上产生的照度Eh 与光源的光强I及入射光线的夹角的余弦 成正比,与距离平方成反比。为了节省计算时间 常用公式 三、倾斜面与垂直面照度(自己阅读 ) 四、实际 照度的计算公式 在实际 照度计算时考虑如下两个因素 (1)光强换算 公式中的光强值,一般是从灯具配光特性上查得,总光 通量为1000流明,实际 的不一定是1000,所以要进行换算。 (2)维护 系数K 由于灯具的老化、积
5、灰,房间表面的污染等因素引起 光通量衰减照度降低,在计算时要考虑这 些因素,常用维护 系数来描述 减光问题 。 水平面照度实际计 算公式Eh=I/l2 cosK/1000 维护 系数见表4-1 五五 实用计算图表实用计算图表 为了解轻繁琐的直射照度计算工作量,常编制表格 或曲线供设计人员使用,图中是水平面照度Eh与相 关系数的乘积。 1、空间等照度曲线 假定光源光通量为1000流明 ,维护系数是1时,点光源的水平面照度与计算点 坐标(计算高度h,计算点P至灯轴线的水平距离d )的关系曲线 在计算时,已知h ,d在空间等照度曲线上查得水 平照度值e,则实际 水平照度是 2、平面相对等照度曲线(适
6、用不对称配光灯具的 照度计算) 光源光通量为1000流明,维护系数 为1,计算高度为1M,不对称灯具(光源)的水 平照度与计算点坐标d/h,(对称平面与水平面 的交线与入射光线投影线之间的夹角,灯具对计 算点的平面位置角)之间的关系曲线。则实际 水 平照度为 六、点光源直射照度计算举例六、点光源直射照度计算举例 请同学们看懂并掌握 第三节第三节 平均照度计算平均照度计算 平均照度的技术常采用利用系数法,也叫光通法 或流明法。该方法考虑了直接投射光通量,也考 虑各表面墙壁顶棚地板光通量的多次反射影响, 是比较准确的计算法。 一、利于系数的概念 定义:光源光通量被利用的程度,表示经过照射 和反射而
7、投射到工作面上的光通量与所有光源发 出的总光通之比,用U表示 利于上式很难求出U,实际是求出房间的空间特 征及格表面反射比,再从利于系数表中求得U, 使平面照度计算简化。 1、室形指数和空间系数 用来表征房间的尺寸和 形状,常把房间分成三个空腔:顶棚空间、室空 间、地板空间,通过灯具光中心的水平面称灯具 平面也叫有效顶棚或等效顶棚。其中室空间是最 重要的空间,上面是有效顶棚,下面是工作面也 叫有效地板或等效地板,四周是墙,工作面高度 按民用建筑照明设计标准选择:坐着离地为 0.75M,站着离地0.85M的水平面看做是参考面。 等效室空间(墙、有效地板、有效顶棚组成)的室 形指数是RI 假定房间
8、的长度为L宽度为w,顶棚空间高度为hcc ,地板空间高度为hfc室空间高度为hrc,若室形指数 RI表示则 RI值越大,房间越大,高度相对较矮,RI越小,房 间越小,高度相对较高。 带域带域空间法空间法 该方法是源自美国,目前在平均照度计算中用的较 多,该方法用空间比(室空间系数)表示房间的尺 寸和形状,分别是室空间系数RCR,顶棚空间系数 CCR,地板空间系数FCR计算公式为: 比较RCR与RI可得到RCR=5/RI,对一般房间RI在0.65.0 之间,RCR在110之间,将RI划分0.6,0.8,1.0,1.25 ,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0,5.0共10个等级,则RCR划 分
9、为1至10共10个等级。 2、有效空间反射比cc (1)有效顶棚反射比 顶棚空间有两部分表面组成,一是实际顶 棚表面,二是 顶棚空间部分的墙面。当光源的光通量投射到顶棚空间 后,一部分被吸收,一部分在空间内经多次反射后重新射 出灯具平面。将各次射出灯具平面的光通量相加,其和即 为顶棚空间总的反射光通量,它与第一次射入顶棚空间 的光通量之比就是顶棚空间的有效反射比。 式中 A0:顶棚空间开口面积 AS:顶棚空间内表面面积 :顶棚空间内表面的平均反射比 第i块表面面积为A i, i是该表面 实际反射比 (2)有效地板反射比 其中还按上式计算 3、墙面平均反射比 式中A:室空间部分包括门窗的总面积
10、Ag:玻璃窗的面积 g:玻璃窗的反射比取0.1 结论:到此房间简化为长方体空间,可根 据灯具的利用系数表和计算公式,计算出 工作面上的平均照度。 二、平均照度计算 最主要的计算方法是利用系数法,工作面 上的平均照度就是工作面单位面积上的光 通量。 1、基本计算公式 (1)已知房间特性(U)和灯具数量,求工作面上 的平均照度; (2)已知房间特性和照明要求,求达到工作面上 的E锁需要的灯具数量。公式如下: 2、计算步骤 利用U计算平均照度的步骤如下: (1)计算空间系数RCR、CCR、FCR或室 形指数; (2)计算有效空间反射比cc、fc、w; (3)确定利用系数U; (4)房间环 境污染特征,确定维护 系数 ; (5)根据E或U的计算公式进行计算。 3、确定利用系数U时注意: (1)不同型号灯具的利用系数表不同; (2)系数U表中,室空间系数RCR是整数,计算 时用直线内插法得到整数RCR; (3)系数U表中反射比是10的整数倍,计算时可 四舍五入得到; (4)利用系数表中的地板反射比按20%编制,计 算可按修正系数进行修正; (5)利用系数表中顶棚及墙面反射比为零,使用 在室外照明设计。 三、平均照度计算举例(重点掌握)