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1、项目二建筑照明工程 电气照明是现代人工照明极其重要的手段 是现代建筑的重要组成部分 在本课题中 主要介绍电气照明基本知识 常用电光源 照明器及选用 照明方式和照明种类 通过学习要求熟悉光照设计的基本步骤和主要内容 内容提要 建筑照明工程 天然采光一方面可以满足视觉的舒适 另一方面可以节能 因此是未来建筑的更多利用的技术措施之一 但是由于受到时间和地点的限制 如夜间和地下空间等 均需要人工照明 因此如何利用人工照明来创造一个优美 舒适 明亮的光环境 是建筑设计 装饰设计和电气照明设计中必须考虑的问题 任务一照明基本知识 人工照明 特点 不受光气候影响不受建筑设计影响 控制方便需要消耗大量电能增加
2、夏天空调负荷 照明设计的理念 照明设计的目的 规划人的视觉 但也要考虑人的知觉 例如人的心理作用 对事件的感知反应 照明设计的基本原则 在照明空间设计时要清楚空间使用者的目的性 就是他们看什么 他们要看什么 照明设计的任务 按信息的需要引导视觉去注意 并传递所需的信息 就是我们要表达什么 从而决定照明设计从构思到实践设计的思维方式及照明设计的重点 体现我们照明设计的主要任务 照明设计涉及的内容 基础一 光 色 视觉与光的非视觉效应基础二 照明工程学 光源 灯具 照明计算照明设计与灯具设计的关联 照明经济能耗管理照明控制照明维护我们主要学习内容 人工光源 灯具 照明方式及其设计 照明发展历程早在
3、1802年英国科学家就揭示了白炽现象 从那时开始直到有了电以后 美国科学家爱迪生发明了第一只白炽灯 开始了人类利用电能照明的新天地 在这之后 GE PHILIPS等国际知名大公司垄断了照明技术 一直到现在 光源的核心技术都掌握在这几家大公司之中 之后的许多新光源产品也都出自他们手中 自从1879年托马斯 爱迪生发明了世界上第一只实用型白炽灯泡以来 已经走过了一百多年的历史 电光源已经有了长足的进步 回顾历史 我们看到 1931年成功研制高压汞灯 1936年荧光灯问世 引入了荧光灯 1949年白炽灯采用了柔白涂层技术 1958年引入了卤钨灯 1962年发明了高压钠灯 1974年引入了节能型荧光灯
4、 1975年引入了冷光杯 之后引入了小功率金卤灯 1987年引入了40W节能灯 之后引入高效节能灯 1994年发明了无极荧光灯 直至目前发展起来的将电直接转化为光的发光二极管 LED 已作为公共场所的显示器 正在获得广泛使用 在照明的发展过程中 光源寿命有了很大的提高 从最初的几小时发展到现在的几万小时 如微波硫灯 光效有了很大提高 最高达150lm w 照明产品纷繁夺目 种类齐全 拥有适用于各种场所的照明产品 光的视觉性质照明工程中 光是指辐射能的一部分 即具有刺激视觉器官特性的辐射能 从物理学的观点 光是电磁波谱的一部分 波长范围在380 780nm 纳米 之间 这个范围在视觉上可能稍有些
5、差异 任何物体发射或反射足够数量合适波长的辐射能 作用于人眼睛的感受器官 就可看见该物体 一般辐射能波谱的范围遍布在波长为10 16 105m的区域 可见光谱辐射能的波长在380 x10 9 10 9m 即380 780nm 之间 仅是辐射能中很小的一部分 在1666年 牛顿使一束自然光线通过棱镜 从而发现光束中包含组成彩虹的全部颜色 可见光谱的颜色实际上是连续光谱混合而成的 波长从380nm向780nm增加时 光的颜色从紫色开始 按蓝 绿 橙 红的顺序逐渐变化 紫外线 红外线两个波段的辐射与可见光一样 可用平面镜 透镜或棱镜等光学元件 进行反射 成像或色散 故通常把紫外线 可见光 红外线统称
6、为光辐射 一 常用的光学物理量 1 光通量 2 光强度 指光源在单位时间内 向空间辐射出的使人产生光感觉的能量称为光通量 以字母 表示 单位流明 lm 是表征光源特性的光度量 简称光强 是指单位立体角内的光通量 以符号Ia表示 是表征光源发光能力大小的物理量 光强度的单位为坎德拉 单位代号为cd 它是国际单位制中的基本单位 Ia d d 3 照度 被照表面单位面积上接收到的光通量称为照度 用E表示 单位为勒克斯 lx 是表征表面照明条件特征的光度量 E S 为对照度有一些感性认识 现举例如下 1 晴天的阳光直射下为10000lx 晴天室内为100 500lx 多云白天的室外为1000 1000
7、0lx 2 满月晴空的月光下约0 2lx 3 在40W白炽灯下1m远处的照度为30lx 加搪瓷罩后增加为73lx 4 照度为1lx 仅能辨识物体的轮廓 5 照度为5 10lx 看一般书籍比较困难 阅览室和办公室的照度一般要求不低于50lx 光源的色温 不同的光源 由于发光物质不同 其光谱能量分布也不相同 一定的光谱能量分布表现为一定的光色 对光源的光色变化 我们用色温来描述 定量 二 照明质量指标 根据能量守恒定律 物体吸收的能量越多 加热时它辐射的本领愈大 黑色物体对光能具有较大的吸收能力 如果一个物体能够在任何温度下全部吸收任何波长的辐射 那么这个物体称为绝对黑体 绝对黑体的吸收本领是一切
8、物体中最大的 加热时它辐射本领也最大 天然的 理想的绝对黑体是不存在的 人造黑体是用耐火金属制成的具有小孔的空心容器 如图所示 进入小孔的光 将在空腔内发生多次反射 每次反射都被容器的内表面吸收一部分能量 直到全部能量被吸收为止 这种容器的小孔就是绝对黑体 绝对黑体 色温定义 黑体辐射的发射本领只与温度有关 严格地说 一个黑体若被加热 其表面按单位面积辐射光谱能量的大小及其分布完全决定于它的温度 因此我们把任一光源发出的光的颜色与黑体加热到一定温度下发出的光的颜色相比较 来描述光源的光色 所以色温可以定义为 当某一种光源的色度 色品 与某一温度下的绝对黑体的色度相同时绝对黑体的温度 常见光源色
9、温 色温用绝对温度 K 表示 绝对温度等于摄氏温度加273 如正午的日光具有色温为6500K 就是说黑体加热到6500K时发出的光的颜色与正午的颜色相同 其它如白炽灯色温约为2600K 色温的连续变化 色温是光源的重要指标 一定的色光具有一定的相对能量分布 当黑体连续加热 温度不断升高时 其相对光谱能量分布的峰值部位将向短波方向变化 所发的光带有一定的颜色 其变化顺序是红 黄 白 蓝 色温的应用 一 根据色光的舒适感选择色温在漫长进化过程中 长期处于自然光环境 清晨黄昏 色温2000 4500 中午5000 7000K研究结果表明 人对光源的舒适感接近自然光对人产生的生理效果 在很低的照度下采
10、用接近火焰的低色温的光源较舒适 在中等照度下采用接近或略高于黎明和黄昏的色温的光源较舒适 在高的照度条件下采用接近中午阳光的色光较舒适 照度水平与色光舒适感的程度 示意 210502001000照明度 lx 色温 700060005000400030002000 舒适区 色温的应用 二 各种光源的不同色温的色光对人有一定的生理和心理效应 根据人的生理心理需求合理运用色温生理方面 红色使人兴奋 蓝色使人沉静 红黄光使人有近感 蓝青光有远感 心理方面 红系光可以增加食欲 蓝系光降低食欲 彩度高的比彩度低的更能使人产生激情 低色温光给人温暖的感觉 称暖色光 高色温光给人以冷的感觉 称冷色光 需要热烈
11、激昂的气氛时选用 需要冷静沉稳的气氛时选用 温度高的时候 温度低的时候 色温的应用 三 根据不同的被照场所使用色温 如在餐厅 选用红黄为主的色光 给人金碧辉煌的感觉 食欲增强 在繁忙的车间 红选用高色温的冷色光源 缓解紧张情绪在卧室或者宾馆客房 采用低色温光源 使人具有休闲 安逸 温馨感觉在商店 色温常识 表一 色温 3300K 较低的空间 色温 5000K 较高的空间 色温感知 表二 不同色温空间效果 图例说明 色温低 色温高 K值 色温 越低 光色越偏红 K值 色温 越高 光色越偏蓝 1 5光源颜色与视觉的关系 1光源的颜色2光源的显色性3光源的显色指数及定量评价 1 光源的颜色 光源颜色
12、的两个含义 人眼直接看到的光源的颜色 即光源的表色 如白炽灯的颜色黄红色 光源照射到物体上物体所产生的客观的颜色效果 称为光源的显色性 同一物体在不同的光源下颜色效果不相同 2 光源的显色性 显色性由于同一个颜色样品在不同的光源下可能使人眼产生不同的色彩感觉 而在日光下物体显现的颜色是最准确的 因此 可以用日光标准 参照光源 将白炽灯 荧光灯 钠灯等人工光源 待测光源 与其比较 显示同色能力的强弱叫做该人工光源的显色性 光源的显色性是由光源的光谱能量分布决定的 日光 白炽灯具有连续光谱 连续光谱的光源均有较好的显色性 通过对新光源的研究发现 由几个特定波长色光组成的混合光源也有很好的显色效果
13、如450nm的蓝光 540nm的绿光 610nm的桔红光以适当比例混合所产生的白光 3 光源显色性评价 为了检验物体在待测光源下所显现的颜色与在参照光源下所显现的颜色相符的程度 采用 一般显色性指数 作为定量评价指标 显色性指数最高为100 显色性指数的高低 就表示物体在待测光源下 变色 和 失真 的程度 光源的显色性以一般显色性指数Ra值区分 Ra值为100 75显色优良75 50显色一般50以下显色性差 显色指数越接近100 显色性就越好 如下图 不同显色指数下的物体所呈现出来的效果 很好较好普通 1964年 CIE制定了光源显色性评价方法 1974年 经修订向世界推荐 1984年 我国采
14、用了CIE推荐的评价方法 1986年 我国正式实施了自己的光源显色性评价方法 我国光源显色性评价方法 常见光源的显色性指数 光源显色性指数白炽灯 500W 95 100碘钨灯 500W 95 100溴钨灯 500W 95 100荧光灯 日光色40W 70 80外镇高压汞灯 400W 30 40镝灯 1000W 85 95高压钠灯 400W 20 25 光源一般显色指数类别 三 颜色显色性和照度光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度 研究表明 在照度和显色指数之间存在一种平衡关系 用显色指数Ra 90的灯照明办公室 就其外观的满意程度来说 要比用显色指数低的灯 Ra 60 照明的办公室效果
15、好 照度值可降低25 以上 应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源采用适当的照度 以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果 照度低 显色指数低的空间 阴湿的空间印象 阴郁的空间印象 照度 色温低的空间印象 绿色的线条内是基本上让人感觉心情舒畅的范围 只从色温和照度的视点 四 眩光评价方法在视野范围内有亮度极高的物体 或亮度对比过大 或空间和时间上存在极端的对比 就可引起不舒适的视觉 或造成视功能下降 或同时产生这两种效应的现象 称为眩光 眩光是影响照明质量的最重要因素 从眩光的作用来看可分直接眩光和反射眩光 直接眩光是在观察物体的方向或接近这一方向内存在发光体所引起的眩光 反射眩光是
16、发光体的镜面反射 特别是在观察物体方向或接近这一方向出现镜面反射所引起的眩光 眩光按其效应又可分为失能眩光和不舒适眩光 失能眩光又称为生理眩光 这种眩光会妨碍对物体的视看效果 使视功能下降 但它不一定引起不舒适 不舒适眩光又称为心理眩光 这种眩光使人不舒适 但它不一定妨碍对物体的视觉功能效果 通常采取下列措施限制眩光 1 限制光源的亮度 降低灯具的表面亮度 如采用磨砂玻璃 漫射玻璃或格栅 2 局部照明的灯具应采用不透明的反射罩 且灯具的保护角 或遮光角 30 若灯具的安装高度低于工作者的水平视线时 保护角应限制在10 30 之间 3 选择合适的灯具悬挂高度 4 采用各种玻璃水晶灯 可以大大减小眩光 而且使整个环境显得富丽豪华 5 1000W金属卤化物灯有紫外线防护措施时 悬挂高度可适当降低 灯具安装选用合理的距高比 4 照度的稳定性 3 合理的照度和照度的均匀性 照度均匀度是指工作面上的最低照度与平均照度之比值 照度标准是关于照明数量和质量的规定 在照明标准中主要是规定工作面上的照度 照度是决定物体明亮程度的直接指标 在一定的范围内 照度增加可使视觉能力得以提高 合适的照度有利于保护人
