名建筑电气照明教学文稿

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1、第6章 建筑电气照明,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,6.1 照明技术的基本概念,6.2 常见电光源,6.3 照明灯具,6.4 照明种类和基本要求,6.5 电气照明计算,本章小结,6.1 照明技术的基本概念,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,6.1.1光觉的特性,6.1.2 光的度量,6.1.3光源的色温与显色性,6.1.4光源的色调,6.1.5眩光,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,1光的辐射 从物理学中“电磁波理论”的观点解释，光是一种携带电磁辐射能量的电磁波，它能被人的眼睛所感知。人眼能看到的那部分可见光只占电磁波波谱的很

2、小一部分，如图6-1所示。 由图6-1可看出，在可见光谱中不同波长的光对人眼的刺激不同，表现为不同的颜色感觉。当波长在780380nm之间变化时，颜色依次按：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫变化。比红光波长长的一段为红外线波谱，是人眼看不见的；波长比紫光短的紫外线人眼同样不可见。但是，红外线、紫外线和可见光一样可以被光学系统反射、透射、聚焦、成像等。如果一束光只含有单一波长成分则称为单色光；光谱上的谱色光为单色光。有两种及以上波长成分的是复合光；太阳光就是复合光，它给人以“混合”的白光感觉。,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,和所有电磁波辐射一样，光在真空中的传播

3、速度为,（约每秒30万公里）。,而当光线在不同媒质中传播时速度将发生变化。因光的振动频率f是恒定不变的，所以在折射率是n的媒质中，光速是真空中光速c的1n，即：,(6-1),=f/n,n,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,2视觉特性 人的眼球构造如图6-2所示。 眼睛是一个构造极其复杂的器官，它的正前方的一小部分是有弹性的透明组织，称为角膜，光线从这里进入眼内。其余部分为白色不透明组织，称为巩膜。巩膜里面有一层虹膜，起着遮光作用。虹膜随不同种族有不同颜色，如黑色、蓝色、褐色等。在虹膜中间有一圆孔称为瞳孔。瞳孔的大小可通过虹膜的环状肌来调节，它可以控制进入眼睛

4、内部的光通量，起着照相机中光圈的作用。,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,眼球内层的视网膜由大量的感光细胞组成。当光线通过瞳孔、晶状体和玻璃状液体聚焦在视网膜上时，感光细胞受到光刺激而发生电化学过程，其发出的生物电脉冲，经视神经传入大脑的视神经中枢形成视觉。 视网膜上的感光细胞分为锥状细胞和杆状细胞两种。 锥状细胞在正常光照条件下起作用，其既能分辨光线的强弱而形成明暗感觉，也能分辨光线的色彩。这被称为人眼的明视觉状态。 杆状细胞灵敏度高，在微弱的光照环境下由它负责工作。但是，杆状细胞只有明暗的光感而无法分辨色彩。这就是为什么在夜晚微弱的光线下，人只能看到物体

5、黑白的影像而看不出物体颜色的原因。人眼的这种状态是暗视觉状态。,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,人眼对不同波长的光线灵敏度不同。简单地说，可见光范围内不同波长的光，在人眼里会呈现不同的颜色；现在即使让它们辐射功率相同，人感觉这些彩色光也不一样亮。经测试人眼对黄绿光最敏感，在辐射功率相同条件下感到黄绿色光最亮，而蓝、紫色光和红光则感到很暗。人眼的这种特点可用视觉的光谱光效率函数V（）（又称相对视敏函数）反映出来。 选择视觉正常的观察者进行测试，在产生相同亮度感觉的前提下，测出各个不同波长光的辐射功率（）。可以想象得到（）越小，人眼对此波长光的灵敏度越高；如果

6、（）大，则意味着人眼对该光线不敏感。,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,这样，可以用光的辐射功率（）的倒数来表示眼睛对波长为的光线的敏感程度，我们把它称为光谱光效能K（）。从测得的数据看，人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感，有最大的光谱光效能Km=K(555)。把任意波长光的光谱光效能K（）与Km的比值定为人眼的光谱光效率，用函数V（）表示，即：,（6-3）,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,在波长为555nm时，V（555）1；其他波长时，V（）1。表6-1给出明视觉和暗视觉的光谱光效率函数V（）的测量数据。,由图6-

7、3可以看出，明、暗视觉的曲线不重合。明视觉下人眼对黄绿光最敏感；暗视觉下曲线左移，对波长短的光灵敏度增大。,由表6-1数据可画出光谱光效率函数V（）曲线，如图6-3所示。,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,图6-1 电磁辐射波谱分布,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,图6-2 眼球截面简图,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,图6-3 明视觉、暗视觉光谱光效率曲线,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,表6-1 光谱光效率函数值,暗 视 觉 V,暗 视 觉

8、V,6.1.1光觉的特性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,暗 视 觉 V,暗 视 觉 V,续表6-1 光谱光效率函数值,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,1光通量 光通量是用人眼睛的感觉来衡量的光辐射功率的大小。波长为的光，辐射功率（）W，光谱光效率为V（）其光通量为：,（6-4）,式中：K=683（lm/W）。,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,光通量的单位是流明（lm），波长为555nm的光的辐射功率为1W时，光通量是683lm（或1光瓦）。当光线中包含多种频率成分时，总的光通量将是光线中不同波长成分的

9、光通量之和。即：,式中：e（）光辐射体的功率波谱。 光通量在法定的计量单位中是一个导出单位，即：1lm的光通量等于发光强度为1cd（坎德拉）的均匀点光源在立体角为1sr（球面度）的空间范围内发出的光的通量。,（6-5）,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,2发光强度（光强） 为了表示光源在空间各个方向上发出的光通量的不均匀性，而提出发光强度的概念。发光强度是光源发出光通量的空间角密度。如图6-4，空间中有一个点光源P向四周发出光线，从P向某个方向取立体角d，在此角内的光通量为dV，则两者之比为此方向上的发光强度IV，即：,，即：,（6-6）,6.1.2 光的度

10、量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,立体角是从空间中一点放射出去而形成的锥体所包含的空间，单位是sr（球面度）。以锥顶为球心，R为半径作一球面，锥体射出去截切球面。如切出的面积为dS，则锥体所张开的立体角为：,（6-7）,显然，整个球面对球心所张的立体角为4。,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,此种情况可扩展到：对任意形状的闭合面（闭合的没有边界的面，球面是特殊的闭合面）。整个闭合面对内部任何一点所张的立体角都是4，而对外部点所张的立体角则为零。 发光强度的单位是cd（坎德拉），在国际单位制（SI）中是一个基本单位。定义为：辐射频率为5401

11、012HZ（波长是555nm）的单色光源，在某方向上的辐射强度为1/683（W/sr）时，则此方向上的发光强度是1cd。 ，,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,3（光）亮度 具有一定面积的广光源，其上各处的发光强度可能是不同的，向各个方向辐射的特性也是不一样的，为此引入光强面密度的概念。如图6-5，在发光体上取面积dS，在与此面法线成角的方向上观视，这个方向上的亮度LV定义为：在此方向上的光强I与面积dS在该方向上的投影dS之比。即：,（6-8）,dS也就是人眼在这个方向上看到的dS的大小。亮度的国际单位是cd/m2（坎德拉/平方米）。,6.1.2 光的度量

12、,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,4（光）照度 （光）照度用于衡量光照射在某个面上的强弱，用被照面上光通量的面密度表示之，即：,（6-9）,式中：EV照度； dS被照面上的圆面积； dV圆面积上得到的光通量。,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,如果面积S上的总光通量为V，那么平均照度为：,（光）照度的单位是lx（勒克斯）。在1m2的面积上得到1lm的光通量，那么照度就是1lx，即： 1lx1（lm/m2）。,（6-10）,6.1.2 光的度量,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,图64 点光源的发光强度示意图,6.1.2 光的度量

13、,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,图6-5 广光源的圆面积亮度,6.1.3光源的色温与显色性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,1色温 通常的照明光源（如太阳、白炽灯、荧光灯等等）发出的光包含多种波长成分，它们的光谱功率分布各不相同。因此，看上去的颜色感觉不一样。即使看上去都呈“白光”的光源，实际上它们的光谱功率分布相差也是很大的。这些“白光”在人眼里的感觉也是不一样的。 如：光谱能量偏重于较长波长段的称为“热白光”，它会给人以温暖的感觉。白炽灯就属于这种，其光是白中带些橙红色。光谱能量偏重于较短波长段的就叫“冷白光”；日光型的荧光灯可以归入此类。这些“白光”照射

14、同一个东西时，呈现的颜色会有差别。我们可能有这样的经验：在商店里选了一件满意的衣服，款式、颜色都很好。但是，在外面穿上后发现，颜色不对了，不如原来好看。这是因为，商场里是用的人工光源，而外面却是自然的太阳光。 为了便于比较和区别各个光源的特性以及进行计算，引入“色温”概念。,6.1.3光源的色温与显色性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,所有物体自身在绝对零度之上的任何温度都发出电磁波辐射。一定时间内辐射量的多少，以及辐射能量按波长分布的状况都与温度有关。 绝对黑体在任何温度下对任何波长的入射辐射都完全吸收（即吸收比为1）。这样，由于排除了周围环境的影响，使得它发出的辐射仅由温度

15、决定。 由图6-6看出，随着温度的增加，绝对黑体辐射能量增大；并且，其功率波谱的峰值向短波方向移动。也就是，当温度升高时，人用眼睛看上去不仅亮度增加，颜色也随之发生变化。 低温的炉火发出的辐射能量较多地分布在波长较长段，呈现红光；而电焊的电弧光温度很高，发出的辐射能量较多地分布在波长较短的蓝光中。,6.1.3光源的色温与显色性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,因此，可以用绝对黑体的温度来表征，不同光谱分布与颜色的实际光源。 总之，色温就是当某一种光源的色品（用CIE1931标准色度系统所表示的颜色性质）与某一温度下绝对黑体的色品相同时的绝对黑体的温度。用TC表示，单位是K（开）

16、。 这样，我们可以说：红光色温低，蓝光色温高。另外，要知道色温并非光源本身的实际温度，热光源的实际温度要比其色温低一些。,表6-2给出常见光源的色温。,6.1.3光源的色温与显色性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,CIE（国际照明委员会）规定了几种标准白色光源： A光源：2800K充气钨丝灯发出的光，色温2854K。光谱能量集中与红外区，泛橙红色。 B光源：相当于上午至中午的太阳直接光。相关色温大约是4800K。因为有些光源的光谱分布只与某一温度下黑体辐射近似，所以就把某一种光源的色品与某一温度下的绝对黑体的色品最接近时，绝对黑体的温度，定义为此光源的相关色温。B光源可以经特制的滤色镜由A光源获得。,6.1.3光源的色温与显色性,主要内容,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,C光源：相当于白天的自然光，相关色温约为6770K（6800K）。该光含较多蓝色成分，它同样可以由A光源通过特制的滤光镜获得。 D65光源：相关色温约为6500K。它的功率波谱和B光源及C光源相比更接近于白天的