照明设计基础

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1、照明设计基础知识课程开发：销售支持部目 录第一章 光学和照明基本知识一、 光 的基本概念二、 光学度量的几个基本量 三、 照明设计有关的几个概念 第二章 常见电光源及电器介绍 一、 发展简史 二、 分类及对应特性 三、主要用途 四、主要电光源实例 第三章 照明设计基础 一、照明场所的特点二、工厂（车间）照明设计第四章 照明布线及相关知识 一、线路改造方案的制定二、照明设计布线的其他注意事项第一章 光学和照明工程一、光的基本概念光是一种电磁辐射，可见光是电磁辐射的一部分，电磁辐射包括 微波、红外、可见光、紫外辐射、x射线和射线。在这些电磁辐射中 ，只有可见光波段是眼可见的。 可见光波段包括波长3

2、80-780纳米（1 纳米=10-9米）的电磁波段。 图1 可见光的颜色和波长分布在光照下舒适工作的要求依赖于以下几点 v 照明等级 v 视场内的亮度分布 v 避免眩光 v 光在空间内的分布 v 光色和显色 可见光在整个电磁波段中所占的范围二、光学度量的几个基本量1.光通量光源每秒钟发出的光的总量。单位：流明lumen（lm）2.光效某一光源发出的光通量与其消耗功率的比值。单位：流明/瓦。3. 光强（Iv, I）光源在给定方向上的单位立体角中发射的光通量。单位：坎德拉，cd（整 个空间的总立体角为4 ） 4. 亮度（L）光源在某一方向上的亮度是光源的单位面积、在该方向上单位立体角中发 射的光通

3、量。单位：cd/m25. 照度 (E)照射到表面一点处的面元上的光通量除以该面元的面积。单位：lux，lx ( 勒克斯)照度环境情况 照度(勒克斯) 无月夜天光在地面产生的照度 0.0003 接近天顶的满月在地面产生的照度 0.2 办公室工作所必须的照度 20-100 晴朗夏天在采光良好的室内照度 100-500 晴朗夏天太阳不直射的露天地面照度 1000-10000 下表列出了几种典型的照度。下图为光通量、照度和亮度之间的关系 6. 色温(CCT)v 以绝对温度K（Kelvin）来表示。v 色温越低，光色越偏红，色温越高，光色越偏紫。v 对于热而发光的光源，所发光的色温就是多高。气体放电灯用

4、与它的颜 色最接近的热发光物体的表面温度来表示它的色温。 7 显色指数(Ra)v 表征在特定条件下，经某光源照射的物体所产生的心理感官颜色与该物 体在标准光源照射下的心理颜色相符合的程度的参数。v 它表示的是用这个光源照射物体，拍下彩照的颜色保真程度，显色指数 越高，色彩失真越小。 日光无疑显色指数最高，为100； 白炽灯、金卤灯、镝灯等一般显色指数为85100； 荧光灯显色指数为7080； 节能型荧光灯、高压汞灯显色指数为4065； 高压钠灯由于是接近单色的灯，显色指数很低，小于40；三、 照明设计有关的几个概念1眩光由于亮度分布或范围的不合理分配或空间或时间上的强烈反差， 而引起的不舒适视

5、觉条件或观察能力的下降。下面图4中，工作者前方水平方向上下150范围内射向眼睛的光如 果比背景光强时，就会感觉刺眼，这就是眩光。图4 眩光产生的范围 2、配光曲线 （旋转对称）配光曲线（非旋转对称） 配光曲线是表示灯具发出的相对光强度分布曲线，它的单位是cd/k.lm上图为某一灯具的配光曲线，我们看到，此灯具发光为旋转对称发光，左侧的光强小于右侧光强。灯具正面150方向光强为 750cd/k.lm，现在我们假定灯泡光通亮为8500 lm，则150方向光强为750x8500/1000=6375(cd)灯具的150方向，距离为6米处的照度 6375/62=177(lux)一般判断照度的均匀度是用指

6、定 的区域内最小照度与平均照度之 比来表示。照度的均匀度等于0.7 ，被认为是设计允许照度均匀度 的最小值。 灯具的距高比是灯具安装时，照 度的均匀度不小于0.7的灯具之间 距离与灯具安装高度之比。记为 ： L/H。图6为距高比的示意图3最大距高比（简称距高比）4灯具效率 灯具实际发出的光通量与灯具内电光源发出的光通量之比。它是衡量 灯具是否节能的重要指标之一,用百分数表示。5光通量维持率 灯具在给定的点燃时间后的光通量与其初始的光通量之比，用百分数 表示。6照明功率密度（LPD) 单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为 W/m2。第二章第二章 常见电光源及电器介绍常见电

7、光源及电器介绍常见电光源主要性能参数比较白炽灯荧光灯高压汞灯高压钠灯金卤灯LED无极荧光灯 额定功率（W)15-10006-12550-100035-100035-3500520-250光效（Lm/W)2.4-1225-6016-5070-12060-905-2560-80平均寿命（h)5005000500020000800050000100000显色指数10060-8030-4020-2565-9060-8560-80色温（K)2500500050002000500060005000启动时间 min瞬时瞬时4-84-84-8瞬时瞬时再启动时间瞬时瞬时101010瞬时瞬时频闪效应无明显明显明显

8、明显无无电压变 化影响大较小较大较大较大大较小温度变化影响小大较小较小较小小较小附件无镇流器镇流器镇流器镇流器电源镇流器白炽灯普通白炽灯发光效率低，寿命短，但光色和显色性好，不需任 何点灯附件，使用方便，还可以有各种功率和形状，并能小型化， 所以白炽灯在家庭、商店等室内照明方面获得了非常广泛的应用。白炽灯是根据热辐射原理制成的，主要是由灯丝、泡壳和灯头 组成。 （1）发光效率 工作在钨的熔点（3653K）的白 炽灯，理论上的光效可达到53 lm/W 。由于它的大部分能量都变成红外 辐射，以现今额定寿命为1000小时 的普通白炽灯为例，其光效为8 21.5 lm/W。在灯启动的瞬间灯的电 流很大

9、。当使用大批量白炽灯时， 灯要分批启动。 （2）色温和显色性 普通白炽灯，色温较低，约2800 K，有很好的色温。白炽 灯的辐射覆盖了整个可见光区，在人造光源中它的显色性是首 屈一指的，一般显色指数Ra=100。 卤钨灯卤钨灯与白炽灯相比，它具有光效高，体 积小等特点，且光色也好，故可用作投光、放 映、照相、摄影等方面的照明。 （1）发光效率 卤钨灯的特点之一是光效较高，与相应的普通白炽灯相比，光效 要高出很多。在卤钨灯中由于卤钨循环有效地防止了灯泡发黑，卤钨 灯在寿命期内的光维持率几乎达到100%。（2）色温和显色性一般照明用的卤钨灯的色温为28003200 K。与普通白炽灯相比，光 色更白

10、一些，色调也稍冷一点，卤钨灯的显色性十分好，一般显色指 数Ra=100。 荧光灯荧光灯具有光效高，发光柔和，寿命长等 特点，可以做成各种光色，其形状有直管形U形 和环形等，广泛用作室内照明。 光输出维持特性 荧光灯在点燃8000 h后，灯的光通量将下降到初始值的70%80% ，灯管管壁（尤其是灯管端）发黑，影响光输出。 金属卤化物灯金属卤化物灯的发光效率、显色性都比汞灯好，适用于室外和 室内高大房屋的照明。高显色性的灯可用于印刷厂、印染厂、体育 馆、等处的照明。 工作特性 金卤灯采用镇流器启动，灯在熄灭后由于灯内气压太高不能立即 再启动，要等520 min后才能再启动。 金卤灯在电源电压上下波

11、动大于10%时就会造成灯颜色的变化， 灯泡必须工作在规定的功率范围内，灯才能达到要求。金卤灯的颜色 特性在很大程度上取决于电弧管的冷端温度和灯的工作位置。 单端型金卤灯插脚式金卤灯双端型金卤灯金卤灯的结构示意图高压钠灯高压钠灯是发光效率最高的一种人造光源。由于辐射是单色的 ，灯的显色性差，故只能用于显色性不甚重要而能见度要求高的地 方，例如可作为隧道等场所的照明。 工作特性 高压钠灯通常采用电感镇流器进行工作。高压钠灯的发光特性与 灯内钠蒸气有关。标准型高压钠灯就是工作在灯内钠蒸气约为10 kPa ，光呈金黄色，色温为1950 K，显色指数Ra=23。采用增加钠蒸气压 ，开发出两种新的高压钠灯

12、。一种是显色改善型，另一种是白光高压 钠灯。前者灯内钠的蒸气压为40 kPa，色温升到2200 K，显色指数 Ra=60。后者灯内钠的蒸气压为95 kPa，色温升到2500 K，显色指数 Ra=85。但与标准型高压钠灯相比，它们的光效明显下降。 单端高压钠灯双端高压钠灯高压钠灯结构简图LED（Light Emitting Diode）灯LED（发光二极管）特点： （1）色彩丰富：全彩色显示 （2）响应时间快：白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳 秒级。 （3）高节能：超低功耗，电光功率达90%以上，比传统光源节能80%以上 。 （4）长寿命：LED光源无灯丝、工作电压低，使用寿命可

13、达5万到10万小 时。 （5）利环保：生产中无有害元素、使用中不发出有害物质、无辐射。 （6）LED的缺点是价格高，功率小。 由以上的特点可以看出，LED必将成为领导照明世界里第四代新型光源。 SMD大功率贴片式LED 圆形LED四爪型LED多边形食人鱼形LED 大功率LED 第三章 照明设计基础第一节 常见照明场所、特点和照度要求1 工厂照明要求（1） 照度值总体照度值（也称为照度水平）是工厂照明中的最基本的要求。 表2中列出了部分工作场所的要求照度在相关的国家标准中的规定。表2见图标，请双击（2） 照度的均匀度最小照度与平均照度之比不低于0.7。v 平均照度简单估算：平均照度 = 所有灯具

14、的流明数 85% 总照明面积v 最低照度一般是没法计算的，通常是通过设计时掌握正确的距高比来控制。（3） 光源选择在工厂照明中，采用什么样的灯具，也是由使用的环境来决定。 （4）危险区域照明要求v 障碍物及不同高度水平的工作面。v 安装于危险区域范围之外。v 分散的局部照明灯具。v 发生眩光。第二节 工厂（车间）照明设计 1、 进行工厂照明设计需了解 的一般因素 v 工作环境的性质 v 对显色性的要求 v 工厂的温度环境 v 工厂的使用环境2、 工厂的照明系统1）工厂照明系统的组成：一个完整的工厂照明系统由一般照明、区 域化照明、局部照明、特殊作业照明混合组成。2）一般照明：用来在所考虑区域的

15、工作面上产生比较均匀的照度。a、 一般照明的原则v照度均匀度。 v安装高度决定使用荧光灯或高强度气体放电灯。v 安装高度在2.5-4m之间，可采用荧光灯具。v 安装高度在4-7m之间，可采用悬挂式反射型荧光灯具。v 安装高度在7m以上，可选用HID（高强度气体放电灯）灯具。v 工厂的一般照明方式：参考表5。表5见图标，请双击b、 布灯原则2）区域化照明实际上，区域化照明就是在相对小的区域内的一般照明。3）局部照明采用局部照明来增加工作面的照度，局部照明是一般照明的补充， 不能用它来完全取代一般照明。4）特殊作业照明通常的一般的照明系统不能满足要求，采取的照明手段称为特殊作 业照明。2、工厂（车

16、间）照明快速估算法快速估算法通常是采用如下过程：(1) 先根据需要对一般照明（或各区域化照明）进行估算；(2) 再对某些有需要的区域加上局部照明； (3) 最后，对某些特殊作业安排适当的补充照明。(2)和(3)是根据具体情况安排，这里着重介绍一般照明（或各区域 化照明）的快速估算法。快速估算法：1）从表2中工业照明推荐值中找到应用场所的照度A；2）从我们灯具的手册或说明书中得到光源的流明值B;3）额定光源流明值B乘以0.5得到光源的维持流明C；4）灯具数 : N=房间面积*A/C5）灯具间隔：房间面积/N6）当使用高悬挂灯具时，灯具间隔L与悬挂高度之比大于距高比时 ，则灯具间隔L过大，应选用功率低一级别的光源，重复第三步，直 到灯具间隔L满足要求；7）选用一种合适的高悬挂或低悬挂灯具。 1.工厂（车