室内设计照明设计基础知识

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1、照 明 设 计 基 础 知 识,李 军,780nm,什么是光？ 电磁波 可见光 ,380nm,光是特定频率区间的电磁辐射 ,人眼视觉特性,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内部的光通量，起着照 相机中光圈的作用。,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

2、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。,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

3、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。,眼球截面简图,明视觉曲线&暗视觉曲线 ,暗视觉曲线 20lux,光源的基本评价参数之一 光通量（流明输出）：是基于人眼的明视觉曲线得来的。 ,光的单位 流明（lumen) ,流明：光通量的国际单位，表示光的量的单位。 ,是评价光源的主要性能参数之一。 ,例（参考光源样本） , 一个100W白炽灯的光通量1350流明左右 , 一支18W三基色荧光灯的光通量1350流明左右 一个20W电子节能灯的光通量1250流明左右 一个20W陶瓷金卤灯的光通量1700流明左右 一个400W高压钠灯的光

4、通量50000流明左右 ,380,780,波长(nm),流明是怎么来的？ 视觉曲线 人眼的视觉灵敏度 相对灵敏度,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。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5401012HZ（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。 ,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 ，

5、,即： ,整个球面对球心所张的立体角为4。 ,（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。 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： ,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）。,（光）照度 ,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： ,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。 ,照度,阳光

6、直射阴天办公室家居月光应急照明,200,000 Lux5,000 Lux500 Lux100 Lux1 Lux0.1 Lux,显色性/显色指数 显色指数是衡量光源显现物体真实颜色的能力的参数，显色指数越高 (0100)的光源对颜色的表现越好(越接近自然原色)。 ,石英金卤灯 Ra6570,陶瓷金卤灯 Ra92,色 温 色温是衡量光源发出的光的光色冷暖的指标。单位为开尔文(K)。色温高则光色偏冷，色温低则光色偏暖。 色温是以绝对温度K来表示的，当一标准黑体被加热时，随着温度的升高，其颜色由深红至浅红至橙黄至白至蓝白至蓝色变化，利用黑体这一特征，当某光源的光色与黑体的某一温度下的光色相同时，我们将

7、黑体的温度称为该光源 的色温。 ,3500K,4100K,3000K暖色 ,5000K冷色 ,用色温可以把光源按人的不同色调感觉分为三类。,眩 光,由于视野（当头和眼睛都不动时，人能看到的空间 范围）中的亮度范围或者亮度分布不均匀，或存在极端 的对比，以至引起不舒适的感觉或者降低观察细节部分 及目标的能力的视觉现象，称为眩光。眩光是人的视觉 特性，它受制于环境因素，而由人眼的生理特点所决定。 ,人眼睛能感觉到从百分之几一直到几百万cd/m2如此宽的亮 度范围，这是由人眼的瞳孔和视神经细胞共同调节完成的。但是 ，人眼并不能同时“看”到这么大的亮度范围。当人眼适应了环境 的平均亮度以后，能分辨的亮

8、度范围比较有限。在平均亮度适当 的情况下，可以区分的最小亮度与最大亮度之比大约是在1：1000 左右；低平均亮度条件下，则可能只达到1：10。超过视觉范围 的亮度，人眼不能辨别；也就是眼睛看上去会一样的亮或者一样 的黑。 ,空间上或时间上亮度分布不均匀的背景，会造成视觉的 掩盖现象。即在背景有亮度突变处，人的可见度阈值（人在 某个背景亮度下能察觉的最小亮度变化）将增大。并且，在 亮度突变处的对比度越大，可见度阈值越大。那么，在人的 视野里如果出现对比较大的光线，就会影响人的可见度。,眩光包括不舒适眩光和失能眩光两种，两者的形成机理 并不相同。,不舒适眩光：即产生不舒适感觉，但不一定降低视觉对

9、象的可见度的眩光。,失能眩光：是降低了对象的可见度，但不一定产生不舒 适感觉的眩光。,1890 ,“钨丝”时代 ,1940 “气体放电”时代 ,2000“固体” 发光时代 ,1879 白炽灯 1911 钨丝灯 1925 内磨砂灯泡 1930 照相闪光灯 1934 高压汞灯 1938 荧光灯 ,1939 1945 1949 1959,密封汽车头灯 环形荧光灯 柔白灯泡 卤钨灯 ,1961 高压钠灯 1962 发光二极管 (LED) 1965 Multi-Vapor金卤灯 ,1974 1975,节能荧光灯 MR16,1986 1989 1990 1991 1992 1994 1996 1997,B

10、iax高效荧光灯家用 HIR卤钨PAR灯 2D灯 均匀恒色冷光杯 Biax 高效节能灯 Genura无极灯 ConstantColor陶瓷金卤灯 StarCoat荧光灯 ,1998 1999 200020012002 2003,Ecolux低汞技术 三部件陶瓷金卤灯电弧管 PulseArc金卤灯 白色发光二极管（UV）StayBright金卤灯 投影仪灯 Reveal钕玻璃白炽灯 250瓦和400瓦陶瓷金卤灯 UltraMax荧光灯镇流器28W高效荧光灯,（ GE）照明的发明史1.4 流明/瓦 ,40小时,150 流明/瓦 10万小时 ,客户需求 ,节能 寿命 光的质量 ,灯的分类,热辐射光源

11、 , 白炽灯 卤钨灯 ,气体放电光源 , 荧光灯 / 节能灯 (低气压汞放电) 低压钠灯 (低气压钠放电) 高压汞灯 高压钠灯 , 金属卤化物灯 / 陶瓷金卤灯 ,发光二极管, LED, OLED,1白炽灯,白炽灯是通过用电,来加热玻璃壳内的灯丝， 使其发光的光源。由灯 头、玻璃外壳、灯芯柱、 引线、灯丝等部分组成。,白炽灯结构图,实用白炽灯自爱迪生1879年发明以来，历经改进，现在 仍然是广泛使用的电光源之一。由于是热辐射光源，所以光 谱功率连续分布；显色性好，显色指数唯一可以达到100的电 光源；色温一般在24002900K，属于低色温光源；白炽灯的 功率因数接近于1，可以瞬时点亮，没有频

12、闪；因为构造简单 ，所以易于制造，价格便宜。白炽灯的另一个特点是：它的 光通量、发光效率和使用寿命会受到电源电压的巨大影响。 从图上能看出，光通量和电压正向变化，可以很方便的利用 白炽灯的这种特点，构成调光灯。,但是，白炽灯的发光效率低，由于辐射集中于红外线区， 大致只有2%3%的电能转化为可见光。它的平均寿命通常只 有1000小时左右。并且，白炽灯不耐震。,2卤钨灯,灯泡内充入的气体中含有卤族元素（氟、氯、溴、碘） 或者卤化物的热辐射光源叫做卤钨灯。卤钨灯能够实现钨 的再生循环，从而大大减小钨丝的蒸发量。,卤钨灯作为白炽灯的改进，除了兼有白炽灯的特点之 外，还具有体积小，功率大，亮度高，色温

13、稳定，良好的 灯丝稳定性和抗震性，优于白炽灯的光效和寿命等。不过， 卤钨灯的灯管温度很高，在两百多度以上，需要用耐高温 的石英玻璃。,卤钨灯广泛应用于电影、电视的拍摄现场，演播室， 舞台，展示厅，商业橱窗，汽车，飞机等的照明。,3荧光灯,荧光灯是利用放电而产生的紫外线激发灯管内荧光粉，使其发 光的放电灯。它属于一种低气压的汞蒸汽放电灯。,荧光灯同白炽灯相比使用的寿命长（荧光灯的寿命是指每三个 小时开关一次，每天开关八次，许多灯同时点燃，当其中50%报废 的时间），能达到10000小时以上。发光效率也高，其发出的可见 光可以达到输入能量的26%左右。荧光灯的表面亮度较低，大约在 104cd/m2

14、，照明柔和，眩光影响小；色温接近于白天的自然光，显 色性好。按形状分为直管、环管、和紧凑型荧光灯，其中光源电器 一体的紧凑型荧光灯又被通常称为节能灯。,荧光灯常用于办公场所照明，教学场所照明，商场照明，住宅 照明等等需要长时间使用的、需要营造舒适的自然光照条件的环境。,荧光灯外形结构分类,4. 荧光高压汞灯,又叫高压水银荧光灯，属于一种高强度的气体放电灯（HID）， 成本较低，发光效率高，省电，一般寿命较长，抗震性能好。,但有明显的频闪，而且此灯色温虽接近日光，但显色性差；点 燃时灯光看上去是白色，照射下的景物却泛青绿色，不能很好地还 原色彩。,荧光高压汞灯的功率在25W1000W，常用于道路

15、、广场、车 站、码头、企业厂房内外照明等。,5金属卤化物灯,简称金卤灯，此灯是在高压汞灯的基础上发展起来的，结 构与其相似。不同的是放电管中除了汞和稀有气体之外，还加 入了金属（钠、铊、铟、镝、钪、锡等）的卤化物。灯通电后 放电管内的物质在高温下分解，产生金属蒸汽和汞蒸汽，灯的 光辐射由它们放电电离共同激发产生。金属原子激发出的光谱 线弥补了汞光谱线的不足，增加了红光的成分。金属卤化物灯 在可见光范围内辐射比较均匀，显色性比荧光高压汞灯好，显 色指数在65以上，高的能达到90。灯的发光效率也比荧光高压 汞灯高，节能效果显著。但寿命要低于荧光高压汞灯。,金属卤化物灯的使用前景很广阔，现在开展的绿色照明工 程正逐步计划用金属卤化物灯替代荧光高压汞灯。它适合于显 色性要求高的照明场所，可以作为聚光灯用在电视拍摄现场， 演播室。,6钠灯,（1）高压钠灯：,也属于高强度的气体放电灯，钠蒸汽的压强能达到104Pa。高压钠灯 的光辐射由于钠原子激发的原因在589nm附近有一个很高的峰值，恰巧处 于人眼最敏感的区域，发光效率很高，可达到140lm/W，是荧光高压汞灯 的两倍，节能效果非常显著。灯的寿命能达到 26000小时。普通高压钠灯 色温低，发出金黄色的光，透雾性好；灯的紫外线辐射量低，只占总辐射 的1%左右，不易招惹飞虫，适合用于室外，尤其是道路照明。,