第7章建筑照明设计

第7章建筑照明设计7.2常见电光源第7章建筑照明设计7.1基本概念7.4照明的基本要求7.3照明灯具分类及特性7.5照明的一般计算方法了解常见的电光源；照明灯具的分类、人工照明标准；本章要求：理解光源的度量与单位；灯具布置和要求；掌握常见的电光源的特性参数与选择；照明灯具的主要特性和照明质量的衡量指标；掌握照明计算中的利用系数法。第7章建筑照明设计•照明分为自然照明（天然采光）和人工照明两大类。电气照明由于具有灯光稳定，易于控制、调节及安全、经济等优点，而成为现代人工照明中应用最为广泛的一种照明方式。•电气照明在人们的生活和工作中是不可缺少的，良好的照明度对提高工作效率、保证安全生产和保护人们的视力等方面都有重要的作用。•随着现代化科学技术的发展，各种新型光源越来越广泛地应用于各种民用建筑之中，为现代人们的生活带来无穷乐趣。但各种不合理的电气照明设计，也给人们日常生活带来诸多不便，被现今人们称之为“光污染”。因此了解电气照明的基本概念，掌握基本设计知识和方法，合理的设计电气照明，对于建筑电气设计人员来说是非常重要的。•照明设计，特别是现代高层建筑的电气照明设计，与装饰工程有着密切韵关系，它不仅应用光学和电学方面的知识，还涉及建筑学、生理学和美学等方面，是一门综合性的技术。7.1基本概念7.1.1光源的度量与单位（1）光通量•人眼所感觉到的光是电磁波谱中很窄的一部分，它的波长范围约在380—760nm之间，这段波长的电磁波称为可见光；波长在10—380nm之间的光称紫外光；波长在780—34000nm之间的光称为红外线，也称红外光。•一个光源不断地向周围辐射能量，在辐射的能量中，有一部分能量使人的视觉产生光的感觉。光源在单位时间内，向周围空间辐射的使视觉产生光感觉的能量的总和，称为光通量，用Φ表示，单位是流明(lm)。常用光源的光通量光源种类光通量（lm）光源种类光通量（lm）光源种类光通量（lm）光源种类光通量（lm）太阳3.9×1028钠灯100w9000荧光灯20w930汞灯400w9200月亮8×1016白炽灯100w1038荧光灯40w2200汞灯750w22500蜡烛11.3白炽灯1KW15810荧光灯100w5000荧光汞灯400w21000卤钨灯500w9750电石灯11.3汞灯250w4900荧光汞灯1000w52500（2）发光强度（光强）•由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀，大小也不相等，例如：同一个光源有、无灯罩被照面所得到效果是不同的，故为了表示辐射体在不同方向上光通量分布特性，需引进光通量的角密度概念，即发光强度，简称光强。•用符号I表示，单位是坎德拉(cd)。•发光强度是指光源在某一特定方向上单位立体角（单位球面度）内的光通量。式中：•dФ——光源在dω立体角内所辐射出的光通量(lm)；•dω——微小立体角(sr)，等于与之对应的封闭圆锥面面积s与该球面半径r2比值。I=dФ/dω1cd=1lm/sr光源=S/r²ФI=Ф/（3）照度•照度是表示物体被照亮的程度的物理量。•当光通量投射到物体表面时，可以把表面照亮，照度就是照射到物体表面的光通量Φ与物体表面面积S的比值，即E=Φ/S•照度的单位是勒克斯(lx)，面积的单位是平方米(m2)。•若被照面积是1m2，照射的光通量是1lm，则被照面上的照度就是1lx。自然光的照度估计晴天太阳直射下100000lx晴天时背阴处10000lx晴天时室内北窗附近2000lx晴天时室内中央200lx晴天时室内角落20lx月夜0.2lx（4）亮度•亮度是一个单位表面在某一方向上的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此方位所看到发光面面积之比，用L表示，单位为坎德拉每平方米(cd／m2)，也称尼特(nt)。光通量、发光强度、照度和亮度示意图•光通量说明发光体发出的光能的光能数量。•发光强度是表明发光体在某方向发出的光通量密度，它表征了光通量在空间的分布状况。•照度表示被照面接受的光通量密度，用来鉴定被照面的照明情况。•亮度表示发光体单位表面积上的发光强度，它表征了一个物体的明亮程度。7.1.2光与视角（1）光与视觉•人眼睛能否清楚地识别物体，与下列条件有关：1.物体的明亮程度及其背景的亮度对比；2.物体的颜色、色对比以及光的颜色；3.物体的大小和视距的视角大小；4.观察时间的长短。•表明眼睛能识别细小物体程度的尺度称为视力。•视力：两个点若处在刚刚能识别出来的时候，那么这两点到眼睛的连线的夹角θ称为视角。其倒数1/θ即为视力。•过高的亮度或强烈的亮度对比，则会引起眼睛的不舒适，而造成视力下降，这种现象称为眩光。•在照明条件急剧变化的情况下，视觉过程需要适应。明适应：从黑暗中进入明亮的环境时，眼睛需2min恢复视力。暗适应：从明亮处进入暗的环境时，需要30-40min恢复视力。（2）明视照明的基本条件•良好的光环境使人具有舒适感，反之，在恶劣的照明条件下会使人感到不适，长时间后还会引起视觉疲劳和全身疲劳，良好的明视需要具备以下几个方面的条件：①合理的照度水平，并具有一定的均匀度；②适宜的亮度分布；③必要的显色性；④限制眩目作用。①合理的照度水平，并具有一定的均匀度•照度是决定物体明亮程度的间接指标（直接指标为亮度），用它来评价工作方面上的光线是否充足比用亮度要方便得多。因此在一般场合以照度水平作为照明质量最基本的技术指标之一。•由于在影响视力的因素方面，最重要的是被识别物体的尺寸和它同背景亮度的对比程度，所以通常按照这两个指标把视觉工作分成若干等级。例如，把视觉工作分为粗糙、中等、精密、高度精密、极精密、特别精密等；把亮度对比分为大、中、小等，然后规定出对每个等级的照度要求。•我国现行的工厂照度标准为《工业企业照明设计标准》，民用建筑照度标准为《建筑电气设计技术规程》中推荐的一般照明照度水平。前者规定的是最低照度值，后者规定的是平均照度值。•为了减轻眼睛对于照明条件的频繁适应所造成的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度（最低照度/平均照度）：工作区的照度均匀度不宜低于0.6，非工作区的照度不宜低于工作区照度的1/5。•要创造一个良好的、舒适的光环境，室内的亮度就需要有适宜的分布。对于一般的明视照明，通常是以适宜的亮度对比和正确选择墙面与顶棚的反射系数，作为设计应达到的要求。•一般推荐：视觉作业亮度与视觉作业相邻环境的亮度比为3:1；顶棚上的照度为水平照度的0.3-0.9，墙面的照度为水平照度的0.5-0.8；一般高度的房间以及采用嵌入式灯具时，顶棚的反射系数应大于70%；照度很高的房间，墙面的反射系数可在40%-60%之间，地面的反射系数可在20%-30%之间。②适宜的亮度分布•在视觉作业时，还应根据辨别颜色的不同的要求，合理地选择光源的显色性。•光源的显色性是光源的光色特征之一，其另一特性是色表。光源发光的颜色称为光源的色表，它可用“色温”等表示。（见书）光源的显色性是其光谱特性在被照物体上所产生的颜色效果。•光源显示性的优劣主要是取决于它的光谱分布，所以长期以来使用基于被测光源与基准光源的光谱分布相比较的方法。（见书）③必要的显色性•眩光：直接眩光与反射眩光。④限制眩目作用•产生眩光的主要因素：1.周围暗，此时眼睛能适应的亮度很低；2.光源的亮度很高；3.光源靠近视线；4.光源的表观面积和数量。•按照在建筑中所起主要作用的不同，可将建筑照明系统分为视觉照明系统和气氛照明系统两大类。•（一）视觉照明系统是指在自然采光不足之处或夜间，提供必要的照度，满足人们的视觉要求(属生理要求)，以保证所从事的生产生活正常进行而采用的照明系统。7.1.3建筑照明系统的分类•根据具体的工作条件，又可分为工作照明、事故照明和障碍照明三种。•（1）工作照明是保证人们的工作和生活正常进行所采用的照明。工作照明是电气照明中的基本类型。在建筑内，正常情况下需要照明的全部空间所采用照明都是工作照明。警卫照明和检修设备而使用的移动照明等均为工作照明。•（2）事故照明是当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作或人员疏散用的照明。•事故照明又包括备用照明和应急照明•备用照明是供人们暂时继续工作用的事故照明，应在下列场所采用：•当工作照明故障，由于工作中断或误操作将引起火灾、爆炸、人员中毒等严重危险的场所。如锅炉房、烘气站；可能引起生产过程长期破坏的场所，如电子计算机房；重要的生产车间，如水泵房等。•应急照明是供人员安全疏散用的事故照明。应在下列场所采用：•工作人数超过60人的生产车间，或当工作照明熄灭后由于生产继续进行或人员通行容易发生事故的地方；工作人数超过50人的生产车间或影剧院、大礼堂等公共场所；供人员往外疏散的通行房间、楼梯、太平门等处。•应急灯应涂成红色或注上箭头，文字说明等标记。•事故照明应采用能瞬时可靠点燃的白炽灯或卤钨灯。若事故照明平时作为工作照明的一部份经常点燃，而且当发生事故时不需要切换事故照明电源的情况下，也可采用其它电光源。•（3）障碍照明是装设于高大建筑物的顶部，作为飞行障碍标志的照明。•凡高于50m的建筑物均应装设障碍灯，高于100m的烟囱除在顶部装设外，还应在其二分之一高处安装障碍灯，灯下应设平台以便维护。一般高层建筑物只在顶端装设。水平面积较大的高层建筑物或集群高层建筑物，尚应在外侧转角的顶端装障碍灯，灯下也应设维修平台。每盏灯不应小于100W。最高端的障碍灯不得少于两盏。•（二）气氛照明系统是指创造和渲染某种气氛和人们所从事的活动相适应(即满足人们的心理要求)而采用的照明系统。包括建筑彩灯和专用彩灯。•（1）建筑彩灯节假日夜晚用于装饰整幢建筑物的照明系统。•节日彩灯用来显示建筑物的艺术造型，以增添节日之夜的欢乐气氛。•泛光照明是以高强度气体放电灯作为泛光灯，装在邻近的房屋和装置上，从不同角度照射主建筑。光线均匀，有层次，可达到理想的艺术效果。•（2）专用彩灯是满足各种专门需要的气氛照明。如喷泉照明、舞池照明等7.2常见电光源一、电光源的种类按其工作原理分为两大类（一）热辐射光源利用电能使物体加热到白炽的程度而发光的光源，如白炽灯、卤钨灯（二）气体放电光源利用气体或蒸气的放电而发光的光源，如荧光灯、荧光高压汞灯等了。照明电光源的具体分类见下页图：7.2.1常见电光源热辐射光源（白炽灯）气体放电光源普通白炽灯卤钨灯低压气体放电灯高压气体放电灯荧光灯低压钠灯高压汞灯金属卤化物灯高压钠灯氙灯二、常用电光源1.白炽灯（1）构造、原理白炽灯是第一代光源，它由玻壳、灯丝、芯柱、灯头等组成，它将灯丝加热到白炽的程度，利用热辐射发出可见光。（2）特点优点：构造简单、使用方便、显色性好、可调光、瞬间点燃、无频闪。缺点：发光效率低、寿命短、怕振动，对电压波动比较敏感。2.卤钨灯（1）构造、原理卤钨灯是在白炽灯基础上改进而得。卤钨灯主要由电极、灯丝、石英灯管组成。卤钨灯有单端引出和双端引出两种，构造如下页图所示。白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁，使灯泡射出伪光通愈来愈低。为了减缓这种进程，通常在灯泡内充以惰性气体(卤族元素)，利用“卤钨循环”以抑制钨丝的蒸发。为维持正常的卤钨循环，管形卤钨灯工作时需水平安装，倾角不得大于±4。，以免缩短灯的寿命；另外耐震性差；对电压波动比较敏感。（2）特点它与白炽灯比较,光效提高30%，寿命增长50%，一般达1500小时。卤钨灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好等特点。这种灯多用于较大空间、要求高照度的场所，也适用于电视转播摄像照明。3.荧光灯（1）构造、原理荧光灯是第二代光源，它是一种低压汞蒸气放电灯。直管式荧光灯的外形如下页图所示。荧光灯管的主要部件是灯头、热阴极和内壁涂有荧光粉的玻璃管。热阴极为涂有热发射电子物质的钨丝，玻璃管在抽真空后充入气压很低的汞蒸气和惰性气体氩。在管内壁涂上不同的荧光粉，则可制成月光色、白色、暖白色以及三基色荧光灯。开关频繁会缩短灯管寿命，电压偏移对荧光灯的寿命和光效影响较大，环境温度和湿度对荧光灯的工作影响大。（3）特点荧光灯具有表面亮度低，