照明系统的设计

第二章照明系统的设计2.1概论电气照明是一门综合性的技术，它包括光学和电学的知识，还综合了建筑、生理和美学等方面的知识。现代的电气照明是建筑装修中的一个重要组成部分。在照明设计中，应注意下几个方面[2]:⑴根据视觉要求、作业性质及环境条件，选取合适的照度，采用适当的亮度分布及照度的均匀性，减少不必要的阴影使视觉空间清晰；正确选用灯具，限制眩光，用以减少烦躁和不安；合理选用灯源，以减少灯热和紫外线照射对人和物体产生不利影响；处理好光色与显色指数的选择，以及特殊显色指数的色差关系，使其协调和谐。以创造使人工作感到轻松、生活感到舒适、活动感到自由的光环境。⑵按建筑形式确定照明方案时，应处理好照明及自然采光的关系，合理选择照明方式，能采用自然光的部位，正确选用灯光控制方案，以减少电能损耗，达到经济和节能目的。⑶光源和灯具的选择上，除满足上述要求以外，应尽量选用发光率较高的气体放电灯，减少系数小的新型轻巧的灯具，使其与建筑造型相协调，以达到美观、实用又节能的原则。2.2照明方式照明装置按照其分布特点分为三种照明方式：⑴一般照明在整个房间内普遍地产生规定的视觉条件的一种照明方式，其中，在整个房间的被照面上产生同样照度的称为均匀一般照明；在房间的不同被照面上产生不同照度的，称为分区一般照明。一般照明的照明器在被照面空间均匀布置，适用于对光照方向无特殊要求的场所。⑵局部照明局限于工作部位的固定的或移动的照明，是为了提高房间内某一工作地点的照度而装设的照明系统。⑶混合照明一般照明与局部照明共同组成的照明。对于工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的特殊要求的场所，宜采用混合照明。此时，一般照明照度宜按不低于混合照明总照度的5～10﹪选取，且不低于20勒克斯。2.3照明种类照明种类可分为：正常照明、应急照明、值班照明、景观照明、障碍照明和标志照明。其中应急照明包括备用照明、安全照明和疏散照明[3]。⑴正常照明人们正常生活与工作所需要的永久性人工照明。它必须满足正常活动时视觉所需要的必要照明条件，而且应有利于身心健康。⑵应急照明当工作照明因故障全部熄灭后，供暂时继续工作或供人员疏散用的照明称为应急照明。①备用照明：作为应急照明的一部分，用以确保正常活动继续进行。②安全照明：作为应急照明的一部分，用以确保处于潜在危险之中的人员安全。③疏散照明：作为应急照明的一部分，用以确保安全出口通道能被有效地辨认和应用，使人们安全撤离建筑物。⑶值班照明在重要的车间和场所和有重要关键设备的厂房、重要的仓库等处设置作为值班时一般观察用的照明称为值班照明。值班照明宜利用正常照明中能单独控制的一部分，或者利用应急照明中的一部分或全部。⑷警卫照明用于警卫地区周界附近的照明。是否设置警卫照明，应根据单位的重要性和当地保安部门的要求来决定。警卫照明应尽量与室内或厂区的照明结合。⑸景观照明包括建筑物装饰照明、外观照明、庭院照明、建筑小区照明、喷泉照明、节日照明等。主要用于烘托气氛、美化环境。⑹障碍照明装设在高层建筑物尖顶上作为飞行障碍标志用的或者有船舶通行的两侧建筑物上作为障碍标志的照明称为障碍照明。障碍照明应按民航和交通部门有关规定装设。障碍照明应采取能透雾的红光灯具。⑺标志照明作用在于借助于照明，以图文形式向人们提供关于通道、位置或场所与设施功能的信息。2.4照明质量及照度标准2.4.1照明质量⑴照度均匀度系指参考平面(工作面)上的最低照度与平均照度之比值，室内一般照明照度均匀度不应小于0.7。⑵一般照明在工作面上产生的照度，不宜低于由一般照明和局部照明所产生的总照度的1/3～1/5，且不宜低于501x。⑶照明光源的颜色特征与室内表面的配色宜互相协调，以形成相应于房间功能要求的色彩环境。在设计一般照明时，应根据视觉工作环境特点和眩光程度，合理确定对直接眩光限制的质量等级。2.4.2照度标准所谓照度标准，是关于照明数量和质量的规定。最重要的和最基本的是照明的数量，即工作面上的亮度或照度。因此在照度标准中主要是规定工作面的照度[2]。⑴在选择照度时，应符合下列分级0.1、0.2、0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2001x。⑵民用建筑照度标准所规定的照度，系指工作面上的平均维护照度。若设计未加指明时，以距地0.75m的参考水平面作为工作面。⑶用于备用照明，其工作面上的照度不应低于一般照明照度的10﹪，当仅作为事故情况下短时使用时可为5﹪。用于疏散照明，其照度不应低于0.51x,工作场所内安全照明的照度不宜低于该场所一般照明照度的5﹪。⑷视觉工作对应的照度分级范围，见表2-1[3]。表2-1视觉工作对照分级范围视觉工作照度分级范围（lx）照明方式适当场所示例简单视觉工作的照明30一般照明普通仓库等一般视觉工作的照明50～500一般照明或分区照明或混合照明设计室、办公室、教室、报告厅等特殊的视觉工作的照明750～2000一般照明或分区照明或混合照明大会堂综合性体育馆拳击场地⑸在民用建筑照明设计中，应根据建筑性质、建筑规模、等级标准、功能要求和使用条件等,可依据住宅照度标准见表2-2[3]。表2-2住宅照度标准房间或场所参考平面及其高度照度标准值（lx）Ra起居室一般活动0.75m水平面10080书写、阅读300*卧室一般活动0.75m水平面7580床头、阅读150*餐厅0.75m餐桌面15080厨房一般活动0.75m水平面10080操作台台面150*卫生间0.75m水平面10080注：*宜用混合照明2.5灯具的选择照明的灯具有很多种类，按辐射的光通量分布特性来说可分为深照型配照型、漫射型、广照型。按其结构特点分有开启型、封闭型、密闭型、防暴型，按期使用场所分有居用灯具、建筑灯具、舞台灯具、庭院灯具，设计是应根据环境条件，灯具光强分布，限制眩光，外型美观，颜色和谐、协调，使整个建筑空间在艺术上得到统一。照明设计选择灯具时，应综合考虑以下几点：①灯具的光学特性（灯具效率、配光、利用系数、表面亮度、眩光等）；②经济性（价格光通比、电消耗、维护费用等）；③灯具的使用环境条件（是否防水、防潮、防尘等）；④灯具的外形与建筑物或室内装修是否协调等。⑴从灯具光特性上的考虑①在层高较低的建筑中，房间的墙与顶棚均要求有一定的亮度，要求房间有较高的反射系数，并需有一部分光直接射到顶棚和墙上，此时以采用半直接照明或直接、间接型配光的灯具。上半球光通量一般不应小于15%，并应避免采用特狭照型灯具。②层高较高（6m）时，宜采用狭照型或特狭照型灯具，但对垂直照度有要求的场所不宜采用高度集中配光的灯具，而应考虑有一部分光能照到墙上。③建筑物室内要求减少阴影时，可采用广照型等配光，使工作点能受到各个方向灯具光线的照射。如果对消除阴影要求十分严格，则最好采用发光平面（如发光顶棚），它的特点是照度高。且均匀，对消除阴影的效果比较理想。④带有格栅的嵌入式灯具布置成的发光带。一般多用于长而大的办公室或大厅。发光带的优点是光线柔和、没有眩光。缺点是顶棚较暗特别是光带间距较大时，就更为突出。⑤为了防止眩光，应采用带有保护角或有漫射的灯具。⑥当要求垂直照度时，可采用宽配光灯具，如舞台灯等。⑵从经济方面的考虑①在考虑照明的经济性时，要作全面的比较，主要考虑初投资、耗电费及年维护费。②如果进行全面的经济比较十分复杂，难以进行，则以在同一照度值情况下消耗功率最小的照明方案作为最经济的方案。⑶从建筑装修方面的考虑2.6照度计算2.6.1单位容量法单位容量法适用于均匀的一般照明计算和方案及初步设计时的近似计算。不同面积范围所需的单位照度标准不同，如下表2-3[3]。表2-3住宅建筑照明的照度标准值房间或场所照明功率密度（W/m2）对应照度值（lx）现行值目标值起居室76100卧室75餐厅150厨房100卫生间100计算每单位被照面积所需的灯泡安装功率：P=W×A2-1式中:P—全部灯泡的安装功率，瓦；A—被照面积，平方米；W—单位面积安装功率，瓦。计算灯泡个数：N=W/P2-2式中:N—该计算房间内灯的安装个数；W—该计算房间内总的安装功率；P—每只灯的总功率。单位容量“W”决定于下列各种因素：照明器型式、要求的最小照度Emin、计算高度h、房间面积、天棚、墙壁和地面的反射系数和减光补偿系数Kji。算出全部灯泡的总安装功率P。然后除以灯具的功率，再考虑到室形及对灯具布置的要求即可得灯具数量。2.6.2利用系数法此法适用于灯具均匀布置的一般照明以及利用墙和天棚作为光线反射面的场合。当选用反射式、半反射式或漫射式等主要利用反射光通的照明灯具时，必须采用此法计算。它是根据房间的几何形状、灯具的数量和类型确定工作面平均照度的计算方法[4]。此法既考虑直射光通量，也考虑反射光通量。落到工作面上的光通分成两部分，一是从灯具发出的光通中直接落到工作面上的部分（直接部分），另一是从灯具发出的光通经室内表面反射后最后落到工作面上的部分（间接部分），它们的和即为灯具发出的光通最后落到工作面上的部分，该值被工作面面积除，即为工作面上的平均照度。若每次都要计算落到工作面上的直接光通与间接光通，则计算太复杂，人们引用利用系数的概念，事先计算出各种条件下的利用系数，供设计人员使用。对于每个灯具来说，由光源发出的额定光通量与最后落到工作面上的光通量之比值称为光源光通量利用系数（简称利用系数）。U=sf2-3式中：U—利用系数；f—由灯具发出的最后落到工作面上的光通量，lm;s—每个灯具中光源额定总光通量，lm。有了利用系数的概念，则室内平均照度即可由下式计算：ANUKEavs2-4或UKAENAV2-5式中：Eav—工作面平均照度，lx;s—每个灯具中光源的额定总光通，lm;N—灯具数；U—利用系数；A—工作面面积，㎡；K—维护系数，一般住宅选用0.8，维护系数K是考虑到灯具在使用过程中由于光源光通量的衰减、灯具和房间的污染而引起照度下降。⑴空间系数为了表示房间的空间特征，引入空间系数的概念，将一巨型房间分成三部分：灯具出光口平面到顶棚之间的空间叫顶棚空间；工作面到地面之间的空间叫地板空间；灯具出光口平面到工作面之间的空间叫室空间。上述三个空间系数定义如下：室空间系数：RCR=wLwlhRC)(52-6顶棚空间系数：CCR=wLwlhCC)(5=RCRhhRCCC2-7地板空间系数：FCR=wlwlhFC)(5=RCRhhRCFC2-8式中:l—室长，m；w—室宽，m；RCh—室空间高，m；CCh—顶棚空间高，m；FCh—地板空间高，m。⑵有效空间反射比灯具出光口平面（以下简称灯具开口平面）上方空间中，一部分光被吸收，一部分光经多次反射从灯具开口平面射出，为了简化计算，把灯具开口平面看成一个具有有效反射比为的假想平面，光在这假想平面上的反射效果同在实际顶棚空间的效果等价。同样地板空间反射效果也可以用一个假想平面来表示，其有效反射比为fc。有效空间反射比可由下式求得：00eAAAAss2-9式中:Ao—顶棚（或地版）平面面积，㎡；As—顶棚（或地版）空间内所有表面的表面积,㎡;—顶棚（或地版）空间各表面的平均反射比。假设空间由i各表面组成，以Ai表示第i各表面面积，以i表示地i各表面的反射比，则平均反射比由下式求出：iiiAA2-10⑶确定利用系数的步骤①确定房间的各特征量：按式2-3，2-4，2-5分别求出其室空间系数，顶棚空间系数，地板空间系数。②确定顶棚空间有效反射比：按式2-6求出顶棚空间有效反射比。当顶棚空间各面反射比不等时，应求出个面的平均反射比，在进一步计算。③确定墙面平均反射比：由于房间开窗装饰物遮挡等所引起的墙面反射比的变化，在求利用系数时，墙面反射比应采用加权平均值，可利用式2-7求得。④确定地板空间有效反射比。⑤确定利用系数。2.6.3逐点计算法包括电光源计算方法、线光源计算法和面光源计算法。逐点计算法考虑直接光产生的照度，可以计算人一面上某一点的直射照度[5]。逐点照度计算