建筑电气照明04第四章.ppt

第四章 照明器 4.1 照明器的特性 4.2 照明器的设计 4.3 照明器的分类 4.4 照明器的选用 照明器是由光源、照明灯具及其附件共同组成的 。 照明器的作用: 固定光源和保护光源，使之与电源安全可靠地 连接。 美化环境 对光源产生的光通量进行再分配、定向控制以 及防止光源产生眩光。 4.1 照明器的特性 光强分布配光曲线 遮光角保护角 照明器效率 一、照明器的配光曲线 配光曲线 照明器在空间各个方向上的光强 的分布曲线称配光曲线。 配光曲线是衡量照明器光学特性 的重要指标，是进行照度计算和决定照 明器布置方案的重要依据。 以极坐标原点为光中心，以极 坐标角度表示灯具的垂直角，以极 坐标矢量长度表示光强的大小，以 一定比例的光强值为半径作一系列 同心圆表示等光强线。 通过光中心作该灯具在一个垂 直平面内不同垂直角的光强有向线 段，把线段末端连接起来，得到该 灯具的配光极坐标曲线。 图4-1 白炽灯配光曲线 (一) 极坐标配光曲线 图4-1 白炽灯配光曲 线 适用于具有旋转对称 配光特性的照明器。 旋转对称配光特性指 照明器的光强空间分布相 对于光轴呈旋转对称形式。 一般，只要照明器形 状具有旋转对称性，则灯 具的配光就具有旋转对称 性，如装有普通白炽灯、 高压钠灯、高压汞灯及部 分金属卤化物灯的照明器 等。 1. 对称配光曲线 图4-1 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线 照明器的配光曲线应用 E I 图4-1 乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线 要求45方向 上的光强。 在配光曲线上 作45的射线，与 配光曲线交于一 点，从原点到交点 的长度为该方向的 光强，即75cd。 2. 非对称配光曲线 光源和照明器的形状是非对称的 （如普通直管荧光灯、管形卤钨灯组成 的照明器）。 就每个垂直面而言，其光强分布 相当于光轴是对称的，但各个垂直面上 的配光特性不同。采用多个不同测光垂 直平面的配光曲线表示。 由直管荧光灯组成的照明器，其 光强空间分布不再对光轴呈旋转对称 A(C0平面) A B B(C90平面) C C(C45平面) *资料不同，水平角有差异 图4-2 简式单管荧光灯照明器的配光曲线 如取垂直于灯管轴线的垂直面为基准面，其水 平角为0，标注。(A-A) 包含灯管轴线的垂直面，水平角为90 ,标注 。(B-B) 水平角为45 的配光曲线。(C-C) 图4-2 荧光灯的配光曲线 图4-3 简式单管荧光灯照明器的配光曲线 A(C0平面) A B B(C90平面) C B(C45平面) 配光曲线上的每一点表示 照明器在该方向上的光强。如 已知照明器计算点的垂直角， 可在配光曲线上查到照明器在 该点上对应的光强I 若实际光源的光通量不是1000lm，光强 可根据下面公式换算： 如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换 算时取它们的光通量之和。 （二）直角坐标配光曲线 对于聚光很强的投光灯，其光强集中分布在 一个很小的立体空间，用直角坐标表示配光 曲线。 图4-3 直角坐标配光曲线 (三) 等光强配光曲线 对于光强分布不对称的照明器，需 要用许多平面上的配光曲线才能表示空 间分布，可采用等光强配光曲线表示光 强。 1、圆形等光强图：用极坐标表示 图4-4 等面积天顶投影等光强曲线 围绕灯具 的球表面上的 一个平面内， 将等光强点连 接成圆形等光 强配光曲线， 并以相等的投 影面积表示相 等的包围灯具 德威球面面积 。 图4-7 道路灯中的光线坐标 在街道照明中应用较多 。 将照明器放在球的中间 ，极轴取上下方向。沿水平 中心线(赤道)上的角度为水 平角C，定义为路轴方位角 。C=0表示与道路同方向 ， C=90表示与道路垂直 。 沿周围角度表示垂直角， =0 表示灯具垂直向下。 2、矩形等光强图： 用直角坐标表示 在泛光灯应用较多。泛光灯的光分布通 常是窄光束，用矩形等光强图表示。 横坐标表示水平角，纵坐标表示垂直角 。 图4-5 泛光照明等光强 与区域光通量 左半部：在等光 强图中，可以计算出垂 直和水平网格线所包围 的每个矩形内的光通量 右半部：功率为 400W管形高压钠灯作 泛光灯时球带光通量曲 线的一半，在小方格所 确定的球带里，可以计 算出每千流明的光通量 3、等光强配光曲线 对于光强分布不对称的灯具，采用等光强配光曲线表示光 强。 1）圆形等光强图 2）矩形等光强图 图4-4 等面积天顶投影等光强配光曲线图4-5 泛光照明等光强与区域光通量 二、照明器的遮光角与亮度分布 （一）遮光角照明器的保护角 用以衡量灯具保护人眼不受光源耀眼，又可保 证工作面照度的一个指标，根据光源产生的眩光与 人视线角度的关系而设计。 照明器的遮光角是指灯具出光口遮蔽光源发光 体使之完全看不见的方位与水平线的夹角。用表示 。 功能是限制光源的直射光，对于任意位置的平 视观察者眼睛的入射角的最小值，因此具有限制或 消除眩光的作用。 1) 一般照明器，指的是发光体(灯丝)最边缘点(最低)与灯 具沿口的连线，与出光沿口水平线的夹角。 arctanh/r h 光源发光体中心至照明器出 光沿口平面的垂直距离，单位 为mm r照明器的出光沿口平面的半径 或宽度的一半，单位为mm 照明器的遮光角，单位为()图4-6 一般型照明器的遮光角 工程实践证明：对照明 质量产生影响的亮度值只要发 生在垂直角45 85的范围内 。 照明器的保护角越大，光 分布就越窄，效率也越低。由 于照明器保护角的实际意义在 于限制光源的直射光，从而防 止或限制直接眩光。一般照明 器应选取15 30保护角 。 图4-6 一般型照明器的遮光角 2)荧光灯，它本身的表面亮度低，不宜采用半透 明的扩散材料做成灯罩来限制眩光，而采用铝 合金(或不锈钢) 格栅来限制眩光。 格栅的遮光角： 定义为一个格片底 边看到下一格片顶 部的连线与水平线 之间的夹角。 图4-6 格栅型照明器的遮光角 a 格栅开口的长度，单 位mm b格栅开口的宽度，单 位为mm h格栅的高度，单位为 mm 图4-6 格栅型照明器的遮光角 长方形格栅三个遮光角 图4-6 格栅型照明器的遮光角 格栅的遮光角越大，光强分布越窄，效率越低；格栅的 遮光角越小，光强分布越宽，效率越高，但防止眩光的 作用变弱。 办公室照明，格栅遮光角的横轴方向 (垂直灯管)为45，纵轴方向(沿灯管 方向)为30。 商店照明的格栅遮光 角横轴方向成25， 纵轴方向成15。 二、照明器的遮光角与亮度分布 1、遮光角（保护角） 指灯具出光沿口遮蔽光源发光体使之完全看不见 的方位与水平线的夹角，以 表示 。 图4-6 照明器的遮光角 2、亮度分布： 照明器的平均亮度可计算如下： 灯具在 方向的发光强度， ； 灯具发光面在 方向的投影面积。 图4-7 灯具发光部分投影面积计算图 三、照明器的效率 1、定义： 照明器所辐射出的光通量 与光源发出的总 光通量 之比，称为照明器效率，用 表示 。 公式: 图4-8 照明器各部分对效率的影响 2、各种照明器的效率： 带反射罩型（狭照、中照） 0.7以上 广照型搪瓷 0.60.7 特广照型 0.75以上 乳白玻璃型 0.5左右 各种吸顶灯 0.30.5 开启式荧光灯具 0.8以上 格栅式荧光灯具 0.450.6 投光灯具 0.6左右 3、照明器各部分对效率的影响 图4-8 照明器各部分对效率的影响 区域1：光线能从高压经 玻璃板B 直接射出灯具的部分 ，称为直接出射光。 区域2：光线射向灯壳内 部壳体产生的杂散光，无法起 到有效照明作用。 区域3：高压光线射向反 射器R，经反射器反射后，通 过前面玻璃板B再射出。 4、提高照明器效率注意事项 图4-8 照明器各部分对 效率的影响 1) 尽量减少区域2，不使光线浪费在 壳体上。 2) 处理好玻璃板B与光线的相互位置 ，一般使光线对玻璃的入射角小于 45，以增强光线的透过率。 3) 增加区域1减少区域3，增加直接 出射光部分。 4) 减少区域2至零时，区域3内的光 线全部反射向区域1中，当反射出来 光线的角度与区域1的直接出射光角 度完全吻合时，可获得高的效率。 5、应用 1) 敞口式照明器的照明效率较高。取决于三个因素: 敞口面积与灯具控照器(灯罩)内表面面积之比，比 值越高，效率越高； 控照器内表面反射比越大，效率越高； 灯具形状造成光在照明器内多次反射，效率降低。 2) 格栅式灯具采用大网孔高格片的格栅，材料采用抛 光的铝合金或不锈钢，效率可高于70%。 4.2 照明器的设计 一、照明器设计的目的 1、配光设计 2、电气或配线设计 3、机械设计及热工设计 4、装饰设计 二、照明设计的基本流程 光学设计是照明器设计的特有要素。 1、确定概念设计； 2、设置配光目标； 3、照明器的光学设计； 4、照明器的总体设计； 5、计算分析、校验，并测试。 图4-9 灯具设计流程 三、照明器的主要控光部件 （一）反射器 （二）折射器 （三）漫射器 （四）遮光器 （a）、（b）线形光源用隔栅；（c）、（d）点光源用隔栅 图4-12 隔栅遮光器示意图 4.3 照明器的分类 一、按照明器的用途分类 (一) 功能性照明器 l 保护光源、提高光效、降低眩光 l 装饰效果 (二) 装饰性照明器 l 美化环境、烘托气氛，照明器造型和光线 色泽 l照明器效率、限制眩光 二、按防触电保护方式分类 根据防触电保护方式，照明器可分为0、I、 II、III四类，主要性能及应用情况见表4-4. 从电气安全角度， 0类照明器的安全程度最 低，I、II类较高， III类最高。 三、按外壳防护等级（防尘、防水等）分类 有多种外壳防护方式起到保护电气绝缘和光 源的作用。采用特征字母“IP”加两个数字 来表示照明器的防尘、防水等级。 详细说明见表4-5，4-6. 二、按照明器防触电保护方式分类 照明器保护人身安全的措施称防触电保护 照明器 等级级 照明器主要性能应应用说说明 0类类 依赖赖基本绝缘绝缘 防止触电电，一旦 绝缘绝缘 失效，靠周围环围环 境提供保护护 ，否则则，易触及部分和外壳会带带 电电 安全程度不高，适用于安全程度 好的场场合，如空气干燥、尘尘埃少 、木地板等条件下的吊灯、吸顶顶灯 类类 除基本绝缘绝缘 外，易触及部分和 外壳有接地装置，一旦基本绝缘绝缘 失效时时，不致有危险险 用于金属外壳的照明器，如投光 灯、路灯、家庭灯等 类类 采用双重绝缘绝缘 或加强绝缘绝缘 作为为 安全防护护，无保护导线护导线 (地线线) 绝缘绝缘 性好，安全程度高，适用 于环环境差、人经经常触摸的照明器 ，如台灯、手提灯等 类类 利用特低安全电压电压 （交流有效 值值不超过过50V）,灯内不会产产生高 于此值值的电压电压 安全程度最高，可用于恶恶劣环环境 ，如机床工作灯、儿童用灯等 照明器的防触电保护分类 三、按照明器的防尘、防水等分类 特征字母“IP”后面跟两个数字表示 第一个数字表示对人、固体异物或尘埃的防护能力 ； 第二个数字表示对水的防护能力。 在防尘能力和防水能力之间存在一定的依赖关系， 有多种配合。有多种外壳防护方式起到保护电气绝缘 和光源的作用。采用特征字母“IP”加两个数字来表 示照明器的防尘、防水等级。 详细说明见表4-5，4-6 四、按照照明器光通量在空间的分布分类 按灯具向上、向下两个半球空间发出的光通量的比 例来分，按此方法分为： （1）直接型 （2）半直接型 （3）漫射型 （4）半间接型 （5）间接型 见表4-8 四、按照明器光通量在空间的分布分类 又称CIE配光分类 按照明器光通量分类 直接照明型 光通集中在下半球，有窄 光、中宽光各种形式。 光的利用率高。 易获得局部地区高照度 顶棚较暗，产生眩光 适于高大空间的一般照 明、厂房、大厅、体育馆 等，常用的深照、中照、 广照、嵌入式荧光灯、发 光顶棚、点射灯等 向上光通用010 向下10090 特性 配光曲线 半直接照明型 漫射型 具有直-间接照明特点，利 用率中等、上下阴影得到改 善，由于扩散作用，可减少 眩光； 反射率高能发挥好的效果， 整个空间明亮 需要创造环境气氛和要求 经济性比较好的场所： 办公大厅、学校、饭店和 家庭等； 常用各式玻璃灯 具、开启式荧光灯、枝花 吊灯等 向上光通用4060 向下6040 特性 配光曲线 半间接照明型 间接型 向下光占极少部分，光的利 用率较低，顶棚较亮。 绝大部分或全部光向上发射 ，整个顶棚变成二次发光体 ，光线柔和、没有阴影 适用于创造环境气氛为主 ，而不注重经济性能的场 所： 如反射型（金属）吊灯、 暗槽反射灯、檐口照明等 向上光通6090 向上光通 90以上 特性 配光曲线 五、按照明器配光曲线分类 特深照型、深照型、配照型、漫散型、广照型等 表- 六、按照明器结构特点分 类 结结构特点 开启 型 光源与外界空间间直接接触(无罩) 闭闭合 型 透明罩将光源包合起来，但内外空气仍能自由流通 密闭闭 型 透明罩固定处处加严严密封闭闭，与外界隔绝绝相当可靠，内外空气不能自 由流通 防爆 型 符合防爆电电气设备设备 制造检验规检验规 程的要求，能安全地在有爆炸危 险险性介质质的场场所使用。有安全型和隔爆型。 安全型在正常运行时时不产产生火化电电弧；或把正常运行时产时产 生的火化 电电弧的部件放在独立的隔爆室内 隔爆型在照明器的内部产产 生爆炸时时，火焰通过过一定间间隙的防爆面后，不会引起外部的爆炸 防震 型 照明器采取防震措施，安装在有震动动的设设施上 七、按照明器 安装方式分 类 壁灯 吸顶灯 嵌入式 半嵌入式 吊灯 地脚灯 台灯 落地灯 庭院灯 道路广场灯 移动式灯 自动应急照明灯 4.4 照明器的选用 一、按配光曲线选择 根据环境条件和使用特点，合理地选定照明器 的光强分布、效率、遮光角、类型、造型尺寸 等，还应考虑照明器的装饰效果和经济性。 （1）办公室和公共建筑 （2）高大建筑物 （3）要求垂直照度时 （4）室外照明 照明设计的一个重要环节就是根据功能要求和环 境条件，选择合适的照明器和装置，并将照明功能 和装饰效果有机的协调和统一。 基本原则 一、按配光曲线选择照明器合适的光特性 二、按使用环境条件选择照明器符合场地的环 境 要求 三、按经济效果选择照明器经济性 第四节 照明器的选用 一、按配光曲线选择 根据环境条件和使用特点，合理地选定照明器的光强 分布、效率、遮光角、类型、造型尺寸等，还应考 虑照明器的装饰效果和经济性。 （1）办公室和公共建筑 （2）高大建筑物 （3）要求垂直照度时 （4）室外照明 二、按使用环境条件选择 （1）正常环境 （2）潮湿场所 （3）腐蚀性气体场 （4）爆炸危险场所 （5）较大震动场所 （6）易受机械损伤场所 （7）有装饰要求场所 （8）特殊场所 三、按照明器的使用空间选择 见表4-12 四、按经济效果选择 考虑初期投资和年运行费用（包括电费 、更换光源费、维护管理费和折旧费等） 1、台灯和地灯 n是以某种支撑物来支撑光源，从而形成 统一整体的灯具台灯、地灯 2）特点： 功能性补充照明 移动性移动功能 装饰性活跃气氛、丰富空间层次 安全性使用要求 第四章 照明器 2、吊灯 照明的广普性功能性 具有一般照明的特点，得到轻松的环境气氛。 能使墙面、地面和顶棚均匀受光，并与重点照明结 合使用，光线柔和、阴影减少。 装饰性突出艺术性 吊灯的造型和艺术形式在某种意义上决定了 整个空间的艺术风格和装修挡次，体现一种 综合性的艺术形式。 第四章 照明器 第四章 照明器 调节和转换视空间环境 满足视觉对空间环境概念的转换、调整人在心理 上的视觉需要，改善室内空间的比例关系。 使灯具与整体空间的比例适宜，增加亲密感 ！ 第四章 照明器 薄 型 3m以下层高 厚 型 4m以上层高 匀称型 34m左右层高 H/D 小于1/3 1/31 大于1 H:灯具厚度 D:灯具最大直径 3、吸顶灯 将照明器直接吸附在顶棚上的灯具。 应尽量使用四周都能发出光线的灯具 顶棚有一定的照明，否则顶棚太暗 ，压抑感 突出。 选用半透明材料的灯具 顶棚不能太亮，即刺目又冲淡了灯 具的形象效果。 4、壁灯 （1）具有一定的功能性 （2）创造理想的艺术效果。 自身造型和发出光线产生装饰效果。 配合使用，可以丰富室内光环境，增强空间层次感， 改 善明暗对比。 （3）电气要求。 功率小 白炽灯 P80W 荧光灯 P40W 5、嵌入式灯具 即嵌入到顶棚