建筑电气与照明技术设计论文.doc

引言照明是人们生产、工作、学习中最基本和最重要的需求。我国经济正处于高速发展阶段，随着人们生活水平的不断提高，对照明用电的需求也迅速增长，照明用电已成为我国电力需求的重要部分。就目前我国的国情来讲，建筑电气技术仍处于发展中。因建筑电气设计方式和维护管理工作不善而导致工业与民用建筑等场所的电气照明的功效不良，如照度水平该高的地方不高，该低的地方反而很亮，耗电多，达到的照度水平低，照明质量差，既不利于人们劳动或其他活动的视觉工作，而且造成了电气照明能量的严重浪费。能源短缺严重影响我国现代化建设的发展。节能在各行各业中均已得到充分重视。建筑电气设计工作者更应在进行建筑电气设计时，应充分考虑照明设施的维护管理问题，充分发挥电气照明设施的能效。为国家节约每一度电，为现代化建设作贡献，是每一位建筑电气设计工作者责无旁贷的职责与义务。新的建筑照明标准中,指出在满足照度要求的前提下，减少单位建筑面积的照明用量。工厂越来越重视照明对企业生产效率提高的作用，正逐步替换能耗高、照度低的照明灯具。雷电防护是古老的话题，自古至今雷电的能量和次数并没有发生明显的突变，但是雷电灾害频度急剧增加，主要是我们的负载发生了变化。防雷一定要从负载耐受开始研究，否则便是纸上谈兵。防雷又是一个很复杂的问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。接地是避雷防护最重要的环节，不管是直击雷、感应雷、或其他形式的雷，最终都是把雷电流泄入大地。因此，没有合理而良好的接地装置是不能可靠地避雷的。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。等电位连接就是把建筑物内附近的所有金属物，如建筑物的基础钢筋、自来水管、煤气管及其金属屏蔽层，电力系统的零线、建筑物的接地系统，用电气连接的方法连接起来（含截获可靠的导线连接）使整座建筑物成为一个良好的等电位体。等电位连接的目的就是为了防止和设备与设备之间、系统与系统之间危险的电位差，确保设备和操作人员的安全。 1.电气照明概述工厂照明分为自然照明和人工照明两大类，而电气照明是工厂照明中应用范围最广的一种照明方式。照明设计是否合理，都直接影响到生产产品的质量和劳动生产率以及工作人员的视力健康。因此工厂照明的合理设计对工业生产具有十分重要的意义。1.1照明技术的有关概念1.1.1光和光谱1.光光是物质的一种形态，是一种辐射能，在空间中以电磁波的形式传播，其波长比无线电波短而比X射线长。这种电磁波的频谱范围很广，波长不同其特性也截然不同。2.光谱白光线中不同强度的单色光，按波长长短依次排列，称为光源的光谱。光谱的大致范围包括：红外线波长为780nm1mm可见光波长为380nm780m紫外线波长为1nm380m。波长为380nm780m的辐射能为可见光，它作用于人的眼睛就能产生视觉。但人眼对各种波长的可见光，具有不同的敏感性。实验证明，正常人眼对于波长为555nm的黄绿色光最敏感，因此波长越偏离555nm的辐射，可见度越小。 1.1.2 光的度量 1.光通光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量。用符号表示，单位为流明（lm）。 2.光强光强就是发光强度，是表示向空间某一方向辐射的光通密度。用符号I表示，单位为坎德拉（cd）。3.照度受照物体表面的光通密度称为照度。用符号E表示，单位为勒克斯（lx）。4.亮度发光体（受照物体对人眼可看作是间接发光体）在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度。用符号L表示，单位为cd/。 1.1.3光源的色温与显色性1.色温色温就是当某一种光源的色品（用CIE1931 标准色度系统所表示的颜色性质）与某一温度下绝对黑体的色品相同时的绝对黑体的温度。用Tc表示，单位是K（凯尔文）。所有物体自身在绝对零度之上的任何温度都会发出电磁波辐射。一定时间内辐射能量的多少，以及辐射能量按波长分布的状况都与温度有关。绝对黑体在任何温度下对任何波长的入射辐射都完全吸收（即吸收比为1）。由于排出了周围环境的影响，使得它发出的辐射仅由温度决定。随着温度的增加，绝对黑体辐射能量增大；并且，其功率波谱的峰值向短波方向移动。也就是，温度升高，人眼看上去不仅亮度增加，颜色也随之变化。2.显色性统一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性。为表征光源的显色性能，引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数Ra是指在待测光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。1.1.4 眩光由于视野中的亮度范围或者亮度分布不均匀，或存在极端的对比，以至于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，且由人眼的生理特点所决定。1.1.5 照明方式和种类1.照明方式在工业企业中,照明按装设方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。（1）一般照明 供照度要求基本均匀的场所之照明。（2）局部照明 仅供工作地点(固定式或便携式)使用的地方。（3）混合照明 一般照明和局部照明组成的照明。对工作位置密度很大而对光照方向无特殊要求的场合，宜采用一般照明；对局部地点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明；对工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。2.照明的种类照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明。（1）工作照明 正常工作时的室内照明。（2）事故照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明。（3）值班照明 非生产时间内供值班人员使用的照明。（4）警卫照明 警卫地区周界的照明。（5）障碍照明 在高层建筑上或基建施工、开挖地段时，作为障碍标志用的照明。工作照明一般可以单独使用，也可和事故照明、值班照明同时使用，但控制线路必须分开。事故照明应装设在可能引起事故的设备、材料周围及主要的通道和入口处，并在灯的明显部位涂上红色，且照度不应小于场所所规定照度的10%。三班制生产的重要车间及有重要设备的车间和仓库等场所应装设值班照明。障碍照明一般用闪光、红色灯显示。1.2常用照明光源和灯具照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。1.2.1照明光源电光源就是将电能转换成光学辐射能的器件。照明工程中常用的电光源按发光原理可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。1.热辐射光源（1）白炽灯 白炽灯是根据电流的热效应制成的发光器件，它是将灯丝通电加热到白炽状态,利用热辐射发出可见光的电光源，至500时开始发出可见光，随温度增加，从红-橙黄-白逐步变化。性能特点及应用：辐射光谱连续；显色性好，近似Ra=100；色温低，约在2500K-3200K（普通型号在2700K-2900K）；光效低，约在9-34lm/W；散热量大；寿命短，约在1000h。从以上性能可以看出，白炽灯发光效率极低，能耗极大，但由于它的显性好，在特定的要求下还在采用。（2）卤钨灯卤钨灯是在白炽灯的基础上，进行技术改进而产生的新型照明电光源。它有体积小、寿命长、光效高、亮度强、使用方便、价格；便等一系列优点，在宾馆、商场、医院、电影院等场所得到广泛应用。卤钨灯的发光原理和白炽灯完全相同。其性能的提高在于玻壳内不但被抽成真空，充入了适量的惰性气体，如氩气、氮气，而且还充人了化学卤族元素及其卤化物，如碘、溴、溴化氢等。灯泡点燃后，灯内温度上升，达到2501200时钨便会蒸发，扩散到玻壳内壁，灯内的卤族元素分子电同样受高温而分解充满灯体内。由于灯管壁壳温度较低(约250)，于是卤素分子和钨便发生化学反应生成卤化物，而卤化物是一种极不稳定的化合物，易挥发。当它靠近1200以上的灯丝，又被高温分解为卤素分子和钨。这样大部分的钨可重新回到灯丝上。而卤素分子又扩散到离灯丝较远温度较低的玻壁附近，再度与蒸发出的钨发生反应生成卤化物。这样不但提高了发光效率和维持更好的光通，而且延长了灯泡的使用寿命。 卤钨灯按灯内所充卤元素的不同分为两种：碘钨灯(灯内充碘)和溴钨灯(灯内充溴)。碘钨灯的特点：碘钨灯的优点是体积小、效率高、功率大、寿命长、安装简单、使用方便。缺点是耐震性差。溴钨灯的特点：体积小、亮度高、彩色还原好，一般在要求强光的场合下使用，寿命较短。2.气体放电光源（1）荧光灯 荧光灯即低压汞灯，它是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，因此它属于低气压弧光放电光源。荧光灯内装有两个灯丝。灯丝上涂有电子发射材料三元碳酸盐（碳酸钡、碳酸锶和碳酸钙），俗称电子粉。在交流电压作用下，灯丝交替地作为阴极和阳极。灯管内壁涂有荧光粉。管内充有400Pa-500Pa压力的氩气和少量的汞。通电后，液态汞蒸发成压力为0.8 Pa的汞蒸气。在电场作用下，汞原子不断从原始状态被激发成激发态，继而自发跃迁到基态，并辐射出波长253.7nm和185nm的紫外线(主峰值波长是 253.7nm，约占全部辐射能的70-80；次峰值波长是185nm，约占全部辐射能的10)，以释放多余的能量。荧光粉吸收紫外线的辐射能后发出可见光。荧光粉不同，发出的光线也不同，这就是荧光灯可做成白色和各种彩色的缘由。由于荧光灯所消耗的电能大部分用于产生紫外线，因此，荧光灯的发光效率远比白炽灯和卤钨灯高，是目前最节能的电光源。（2）高压汞灯高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞与惰性气体。放电时，内部汞蒸气压为2-15个大气压，因此称为高压汞灯。高压汞灯，应用了先进的制灯工艺，使高压汞灯的光效更高，寿命更长。发白光，色温4100K左右，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，道路照明灯领域。自镇流高压汞灯，由于该产品不需要外接镇流器，所以使用非常方便。其光效是白炽灯的2倍，寿命是白炽得灯的10倍，而且经济实惠，被广泛应用于室内外的工业照明，庭院照明，街区照明等领域。高压汞灯通常采用并联补偿电容的电感镇流器。另一种自镇流高压汞灯，由于在外泡壳内安装了一根钨丝作为镇流器，因此不必再外接镇流器而方便使用。（3）高压钠灯高压钠灯的基本结构，主要由灯丝，双金属片热继电器，放电管，玻璃外壳，等组成，放电器由半透明的多晶氧化铝陶瓷制成，充有汞和汞钠剂，能产生很高压力的汞蒸气，灯丝由钨丝制成螺旋形或编织成能储存一定数量的碱土金属氧化物的形状，当灯丝发热时，碱土金属氧化物发射电子。双金属的作用是：当灯接入电源后，电流经过镇流器，热电阻，双金属片而形成通路，热电阻发热后，双金属片断开，由镇流器产生的瞬间自感电动势使管内的惰性气体电离击穿放电，温度升高后，汞也随着气化放电，使钠成为气态放电而产生强光。 高压钠灯使用时发出金白色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。（4）金属卤化物灯金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料，金属卤化物以固体形态存在灯内。因此，灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙，以便点燃灯泡。灯点燃后，首先工作在低气压弧光放电状态，此时灯两极电压很低，约1820V，光输出也很少，这时主要产生热能，使整个灯体加热，引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发，成为金属卤化物蒸气，在热对流的作用下，不断向电弧中心流动，一部分金属卤化物被电弧55006000K高温分解，成为金属原子和卤素原子，在电场的作用下，金属原子被激发发光；另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解，在高温和电场双重作用下，直接激发形成分子发光。金属卤化物灯的最大优点是发光效率特别高，光效高达8090Lm/W，正常发光时发热少，因此是一种冷光源。由于金属卤化物灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱，故显色指数特别高，即彩色还原性特别好，可达90%。另外，金属卤化物灯的色温高，可达50006000K，专用投影机灯可达70008000K。在同等亮度条件下，色温越高，人眼感觉越亮。（5）氙灯填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀有气体中分子量最大、密度最高的。氙气高压灯辐射发出很强的紫外线，可用于医疗，制作光谱仪光谱。氙灯是一种发光功率大，接近日光的灯，分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三类。1.2.2灯具的特性与分类1.灯具的特性照明灯具的特性可以从灯具的配光曲线、保护角和灯具光效率等三个指标加以衡量。（1）配光曲线所谓配光曲线就是以平面曲线图的形式反映灯具在空间各个方向上发光强度的分布状况。具有旋转轴对称的灯具可用极坐标配光曲线。在光源中心及旋转轴的平面上测出不同角度的发光强度值，以某一位置为起点，不同角度上发光强度矢量的顶端所勾勒出的轨迹就是灯具的极坐标配光曲线。非旋转轴对称灯具如管型荧光灯灯具需要多个平面的配光曲线才能表明光的空间分布特性。对于聚光灯、投光灯和探照灯等类的灯具，其光辐射的范围集中用直角坐标配光曲线更能将其分布特性表达清楚。（2）保护角保护角又称遮光角，用于衡量灯具为了防止眩光而遮挡住光源直射范围的大小。用光源发光体从灯具出口边缘辐射出去的光线和出口边缘水平面之间的夹角表示。 （3）灯具光效率灯具的光效率是指在相同的使用条件下，灯具输出的总光通量与灯具中光源发出的总光通量之比。灯具光效率的数值总小于1。灯具光效率越高，光源光通量的利用程度越大，也就越节能。实际中应优先采用光效率高的灯具。2.灯具的分类照明灯具的分类方法繁多，如按用途分类、按CIE推荐的根据光通量分配比例分类和按灯具外壳防尘、防水、防触电保护分类等。其中，按用途分类不再赘述，其余分类法将在这里加以叙述。 根据国际照明委员会CIE的建议，按灯具光通量在上下空间分布的比例分为五类：直接型、半直接型、漫射型（包括水平方向光线很少的直接间接型）、和间接型。 （1）直接型灯具 此类灯具绝大部分光通量(90-100%)直接投射下方，所以灯具的光通量的利用率最高，但照明效果不理想。 （2）半直接型灯具 这类灯具大部分光通量（60-90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的分量将反射下来，从而减少照明环境所产生的阴影的硬度并改善其格表面的亮度比。 （3）漫射型或直接间接型灯具 灯具向上和向下的光通量几乎相同（各占40-60%） 最常见的是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，能产生很好的照明效果。 （4）半间接型灯具 灯具向下光通量占（10-40%），他的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一类缺陷。 上面敞口的半透明罩属于这一类。他们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，光线更为柔和宜人。 （5）间接灯具 灯具的小部分光通（10%以下）乡下。设计的好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于灯具向下光通很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。3.灯具的选择灯具选择的基本原则有以下几点：（1）功能原则：合乎要求的配光曲线、保护角、灯具效率、款式符合环境的使用条件。（2）安全原则：符合防触电安全保护规定要求。（3）经济原则：初投资和运行费用最小化。（4）高效原则：在满足眩光限制和配光要求条件下，应选择效率高的灯具。 工业厂房的照明可采用荧光灯光带（槽式灯）或气体放电灯具，一般是普通照明结合局部照明。有些厂房工艺设备上有专门的局部照明，我们设计时只要考虑普通照明就可以了。工艺设备用电属动力用电，另外单独引入电源并预留。在工业厂房中，照明灯具的悬挂高度在4米左右时，可以选择荧光灯，悬挂高度在5米左右及以上时，一般选择适用的高压气体放电灯。工业建筑灯具安装状态按建筑层高划分一般划分为高顶棚、中顶棚、低顶棚三类。高顶棚类安装高度一般10米以上，采用2501000W的高压气体放电灯，狭形房间要求高照度时灯具为狭照型配光，对于面积大的宽型房间灯具用中照型配光；中顶棚类安装高度一般510米，采用小功率高压气体放电灯，灯具为中照型配光；低顶棚类安装高度一般小于5米，这时主要采用荧光灯或白炽灯。高压气体放电灯主要有高压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯。高压钠灯光效高，金属卤化物灯显色性好，高压汞灯显色性差。光效高的灯具一般用于室外场地，显色性好的灯具一般用于显色性要求高的场所。1.2.3 灯具的布置1.灯具布置的基本要求保证最低的照度及均匀度；光线的射向是适当，无眩光、阴影；安装维护方便；布置整齐美观，并与建筑空间协调；安全、经济等。2.灯具的平面布置（1）均匀布置 均匀布置的灯具可摆列成正方形、矩形或菱形。矩形布置时，尽量使灯距L与L接近。为使照度更均匀，可将灯具排成菱形。等边三角形的菱形布置，照度计算最为均匀，此时L =1.732 L 布置灯具应按灯具的光强分布、悬挂高度、房屋结构及照度要求等多种因素而定。为使工作面上获得均匀的照度，较合理的距高比一般为1.41.8左右。从使整个房间获得较均匀的照度考虑，最边缘一列灯具离墙的距离为，当靠墙有工作面时，（0.20.3）L；当靠墙为通道时，（0.40.5）L。（2）选择性布置 根据环境对灯光的不同要求，选择部灯的方式和位置。一般只要在需要局部照明或定向照明时，根据情况才考虑用选择性布置。1.3照度标准和照明质量照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。1.3.1照度标准1.一般规定照度标准是国家有关部门制定与颁布的，各类建筑物和工作场所的光源应该符合的照度值。我国依据当前的具体国情，于2004年12月1日正式实施了GB 500342004 建筑照明设计标准 。标准中规定：照度标准值应按 0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx分级。注：标准规定的照度值均为作业面或参考面上的维持平均照度值。2.照度标准值工业建筑的照度标准值见附录1。1.3.2照明质量照明设计优劣与否主要用照明质量指标加以评价与衡量。客观物理量可以作为评价照明质量的依据，这些物理量指标包括：照度、照度均匀度、亮度分布、眩光限制、阴影消除、光色、照明的稳定性等。1.照度均匀度照度均匀度的定义为：给定工作面上的最低照度与平均照度之比，即：。最低照度是指参照面上某一点的最低照度，平均照度是指整个参照面上的平均照度。我国国家标准规定：公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域内的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业面临近周围的照度均匀度不应小于0.5；房间或场所内的通道和其它非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3。2.亮度分布视野范围内亮度分布的合适与否，不仅关系到物体的可见度，而且还是舒适视觉的必要条件。因此，对空间分布有一定的要求，我国国家标准中推荐了房间内各个面的反射比（该表面的照度与工作面一般照度之比）的范围。 表1-1 房间表面反射比与照度比Tab 1-1 The room surface reflectance and illumination ratio表面的名称 反射比顶棚0.60.9墙面0.30.8地面0.10.5作业面0.20.63.眩光限制眩光可以由光源和灯具直接引起，也可以有反射比高的表面形成的镜面反射而引起；它对人的生理和心理都将造成危害，因此必须采取措施加以限制。公共建筑和工业建筑常用房间或场所的不舒适眩光按新照明设计标准采用统一眩光值（UGR）评价，室外体育场所的不舒适眩光应采用眩光值（GR）评价。直接型灯具的遮光角不应小于下表： 表1-2 直射型灯具的遮光角Tab 1-2 Keeping shoot a lamp hides the light Cape 光源平均亮度（kcd/） 遮光角（） 120102050155050020500以上30 可用下列方法防止或减少光幕反射和反射眩光： 1）避免将灯具安装在干扰区内； 2）采用低光泽度的表面装饰材料； 3）限制灯具亮度； 4）照亮顶棚和墙表面，但避免出现光斑有视觉显示终端的工作场所照明应限制灯具中垂线以上等于和大于高度角的亮度。灯具在该角度上的平均亮度限值应符合下表的规定： 表1-3 灯具平均亮度限制Tab 1-3 The average bright degree of lamp limit屏幕分类屏幕质量好中差灯具平均亮度限值1000cd/200cd/4.光源的颜色不同光谱分布的光线在视觉心理上会有不同的感觉。低色温（3300K以下）的光源给人以“暖”的感觉在室内可以营造温馨轻松的气氛；高色温（5300K以上）的光源接近自然光色，给人以“冷”的感觉，使人精神振奋。正确的物体彩色感觉只有在光源光谱分布接近自然光的情况下才能形成。在光源光谱分布与自然光相差较大的条件下，被照物体的颜色将有较大的失真。长期工作和或停留的房间或场所的显色指数不宜小于80。在灯具安装高度大于6m的工业建筑场所，可低于80，但必须能够辨别安全色。1.4照度计算照度计算是照明设计的重要内容,照度计算又是照明功能效果计算的重要组成部分。照度计算的目的是根据所需要的照度值,结合其它已知条件(如照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)来决定灯泡的容量或灯的数量。 1.4.1逐点照度计算法 逐点照度计算法又叫平方反比法，它可以求出工作面上任何一点的直射照度。当光源的尺寸和它到被照面的距离相对非常小时，可以忽略光源的大小认为是“点光源”。点光源到被照面上某个照度计算点的水平照度为： （1-1） 式中： 照度计算点的水平面照度（lx）； 光源照射方向的光强（cd）； 光源的入射角； 光源与计算点之间的距离（m）。当有多个点光源时，逐一计算每个光源对计算点的照度，然后叠加起来即可。实际工程为了简化计算，利用空间等照度曲线法和平面相对等照度曲线法。 1.空间等照度曲线法具有旋转轴对称配光特性灯具的场所，可利用“空间等照度曲线”进行水平照度计算。只要知道计算高度h和水平距离d就可以从曲线上查得该点的水平照度值。由于曲线是按光源的光通量为1000lm绘制的，所以查得的数值好要根据实际光通量进行换算。被照计算点的水平照度值为： （1-2）式中： K 维护系数； 每个灯具的总光通量（lx）； 各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）。2.平面相对等照度曲线法 非对等配光曲线的灯具可使用“平面相对等照度曲线”进行计算。由于曲线是假设计算高度1m的条件下绘制的，所以公式为： （1-3） 式中：K 维护系数； 每个灯具的总光通量（lx）； 各灯具对计算点产生的水平照度的总合（lx）；灯具的计算高度（m）。1.4.2 光通利用系数法利用系数法是计算工作面上平均照度的常用方法。利用系数是指投射到工作面上的光通量（包括灯具的直射光通量和墙面、顶棚、地面等的反射光通量）和灯具发出的总光通量的比值。1计算公式 （1-4）式中：工作面的平均照度值（lx）； 利用系数； K维护系数； N灯具数量； 每个灯具内的总光通量（lm）； S工作面的面积（）。2利用系数的选取（1）确定房间的空间特性系数房间横截面的空间分为个部分，灯具出口平面到顶棚空间；工作面到灯具出口平面之间的叫室空间；工作面到地面之间的叫地板空间。个空间分别有各自的空间系数。 1）室空间系数为 RCR= （1-5） 2）顶棚空间系数为 CCR= （1-6） 3）地板空间系数为 FCR= （1-7）式中：室空间高度（m）； 顶棚空间高度（m）； 地板空间高度（m）； L 房间的长度（m）； W房间的宽度（m）。（2）确定顶棚、地板空间的有效反射比和墙面的平均反射比射向灯具出口平面上方空间的光线，除一部分吸收之外，剩下的最终还要从灯具出口平面向下射出。那么，可把灯具开口平面看成一个有效反射比为的假象平面。同样，地板空间的反射效果也可用一个假想平面来表示，其有效反射比为。（顶棚、地板）空间的有效反射比由下式求得： = （1-8）式中：（顶棚、地板）空间各表面的平均反射比； （顶棚、地板）的平面面积； （顶棚、地板）空间内所有表面的总面积。 如果某个空间是由i个表面组成，则平均反射比为 （1-9） 式中：第i个表面的反射比； 第i个表面的面积。 （3）确定利用系数在求出RCR、后，按灯具的利用系数表可查出其利用系数。如系数不是表中的整数，可用插值法算出对应值。一般情况下，系数表是按=20%求得的。1.4.3 单位容量法光源的单位容量是指在单位水平面积上光源的安装电功率，它实际上是光源电功率的面密度。即 = （1-10）式中：单位容量； 房间安装光源的总功率； S房间的总面积。单位容量法就是利用已经制作好的“单位面积光通量”或“单位面积安装电功率”数据表格进行计算。根据已知条件在表上查得单位容量，室内照明的总安装容量为 =S （1-11）室内所需要的灯具数量为 N= （1-12）式中：每盏灯具的光源容量（W）； N灯具数量（盏）。1.5 照明配电1.5.1照明电源动力设备无大功率冲击性负荷时，照明和电力宜公用变压器。当动力设备有大功率冲击性负荷时，考虑到电压的偏移与波动，照明宜与冲击性负荷接自不同变压器；若条件不允许，需接自同一变压器时，照明应有专用馈电线供电。照明安装功率较大时，宜采用照明专用变压器。1.5.2照明配电网络照明配电网络由连接变电所内的低压配电屏至总照明配电箱的馈电线，总照明配电箱配出的干线和连接照明配电箱的分支线组成。照明配电的单相负荷宜在三相配电干线上平衡分配，以使各相电压偏差不致差别太大。一般规定相负荷不超过三相负荷平均值的15%。为减小分支线路内发生故障的影响范围以及检查维修的方便，每一照明单相分支回路的电流不宜超过16A，所接光源数不宜超过25个；连接组合灯具时，回路电流不宜超过25A，光源数不宜超过60个；连接高强度气体放电灯的单相分支回路的电流不应超过30A。1.5.3照明配电线路导线的选择照明配电常用的导线主要是绝缘电线和电缆。绝缘电线大致分为塑料绝缘电线与橡皮绝缘电线两大类。常用的BLV、BV、BVV、BVR、RV聚氯乙烯绝缘线等塑料绝缘电线；BLX、BX、BBX、BXF等橡皮绝缘电线。照明配电用的低压电力电缆由导电芯线、绝缘层、保护层组成。电力电缆按其芯数有单芯、双芯、三芯、四芯、五芯线之分。照明配电线路应按负荷计算电流（即允许载流量或发热条件）和灯端允许电压值选择导体截面积。选择导体截面积还应考虑必要的短路和机械强度校验。照明配电干线和分支线,应采用铜芯绝缘电线或电缆，分支线截面不应小于1.5平方毫米。主要供给气体放电灯的三相配电线路，其中性线截面应满足不平衡电流及谐波电流的要求，且不应小于相线截面，接地线截面选择应符合国家现行标准的有关规定。1.5.4工厂照明线路的敷设方式厂房照明支线一般采用绝缘导线沿(或跨)屋架用绝缘子(或瓷柱)明敷的方式。当大跨度厂房屋面结构采用网架型式时，除上述方式外，还可采用绝缘导线或电缆穿钢管沿网架敷设。爆炸和火灾危险性厂房的照明线路一般采用铜芯绝缘导线穿水煤气钢管明敷。在受化学性(酸、碱、盐雾)腐蚀物质影响的地方可采用穿硬塑料管敷设。根据具体情况，在有些场所也可采用线槽或专用照明母线吊装敷设。2.工厂避雷设计2.1雷电概述2.1.1雷电的形成雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建（构）筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气（一般为25-30KV/cm），开始游离放电，我们称之为先导放电。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时（地面上的建筑物，架空输电线等），便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流（一般为几十千安至几百千安），并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。2.1.2雷击的形式雷击主要有三种形式：直击雷、感应雷、球形雷：1.直击雷：是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。指带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十KA乃至几百KA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几us到几百us）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。防避直击雷通常都是采用避雷针、避雷带、避雷线、避雷网或金属物件作为接闪器，将雷电流接收下来，并通过作引下线的金属导体导引至埋于大地起散流作用的接地装置再泄散入地。2.感应雷：直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以及发生闪击的现象，主要危害建筑物内电子设备。是闪电放电瞬间，在附近导体产生的静电感应和电磁感应现象。静电感应：由于雷云的作用，使附近导体感应并积聚大量与雷云相反极性的束缚电荷，当雷云主放电时，雷电先导通道中的电荷迅速中和，原来处于雷云附近导体中与雷云相反极性的束缚电荷被释放出来，形成自由电荷，如不就近泄散入地就会产生很高的电位。电磁感应：由于雷电流迅速变化（瞬态脉冲）在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。3.球形雷：在雷电频繁的雷雨季节，偶然会发现殷红色、灰红色、紫色、蓝色的“火球”，直径一般十到几十厘米，甚至超过1米；有时从天而降，然后又在空中或沿地面水平移动，有时平移有时滚动，通过烟囱、开着的门窗和其他缝隙进入室内，或无声地消失，或发出丝丝的声音，或发生剧烈的爆炸，因而人们习惯称之为 “球形雷”。较为罕见。防避球形雷最好在雷雨天不要打开门窗，并在烟囱、通风管道等空气流动处装上网眼不大于4平方厘米，粗约22.5mm的金属保护网，然后作良好接地。2.1.3雷电侵袭的主要途径1. 直接雷击的侵袭 雷电直接击中建筑物或暴露在空间的各种设备、各种架空金属线缆（如电力电缆、通信线路、网络布线等）。它可能在数微秒之内产生数万伏乃至数拾万伏的高压，产生火花放电，形成巨大的热能和机械能量，摧毁建筑物、设备，危及人身安全。 2. 雷电波侵入 雷电虽然未直接击中建筑物或设备，但击中与本建筑物或设备相连的金属管、线，通过传导的方式经电阻性耦合将雷电波引入建筑物内，损害与之相连接的用电设备、通信设备、计算机网络等设备乃至危害人身安全。 3. 雷击电磁脉冲干扰 雷击发生时，由于雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势，诱发强大的雷击电磁脉冲，经感性耦合、容性耦合或电磁辐射产生脉冲过电压和过电流损坏有关设备。随着科学技术的发展，大量采用微电子技术的、先进的计算机信息系统、监控、通信等网络日益广泛地应用于各种建筑物中。而微电子设备的高度集成化，低工作电平和小工作电流的特点，又带来绝缘强度低，耐过电压、过电流的能力差等致命弱点。美国研究报告AD-722675指出：当雷电活动时，磁感应强度达到0.07GS时，计算机发生误动作，当磁感应强度超过2.4GS 时，计算机发生永久性损坏。因而雷电所产生的雷电电磁脉冲对微电子设备将产生严重的危害。根据统计，雷电对微电子设备的破坏而造成的损失，已远远超过了雷击火灾的损失，成为当今电子时代的一大公害。 4. 地电位反击 当设备没有采取等电位接地措施的情况下，由于各接地系统本身的接地途径不同，冲击接地电阻差异，以及在泄放雷击电流时，所通过的雷击电流存在差异，导致地电位升高和不平衡，当地电位差超过设备的抗电强度时，即引起反击，损坏设备。2.2 防雷设备一个完整的防雷设备由接闪器或避雷器、引下线和接地装置三部分组成。2.2.1 接闪器接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，主要用于保护漏天变配电设备及建筑物；接闪的金属线称避雷线或架空地线，主要用于保护输电线路；接闪的金属带、金属网称避雷带、避雷网，主要用于保护建筑物。它们都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。因此，接闪器的实质是引雷。2.2.2 避雷针1.防雷原理避雷针是明显高出被保护物体的金属支柱，其针头采用圆钢或钢管制作，其作用是吸引雷电击与自身，并将雷电流迅速泄入大地，从而保护物体免遭直接雷击。避雷针需有足够截面积的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠的引入大地。当雷电的先导头部发展到距地面某一高度时，因避雷针位置较高且接地良好，在避雷针的顶端因静电感应而积聚与先导通道中电荷极性相反的电荷，形成局部电场强度集中的空间，该电场开始影响雷击先导放电的发展方向，将先到放电的方向引向避雷针，同时避雷针的顶部的电场强度将大大增强，产生自避雷针向上发展的迎面先导，更增强了避雷针的引雷作用。2.保护范围避雷针的保护范围，以其能防护直击雷的空间来表示。按新版国家标准，空间范围的大小采用“滚球法”确定。“滚球法”就是选择一个半径为（滚球半径）的滚球，沿需要防护直击雷的部分滚动。如果球体只触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑物防雷类别确定的（见下表）。表2-1 各类防雷建筑物的滚球半径和避雷网格尺寸Tab 2-1 Every variety defends the thunder building to roll the radius and avoid the thunder mesh size建筑物类别滚球半径（m）避雷网格尺寸（m）第一类防雷建筑物30或第二类防雷建筑物45或第三类防雷建筑物60或单只避雷针的保护范围，应按下列方法确定：（1）当避雷针高度 h时距地面处作一平行于地面的平行线；以避雷针的针尖为圆心、为半径，作弧线交平行线于A、B两点；以A、B为圆心，为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并于地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度的平面上的保护半径按下式计算 = （2-1）（2）当避雷针的高度时在避雷针上取高度的一点代替避雷针的针尖作为圆心。其余做法与（1）相同。（注：）多只避雷针的保护范围，可参看有关国标或相关的设计手册。2.2.3 避雷线1.避雷线概述避雷线是铁质的，避雷针是铜质（也可以是铁质的），避雷针顶端向天，避雷线连接避雷网埋地，避雷线连接避雷针，雷雨季节，雷电从天空从避雷针进入避雷线直至埋地的避雷网，是消除雷击保护建筑物或仪器的设施。大都用于建筑，变压器电线竿，机房，发射架等。避雷线分圆截面和扁截面两大类型。接复层金属包基体金属的不同分为：铅包钢、铅包铜、铜包钢、铅包钢避雷线。2.防护范围的计算由于重力的作用，避雷线是一段垂弧。其保护效果等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。故只需确定待计算点的垂弧高度，便可按单支针计算其两侧的保护范围。同样，在避雷线的端部保护范围，则按避雷线端部的等高单支针计算。 当避雷线高大于两倍滚球半径时，是无保护范围的，故不应采用。而当2时，其保护效果比=还差，所以很少采用。故在 的情况下保护范围的计算为主，而对2的情况则为辅。单根避雷线保护范围的计算：当避雷线的高度h时，保护范围最高占的高度按下式计算：=2- （2-2）5、避雷线在高度的XX平面上的保护宽度（半径）按下式计算： （2-3） 式中：h避雷线的高度（m）； 滚球半径（m）； 被保护物的高度（m）。两根等高避雷线的保护范围，可参看有关国标或相关设计手册。2.2.4避雷带与避雷网避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体，是由避雷针、避雷线发展而来的。避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体，以保护建筑物的中间部位。用于保护建筑物，其优点是敷设简便、造价低,而且同高耸的避雷针相比,引雷的几率大为减少。而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流，室内设备上的反击电压相对较低。在我国广泛应用的笼型防雷方式则是利用建筑物钢筋形成的法拉笼。同时也解决了等电位连接问题，极大地提高了建筑防雷的可靠性。此外，它也便于笼内（屋内）电力、电信、电子设施统一接地（共地式）。具体设计规格要求见表2-1。2.2.5引下线 连接接闪器与接地装置的金属导体称为引下线。雷击时引下线上有很大的雷电流流过，会对附近接地的设备、金属管道、电源线等产生反击或旁侧闪击。为了减少和避免这种反击，现代建筑利用建筑物的柱筋作避雷引下线，经过实践证明这种方法不但可行，而且比专门引下线有更多的优点，因为柱钢筋与木梁、楼板的钢筋，都是连接在一起的和接地网络形成一个整体的“法拉第”笼，均处于等电位状态。雷电流会很快被分散掉，可以避免发击和旁侧闪击的现象发生。引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸不小于下列数值：圆钢直径为：8mm；扁钢截面为：48平方毫米；扁钢厚度为：4mm。装在烟囱上的引下线其尺寸不小于：圆钢直径12mm；扁钢厚度为4mm，截面积为100平方毫米。所有引下线要镀锌或涂漆，在腐蚀性较强的场所，还应加大截面积或采取其他防腐措施。引下线的固定支撑点间隔不得大于1.5-2m，引下线的敷设应保持一定的松紧度，不能拉的太紧，以免热胀冷缩而拉断。为了减少引下线的电感量，引下线应沿最短接地路径敷设。对于建筑艺术要求较高的建筑物，引下线可采用暗敷设，但截面要加大。由于建筑物的造型不同，不能做直线引下时，应注意弯曲开口处两点间的直线距离不得等于或小于弯曲部分线段的实际长度的0.1倍，一般弯曲处不用锐角尽量避免用直角。