第八章_建筑照明.ppt

第八章建筑照明 电光源灯具室内工作照明室内外环境照明 第一节电光源现在照明通用的电光源有两大类 一类是热辐射光源 电流通过灯丝 将灯丝加热到白炽状态而发光的光源 如白炽灯 卤钨灯 另一类是气体放电光源 是由于气体 金属蒸汽或几种气体与蒸气的混合物通过放电而发光的光源 按其所含气体的压力分为低压气体放电灯和高压气体放电灯 低压气体放电灯包括荧光灯 低压钠灯 高压气体放电灯包括高压汞灯 金属卤化物灯 高压钠灯 由于其管壁负荷大于3w cm2 故称为高强度气体放电灯 简称HID灯 一 热辐射光源1 白炽灯普通型白炽灯显色性好 光线柔和 聚光性高 形状紧凑 便于光的再分配 点灭性能对寿命的影响小 使用方便 缺点是光效较低 光谱分量只含少量蓝色 导致不易识别应有区别的颜色 例如白色与黄色 黑色与深紫色 在室内人工光环境中 白炽灯的黄红色适用于暖色调的室内装修 以及艺术照明 舞台照明 泛光照明等 反射型白炽灯是在玻璃壳内表面镀一层可反射光的金属膜 因而可使灯光照射到预定方向 既能保持高的光输出 且能使灯具设计简化 这种型式的结构有压封玻璃壳及吹制玻璃壳两种 前者可获得聚光 泛光等各种光束分布 主要用于室内外投光照明 后者也可获得聚光 泛光等光束分布 其尺寸小 重量轻 功率较小 可用作室内轻型投光灯及嵌入式暗灯 2 卤钨灯卤钨灯是将碘 溴等卤素添加在白炽灯中制成的 碘 溴等能与游离的钨化合成气态的碘化钨或溴化钨 当它们靠近高温的灯丝时便要分解 被分解出来的钨重新附着在灯丝上 卤素继续循环 其结果能消除灯泡的黑化 延缓灯丝的蒸发 人大提高了光效 通常有碘钨灯 溴钨灯等类型 其形状是管形和球形 卤钨灯和普通型白炽灯相比 不仅提高了光效 而且体积小 功率集中 便于光的控制 特别是显色性好 色温适用于电视播放照明和建筑物泛光照明等 二 气体放电灯1 荧光灯荧光灯是一种预热式低压汞放电灯 灯管可以制成直管形 环形 u形管 灯管内壁涂有荧光粉 两端装有钨丝电极 并引至管外 灯管内充有低压汞蒸气和少量协助启燃用的氩气 由于气体放电而产生紫外线 紫外线激发荧光粉发光并产生连续光谱 由于所用的荧光粉不同 因而荧光灯的颜色在一定程度上有所变化 目前我国规定的荧光灯颜色有日光色 9500K 冷白色 4300K 暖白色 2900K 三种 荧光灯的发光面积大 表面亮度低 广泛地应用于办公楼 学校 医院 商店等民用建筑和一般多层厂房 2 高压汞灯高压汞灯的玻璃壳用石英玻璃制造 壳内充有汞蒸气和少量氩气 它的光谱分布和光效主要取决于汞蒸气压力 当汞蒸气压力低时 可见光较弱 灯管内的压力为200一600kPa 高压汞灯的启动时间较长 需要4 7min 熄弧后再启动时间也长 它适用于建筑立面 庭园 广场 街道等的照明 高压汞灯的颜色几乎由汞的辉线光普组成 显示出蓝绿色 而缺乏红色 因此在其玻璃壳内壁涂荧光粉 以补充红色 这样的高压汞灯称为荧光高压汞灯 它的优点是光效高 寿命长 显色性较好 适用于工业厂房 体育馆等建筑的室内照明 也适用于庭园 广场 街道等的室外照明 3 金属卤化物灯金属卤化物灯的结构与高压汞灯相似 只是在放电管内加入了金属卤化物 如碘化钠 碘化铊 碘化铟 碘化钪 碘化镝等 因而具有连续光谱 它的颜色发白 具有较高的光效 镝灯和钠 铊 铟灯属于金属卤化物灯的类型 现已生产使用 金属卤化物灯主要用于体育馆 高大厂房等室内照明 也可用于广场 街道 车站 立交桥等室外照明 特别是氯化锡灯 显色性极好 适用于美术馆 展览馆 旅馆等建筑的室内照明及广场 公园等的室外照明 4 高压钠灯高压钠灯的结构是在放电管内充有适量的汞和氩或氙 并加入过量的钠 这样就主要依靠钠的蒸气放电发光 从而使光效提高 井使光色呈现出金白色 大功率的高压钠灯的光效很高 适用于广场 街道 码头等处的室外照明 由高压钠灯 高压汞灯 金属卤化物灯等高强气体放电灯组合而成的混光照明 具有光效高 光色较好 节能等优点 广泛用丁高大厂房 体育馆 车站等建筑的室内照明 5 低压钠灯低压钠灯几乎是589nm的单色光 呈黄色 虽然它的显色性不佳 但透雾性良好 因比适用于道路照明 住宅区的街道照明和安全照明 6 氙灯在放电管内充以高压或超高压的氙气 会辐射出叠加少量线状光谱的连续光谱 应用这种方法制成的灯称为氙灯 按其放电弧的长短 可分为长弧氙灯和短弧氙灯 其功率都较大 光色接近于日光 长弧氙灯适用于广场 车站 港口 机场等大面积照明 短弧氙灯是超高压氙气放电灯 光谱比长弧氙灯更加连续 接近于太阳光普 因而显色性特好 适用于电影放映 照像制版 三 光源选用 1 光谱特性 尽量选用显色性好的大功率节能光源 对显色性要求较高的房间 如美术馆 商店 餐厅等 应该选用平均显色指数大于85的光源 为了改善光色 还可采用混光照明 2 光色质量 由于各种光源的颜色各不相同 所产生的环境气氛及其表现的环境艺术效果也不一样 例如 白色光显得和谐 红色光显得热烈 黄色光显得宁静 淡蓝色光显得清爽 绿色光显得开阔 光源的颜色会给人们以冷暖的感觉 例如 色温低的光源呈现红 橙 黄色 给人们以热情 兴奋的感觉 因而称为暖色光 色温高的光源呈现蓝 绿 紫色 给人们以宁静 寒冷的感觉 因而称为冷色光 光源的颜色和建筑功能之间应该协调 例如医院病房等宜采用冷色光源 以创造宁静的气氛 厅等宜采用暖色光源 以创造热情的气氛 光源的颜色和地理纬度也有关系 在寒冷地区宜采用暖色光源 在温暖 炎热地区宜采用冷色光源o 3 光源特性光源的启动时间和再启动时间对于选用光源也有影响 例如 高强气体放电灯的启动时间和再启动时间都校长 不宜用于宴会厅等房间 也不宜用于应急照明 更由于它不能调光等原因 不宜用于有政治影响及可能停电的场所 4 环境条件环境条件常常限制光源的使用 例如预热式荧光灯在低温时启动困难 当环境温度过低或过高时 其光通量的下降较多 因此只能在环境温度为10一40 的房间内使用 又如在有空调的房间内不宜使用发热量大的光源 如白炽灯 卤钨灯等 以减少冷负荷的用电量 第二节照明灯具一 照明灯具的概念 光源 灯罩及其附件统称为灯具 是控制光源发出的光并对光再分配的装置 它能改变光源光通量的空间分布或光谱分布 二 灯具的主要作用 1 适合场所的用途 有效地利用光能 合理 2 防止或限制眩光 保护视力 3 提高光源的利用率 取得节能效益 4 外表美观 能美化环境 创造人工光的环境艺术 5 保证安全 防止发生事故 如防火 防爆 6 保护光源 免致受损 且能防尘 防湖 防水等 三 照明灯具的特性 一 配光特性灯具的光通在空间的分布称为灯具的配光特性 是决定灯具的使用场所 照明计算 灯具布置方案等的依据 灯具中的光强在空间内各个方向的分布 将光强用矢量表示 并将各矢量的端点连接成曲线 以表示光强分布的状态 称为配光曲线或光强分布曲线 常用的配光曲线的表示法是极坐标法 灯具测光中心的垂直线称为光轴 大部分灯具的形状是与光轴对称的旋转体 其光强在空间的分布也是与允轴对称的 只要通过灯具的光轴取任一平面 以这平面内的配光曲线表示灯具在整个空间的配光 就可以进行照明计算 还有一些灯具的光强在空间的分布是与光袖不对称的 这时就要用若干测光平面的配光曲线表示 在使用灯具的配光曲线时 通常统一规定按光通量1000Lm的假想光源提供配光数据 这样 实际光强就是测光资料提供的光强值乘以光源实际光通量与l000Lm之比 二 控光特性灯具的光强分布是依靠灯具的反射罩 透光棱镜 格栅或散光罩控制灯光来实现的 光源的发光面越小 就越容易控光 因此 白炽灯 卤钨灯 高强放电灯的灯具控光效果要优于荧光灯 反射罩是灯具的基本控光部件 反射率高 常用的镜面反光材料为抛光氧化铝板 透光罩为经光学设计的透明棱镜罩 或透镜 透光效率高 控光效果好 格栅主要起遮蔽光源的作用 透过格栅的光束都比较狭窄 倾斜角度的格栅可以将光投向设计的方向 三 遮光角光源下端和灯具下缘的连线与其水平线之间的夹角称为灯具的遮光角 它可以有效地限制或消除眩光 灯具的遮光角一股要求在15 30度之间 由金属 塑料 木板组成格栅或档光板的灯具的遮光角 取决于格片宽度和高度之比 一般取25 45度 四 灯具的效率灯具发出的光通量与光源光通量的比值成为灯具的效率 四 照明灯具的分类 一 按光通量分布的分类1 直接型灯具直接型灯具由于90 以上的光通量向下照射 因而光通量的利用系数最高 适用于工作环境照明 这种灯具的光强分4J一般分为3类 即窄配光 中配光 或余弦配光 和宽配光 灯具配备镜面反射罩 安装高光效光源 将光束控制在狭窄的范围内 可以获得窄配光的效果 因而产生较高的水平照度和浓重的阴影 适用于高大的室内空间的照明 灯具采用漫反射材料的反射罩或漫透射材料的透光罩 光束不能定向控制 可以获得中配光的效果 适用于中等高度的室内空间的照明 灯具的配光曲线呈蝙蝠翼状 最大光强在灯具下垂线约30度的方向 在45度以上的方向则光强锐减 可以获得宽配光的效果 适用于各种高度的室内空间的照明 敞口式直接型荧光灯具纵向几乎没有遮光角 因此常设遮光格栅 以遮蔽光源 减少灯具的直接眩光 格栅主要有方格网和单向条形格片两种 点射灯又称聚光灯 采用白炽灯或卤钨灯为光源 窄光束配光 可以自由转动 适用于商店 展览馆建筑中的陈列照明 下射灯嵌装在顶棚内 采用白炽灯或卤钨灯为光源 附备反射器 透镜 格栅 可以形成多种型式的配光 2 半直接型灯具在室内空间中为了亮度分布适宜 可以采用外包半透明灯罩的吊装灯具 下面敞口式半透明灯罩的灯具 上面留有较大空隙的灯具等 这些都是半直接型灯具 其向上发射出少量的光线可以照亮顶棚 以缓和灯具与顶棚间的强烈对比 同时还将大部分光通量投射到工作面上 因此既能保持较高的光通量利用率 又能获得舒适的室内光环境 3 均匀漫射型灯具在室内空间中要求光线均匀分布而没有浓重的阴影时 可以采用有漫射透光封密式灯罩的灯具 或以不透光材料遮挡灯泡面 其上下均敞口透光的灯具等 这些灯具将光线均匀漫射 配光投向各个方向 因此对工作面的光通利用率是较低的 但室内亮度比较均匀 4 半间接型灯具在室内空间中 为增加间接光 使室内光线更加柔和 可以采用上面敞口式半透明灯罩的灯具 这样 就可使大部分灯光投射到顶棚和墙面上部 获得气氛柔和的照明效果 这种灯具主要用于民用建筑的装饰照明 5 间接型灯具在室内空间中使灯光全部投射到顶棚 光线通过反射扩散后照亮室内 可以避免阴影 光幕反射 直接眩光 如使用高强放电灯作为光源时 可以采用有镜面反射罩的间接照明灯具 照明效果更好 课后作业 教材P203第1 2 5题 第三节室内工作照明设计一 设计内容 1 设计对象 设计对象包括 1 建筑功能 新建或翻修 预期使用年限等 2 视觉工作性质 规定的视觉功效 工作延续时间工作位置变化等 3 使用人的组成 年龄 特定的要求等 4 照明装置用途 2 设计因素 设计因素包括 1 建筑因素 包括建筑物的位置 朝向 室内空间的大小 形状 透视和利用 室内表面材料的质感和色彩 各种设备系统的布置与协调等 2 物理因素 包括光的波长和颜色 受照空间的大小和形状 空间表面的反射系数和色彩 平均照度 允许噪声级 潮湿 振动等 3 生理因素 包括视觉工作 视觉功效 视觉疲劳 适应 眩光等 4 心理因素 包括照明方向性 明暗变化 静态或动态 视觉满意 视觉舒视 空间开敞感 照明构图效果 色彩效果等 5 经济因素 包括照明系统的投资费 运行费 维护费 节能措施等 6 社会安全因素 包括道路 交通工具 地下铁道 高层建筑及应急 避难 防盗等 3 设计标准指标的内容 1 可见度 包括视觉功效 细节识别等 2 照度 包括照度水平 平均照度 照度均匀度等 3 亮度 包括亮度分布 周围环境亮度 反射系数等 4 光的方向性 包括必要的阴影 成为障碍的阴影 立体感 材料的质感等 5 眩光 包括直接眩光 反射眩光 光幕反射 失能眩光 不舒适眩光 光泽等 6 光源 包括光源的颜色 显色性 4 编制设计方案 设计方案形成的步骤为 1 确定照度水平 质量指标2 选择照明方式和照明设备3 照明计算 经济分析 4 照明布局 5 照明装置的细部设计 5 测量和评价 照明系统竣工以后 进行现场测量 并组织专业和非专业人员对人工光环境按规定的项目进行评价 对不合指标的项目要进行修改 经过修改后交付使用 二 设计步骤1 确定照度水平 质量指标2 选择照明方式和照明设备3 照明计算 经济分析 4 照明布局 5 照明装置的细部设计 一 选择照明方式1 正常照明系统正常使用的照明系统 按照明设备的布局可分为三种照明方式 1 一般照明 不考虑特殊局部的需要 为照亮整个场地而设置的照明系统 灯具规则地布置 并能达到一定的水平照度均匀度 一般照明的平均照度应当不低于视觉作业所需要的照度 2 局部照明 为满足某些部位的特殊需要 在较小范围或有限空间内 用距离观看对象近的附加灯具形成的照明 如工厂车间内的机床灯 照亮商店货架的点射灯 办公桌的台灯等 均属局部照明 4 混合照明 一般照明与局部照明的综合运用 2 应急照明系统在正常照明灯因事故熄灭时 为了人们能够容易而且准确无误地找到安全出口而设的照明 称为应急照明 大型公共建筑 工业建筑都应设置独立的应急照明系统 应急照明按照用途可分为三类 1 疏散照明 为保证人们在发生事故时能快速而安全地离开室内所设的照明 2 安全照明 在正常照明突然熄灭时 为保证有潜在危险场所的人的人身安全而设的照明 3 备用照明 正常照明发生事故时 能保证室内活动继续进行的照明 应急照明的供电方式有两种 一种叫常设应急照明 靠蓄电池 另一种靠专用变压器供电 正常系统发生事故时自动切换电源 二 选择照明标准1 照明数量 设计时 工作面上的照度值不能低于规范规定的标准值 但也不应高于标准值的20 2 照明质量 1 限制眩光 直接眩光可通过选择灯具类型及布置方式来改变光源及背景亮度 或改变灯具的挂高 反射眩光可通过改变灯具或工作面的位置 使反射影像不在视线范围内 2 照明的均匀度 视场中照度最大值或最小值接近平均值的程度 即最低照度 或最高照度 与平均照度的比值 标准规定 一般照明的照度为该级总照度的5 10 且不低于20Lx 照明均匀度不低于0 7 3 照度的稳定性 室内某点照度值接近平均值的程度 随电压波动而变化 要求灯具的端电压不低于其额定电压的97 5 或考虑稳压装置 4 消除频闪效应 交流电路中 气体放电发出的光通随电压的波动而变化 导致发光频率或波长随之变化的现象为频闪效应 消除的措施是将相邻的灯具分别接到不同的相位线上 三 照明设备的选择 1 光源选择 根据各种光源的特性 对功能不同的室内光环境 选择光源 2 灯具选择 根据各种灯具的特性 选择灯具或照明装置的原则是在投资许可的前提下 符合使用功能和照明质量的要求 能够实现设想的照明效果 多根据配光特性和环境条件选择 3 照明灯具的布置照明灯具的布置主要取决于视觉作业的位置与室内活动区的划分 同时 还要考虑建筑结构的形式及空间的形状和大小 配合顶棚装修的设计意图来决定灯位 照明灯具的间距应控制在一定限度以内 直接型 半直接型灯具的最大允许间距S 是根据它们的光强分布计算 灯正下方工作面上 P 点的照度和两灯中央 Q 点的照度X相等为条件求出来的 在厂家提供的灯具技术资料中 通常包括每种灯具允许最大距高比S h的数值 四 照明计算在进行人工光环境设计时 为了达到照度标准而求所需要的灯数和灯功率 或按照已确定的灯数和灯功率验算室内平均照度或某点的照度 就要进行照明计算 一 利用系数法1 利用系效法的基本原理工作面上接受的有效光通量是照明灯具的直射光通量与室内表面的相互反射光通量之和 形成总光通量 因此 利用系数法是从平均照度的概念出发的 即先计算从照明装置投射到一个表面上的总光通量 然后除以这个表面的面积 而得出这个表面上的平均照度 有效总光通量越大 表示从光源发出的光通量被利用的越多 2 灯具的利用系数有效光通量与总光通量之比称为利用系数 用Cu表示 式中 n 工作面上的有效光通量 每台灯具内光源的光通量N 灯具的个数 则工作面上的平均照度为 为了保持照明装置清洁 考虑维护系数K后得到 3 影响利用系数值的因素 1 灯具的配光 由于工作面上接受的直射光通量越利用系数越高 因此窄配光灯具比宽配光灯具有利 直射型灯具比间接型有利 2 灯具效率 利用系数与灯具效率具有线性关系 灯具效率越大 转变为有效光通的数量就越大 利用系数就越高 3 房间形状 净高小 宽度大的房间与净高大 宽度小的房间相比 前者直射光的覆照角大 房间净高相等时 面积大的利用系数高 4 室内表面的反射系数 一般用室形指数表示房间内长 宽 高的比例 即地面和顶棚面积除以工作平面以上 灯具以下的墙面面积 1 矩形房间的室形指数Kr 2 矩形房间的室空比RCR 如果以灯具平面和工作平面将房间划分成三个空间 顶棚空间 室内空间和地面空间 时 可得到 L 房间长度W 房间宽度hrc hcc hfc 室内空间高度 顶棚空间高度 地面空间高度 室内表面相互反射光量可由顶棚 工作面及灯具与工作面之间的墙面所构成的空间及其反射系数来推导 在使用吊灯的情况下 灯具所在的平面是假想平面 可以视为等效顶棚 由室内空间进入等效顶棚的光通量 投射到顶棚空间表面 经过相互反射后 又回到室内空间 会有一定的光损失 因此将等效顶棚的入射光通量与出射光通量之比作为有效反射系数 其值为 cc 顶棚有效反射系数 Kc一顶棚空间指数 c 顶棚反射系数 w 灯具以上强面反射系数 在使用吸顶灯或嵌入式暗灯的情况下 c cc 第四节室内外环境照明设计一 环境照明设计的一般原则 艺术照明 通过灯具本身的造型和装饰 利用灯具的不同光分布和构图来构成艺术气氛 将照明与艺术效果有机结合起来的照明方式 艺术照明既强调一般的工作照明功能 又强调光对环境衬托的艺术效果 因此 设计环境照明时必须体现照明和艺术原则 1 照明原则 1 照度2 亮度3 眩光处理2 艺术原则 1 艺术表现力2 民族与地方特色3 时代气息4 重点突出 二 室内环境照明 一 照明构图进行照明构图时 在室内空间中以一定部位的构件如顶棚 墙面 梁 柱 地面 楼梯 扶手 窗帘盒等为对象 或使光源露明 或使光源隐蔽 形成各式各样的建筑照明方式 1 透光的 如光梁 光板 顶棚转角 发光顶棚 发光地面等 2 反光的 如光檐 暗灯槽等 3 净光的 如不调光的上述构件 4 色光的 如通过调光而改变颜色的上述构件 二 透光的建筑构件1 光梁照明在顶棚上安装截面近似长方形的半嵌入式灯具 其中装有管形荧光灯 露出部分采用漫透射材科制成梁形外罩 荧光灯数取决于受照面要求的照度 它的特点是顶棚较亮 发光面对比小 不会造成阴影 根据室内光环境的质量要求 要慎重设计光梁的布置 形状和光色 在顶棚和墙面的交界处安装管形荧光灯 外圈用窄边金属框支承斜放的长条形漫射透光罩 它的特点是灯光可向顶棚 墙面及下部投射 改善转角的昏暗 给予人们以边际广阔的感觉 多用于剧场 会堂 大厅及地下通道照明 顶棚转角照明也可做成暗灯槽照明 2 顶棚转角照明 3 光带照明在顶棚表面上安装漫透射玻璃 做成与顶棚齐平的带状 在其上面的凹入空间内装管形荧光灯 因而光带表面发光 成为嵌入式灯具的一种 光带的排列方式有纵线式和纵横线式两种 为使光带照明保持均匀 光带之间的间距应该不超过光带表面至工作面的距离的1 3倍 4 发光顶棚在顶棚内装灯而成为发光顶棚 发光顶棚的表面有平板和格栅两种 平板表面由透光材料来覆盖 顶棚空间内的反射面可以采用铝片或白色涂料等 格栅表面可采用金属格栅或塑料格栅 格栅式发光顶棚由于格栅的高度 宽度和孔形不同 其遮光角和表面亮度也不相同 从而产生不同的艺术效果 其表面亮度的均匀度同样取决于灯距与灯离格栅的高度之比 5 组合式吊顶系统将照明 广播扬声器 空调 烟感器 喷淋设备等组合起来 安装在一个单元内 做成装配式吊顶单元 最后安装成为大面积吊顶系统 6 墙面光板照明在墙体内做成凹入空间 在它的周围三面做出白色饰面 前面安装漫透射玻璃 在凹入空间内后面的适当位置上安装附有镜面反射器的灯 使凹入空间内获得足够的均匀的照度 这样 根据墙体面积可以做出作装饰用的墙面光板 7 发光地面照明在地面下按纵横方向做好格栅 在地面上以钢化玻璃做成方格形 在地面下格栅之间装灯 利用控光装置使灯光颜色不断变化 成为发光地面 适用于演播室等房间 8 发光楼梯照明在楼梯的踏步内安装荧光灯 外罩具有强度的丙烯板 用粘合剂处理接缝 9 发光扶手 发光栏杆柱头照明对于楼梯 在扶手内或在栏杆柱头内装灯 表面用漫透射材料覆盖 成为发光扶手或发光栏杆柱头 10 发光椅子照明将荧光灯安装在椅子背和座位下面 显示出人的侧影 三 反光的建筑构件1 光檐照明这是将光源隐蔽在顶棚 粱 墙内 通过反射光进行照明的间接照明方式 这种隐蔽照明常与其他照明方式结合使用 光檐具有照明和装饰的双重作用 它的特点是光线柔和 顶棚比墙面明亮 看上去顶棚似乎比实际要高 充分表现室内的空间感和体积感 2 檐板照明用不透光材料制成檐板 与墙面平行设置在墙面上部或固定在顶棚上 檐板内安装荧光灯 照亮墙面 檐板起着遮挡光源的作用 如檐板与窗帘盒结合成为一体 则这种间接照明方式称为窗帘照明 3 暗灯槽照明在室内墙面和顶棚的边界处由墙面折向顶棚 做成槽状构造 在槽内按一定间距布灯 使顶棚表面得到均匀的照明 成为暗灯槽 它具有间接型灯具的特点 光的扩散性很好 可使室内空间消除阴