道路照明基本理论与计算

PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 道路照明基本理论与计算 第一部分 道路照明基本概念第二 部分 道路照明灯具第三部分 道 路照明计算 第四部分 道路照明测量 第一部分 道路照明基本概念 一 光的度量 1 光通量 光源在单位时间内发出的光量称为光通量 符号 单位是 lm 流明 2 光强 度 光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为光源在该方向的光强 度 符号为 I 单位为坎德拉 cd I d d 为立体角 3 光 照度 表示表面被照明程度的量称为 光 照度 它是每单位面积上接受到的光通量数 符号为 E E d ds 单位为 lx 勒克斯 1lx 即 1lm m2 一些实际情况下的 光 照度值 情 况 照度值 lm 情 况 照度值 lm 夜间在地面上产生的 光 照度 3 10 4 晴朗的夏日在采光良好的室 内的 光 照度 100 500 满月在地面上产生的 光 照度 0 2 太阳不直接照到的露天地面 的 光 照度 103 104 工作场地必需的光照度 20 100 正午露天地面的 光 照度 105 4 光 亮度 光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量 称为光源在某一 方向的 光 亮度 符号为 L L dI ds 单位为 cd m2 过去常用单位为 nt 尼特 1nt 1 cd m2 5 发光效率 1 光源发光效率 指一个光源所发出的光通量 与该光源所消耗的电功率 P 之比 即 P 2 灯具效率 指在规定条件下测得的灯具发射的光通量值与灯具内所有光源发出的光通量 的测定值之和的比值 6 对比感受性 视觉认知的基本条件 亮度对比和颜色对比 在此忽略 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 亮度对比是视野中目标和背景亮度差与背景 或目标 亮度之比 符号 C 即 C L0 Lb 式中 L0 目标亮度 nt Lb 背景亮度 nt Lb 人眼刚刚能够知觉的最小亮度比 称为阈限对比 符号C 阈限对比的倒数 即表示人眼的对 比感受性 也称为对比灵敏度 符号 Sc 即 Sc 1 式中 Sc 对比感受性 C 阈限对比 C Sc显然不是一个固定不变的常数 它的变化与以下因素有关 1 照明条件 2 观察目标的大小 3 观察目标呈现的时间 在理想条件下 视力好的人能够分辨 0 01 的亮度对比 即人的对比感受性最大可达 100 由图中可以看出 Sc随 Lb而上升 到大于 100 nt 以 后即接近最大值 之后 尽管 Lb在绝对数值上仍有比较 大的上升 但 Sc已无大的上升空间 相反 当 Lb大于 1000 以后 Sc反而有所下降 这主要是由于背景亮度过 大而产生眩光的缘故 特别要提醒大家的是 照度是一个客观值 而亮度是一 个主观值 对比感受性与背景亮度关系图 横轴 Lb 纵轴 Sc 二 关于道 路照明的几个术语 参见新版 城市道路照明设计标准 1 灯具的安装高度 灯具的光中心至路面的垂直距离 符号为 h 2 灯具的安装间距 沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离 符号为 s 3 悬挑长度 灯具的光中心至邻近一侧缘石的水平距离 即灯具伸出或缩进缘石的水平距离 符 号为 O 4 道路有效宽度 与道路的实际宽度 灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关的理论距离 符 号为 weff 当灯具采用单侧布置方式时 道路有效宽度为实际路宽减去一个悬挑长度 当灯具采用双侧 包括交错和对称 布置方式时 道路有效宽度为实际路宽减去二个悬挑长度 当灯具在双幅路中间分车带上采用中心对称布置方式时 道路有效宽度就是道路实际宽度 道路有效宽度计算示意图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 5 环境比 车行道外边 5 米宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的 5 米宽车行道上平均水平照 度之比 符号为 SR 6 道路 照明功率密度 单位路面面积上的照明安装功率 包括镇流器功耗 符号为 LPD 单位为 W m2 三 道路照明的质量评价指标 1 路面平均亮度 Lav 或照度 Eav 在道路上行驶时驾驶员观察路面障碍物的背景主要是驾驶员前方的路面 因此 障碍物本身的 表面和路面之间至少要有一定的 最低限度的亮度对比 驾驶员才能观察到障碍物 路面平均亮度 越高则眼睛的对比灵敏度越高 驾驶员觉察路面障碍物的可靠性越高 路面平均亮度水平也直接影 响到驾驶员的视觉舒适程度 平均亮度越高 但需限制在产生眩光的亮度水平以下 驾驶员就越 舒适 2 路面亮度 或照度 均匀度 路面亮度 或照度 均匀度包括亮度 或照度 总均匀度和亮度 或照度 纵向均匀度 1 总均匀度 U0 道路照明设施 即使能为路面提供良好的平均亮度 但也很可能在路面上的某些区域产生很低 的亮度 因而在这些区域里对比值 C 低 阈限对比 C 高 同时 视场中大的亮度差 也会导 致眼睛的对比灵敏度 Sc 下降和引起所谓瞬时适应问题 视觉疲劳 结果是驾驶员的视看能力的 下降 为了保证驾驶员对路面上各个区域都有足够的视看能力 就需要确定路面上最小亮 照 度 与平均亮 照 度之间的允许差值 亮度 或照度 总均匀度定义 路面上最小亮 照 度和平均亮 照 度之比 即 U 0 L min 式中 Lmin 路面上的最小亮度值 Lav 路面上的平均亮度值 2 纵向匀度 UL 当驾驶员在路面上行驶时 一般情况下总是沿着某一条车道行驶 而在驾驶员前方路面上反复 相间出现的亮暗区对驾驶员的干扰 即所谓的 斑纹 效应 很大 因此 为了减少这种干扰 就 必须限制沿车道中心线上最高区和最暗区的亮度差 以提高驾驶员的视觉舒适感 亮度 或照度 纵向均匀度定义 路面上通过观察者位置并且平行于路轴的直线上 即车道中 心线上 最小亮 照 度和最大亮 照 度之比 即 UL L min 式中 L min 车道中心线上的最小亮度值 L max 车道中心线上的最大亮度 值 注意 道路有 N 条车道就有 N 个 UL值 评价时用其最小值 3 眩光限制 是一项十分重要的评价指标 分为两类 1 失能眩光 损害视看物体的能力 直接影响到驾驶员觉察障碍物的可靠性 影响行车安全 2 不舒适眩光 引起不舒适感觉和视觉疲劳 影响到驾驶员的舒适度 平时往往不予足够的重视 有也只是定性的评价 实际是可以通过计算来定量分析的 尤其是新标 准已经提出了具体的数值要求 1 失能眩光 生理眩光 眩光导致视觉能力的损失 是由于光在眼睛里发生散射而造成的 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 没有眩光时 直接视场里的景物的清晰图象聚焦在眼睛 的视网膜上 引起的视感觉与景物的亮度成正比 有眩光时 眩光源的光线在眼睛里不聚焦 发生散射 在视网膜方向上的散射会起到光幕作用叠加在清晰的图象上 这层光幕可以看作有一等效亮度 强度与视网膜方向的散射 程度成正比 视感总强度 景物亮度 等效光幕亮度 由于眩光而引起的光在眼睛里的散射图研 究发现等效光幕亮度取决于眩光源在眼睛上产生的照度 Eeye 以及观察方向和从眩光源来的光线入 射方向之间的角度 通常情况下 道路照明中路面亮度在 0 05cd m2 5cd m2 一般在 1 5 60 对驾驶员而言 是 20 范围内 等效光幕亮度可以用以下经验公式计算 Eeye Lv K q2 式中 Lv 等效光幕亮度 cd m2 Eeye 眩光源在观察者眼睛上 在垂直于视线 不完全水平 平面上 所产生的照度 lx 视线和从眩光源来的光线入射方向之间的角度 K 比例常数 当 以度为单位时 K 10 当 以弧度为单位时 K 3 10 3 在实际应用中 视场中往往出现多个眩光源 这时总的等效光幕亮度等于各个眩光源所产生的 等效光幕亮度的叠加 即 n Lv Lvi i 1 把等效光幕亮度加在背景亮度和目标亮度两者之上后 一方面 由于背景亮度增加而引起阈限 对比减小即对比 灵敏度增加 另一方面 对比又减小了 但是 对比灵敏度 C L0 Lb 增加的正效应还不足以补偿对比减小的损失 这意味着 没有眩光时一个刚刚以看见的物体 在有 眩光时就看不见了 除非增加实际对比 称为阈值增量 定义 在眩光条件下又能刚刚看见物体所 需增加的额外对比除以有效对比 它是一个百分比 对于道路照明中路面亮度在 0 05cd m2 5cd m2 阈值增量可用下式计算 TI 65 Lv L0av 8 式中 TI 相对阈值增量 Lv 等效光幕亮度 cd m2 假定观察者总是以与水平线成 1 夹角注视与路轴平行的正前方 即一直注视着前方 90 m 路面上的一点 Lav 路面上的平均亮度 我国即将重新颁布的 城市道路照明设计标准 规定 对于快速路 主干路和次干路 TI 应小 于 10 对于支路 TI 应小于 15 2 不舒适眩光 心理眩光 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 可以用眩光控制等级 G 来度量驾驶员所感受到的不舒适眩光 主要取决于特定灯具指数和道 路照明设施的特性 眩光控制等级 G 可以用以下经验公式计算 I 80 1 2 I 80 G 13 84 3 31lgI80 1 3 lg 0 08 lg 1 2lgF 0 97lg Lav 4 41lgh 1 46lgP c 式中 I80 I88 灯具在和路轴行的平面内 与下垂轴形成 80 88 夹角方向上的光强值 cd 该值可以通过灯具的光强表查得 适用范围 50 I80 7000 cd 1 I80 I88 50 F 灯具在和路轴平行的平面内 投影在 76 角方向上的发光面积 m2 该值可以通过实际采用的 灯具计算而得 适用范围 7 10 3 F 4 10 1 m2 Lav 路面上的平均亮度 cd m2 0 3 Lav 7 cd m2 h 水平视线 1 5m 距灯具的高度 m 5 h 20 m P 每公里安装灯具数目 20 P 100 c 光源颜色修正系数 对低压钠灯 c 0 4 对其它光 源 c 0 举例 以宁波燎原灯具 NBDD 18 为例 灯具尺寸图该灯具的总尺寸为 875 m m 373 m m 计算可 得 更可以实际测量 发光面积为 372 m m 260 m m 近似为 0 09 m2 76 投影面积为 0 087 m2 sin76 不舒适眩光感觉和 G 值的关系表 G 值 眩光感觉程度 评价 1 不可忍受 不好 3 感到烦恼 不足 5 刚刚可以接受 尚好 7 感到满意 好 9 感觉不到眩光 很好 4 诱导性 重要性很突出 但它是一个定性评价指标 1 视觉诱导 采用诱导辅助设施 如路面中线 路缘 或路面标志 应急路栏 2 光学诱导 通过灯杆和灯具排列 灯具式样 灯光颜色或其强度变化 举例 1 在设置连续照明的道路上 灯具排列整齐 双幅路上将灯杆设置在分车带中央 曲线路段 灯杆设在外侧 在 T 型交叉路口在道路终端对面设灯等 2 根据需要 通过改变照明系统 改变光源颜色 改变灯具的样式或安装高度 改变灯具的 布置方式来获取良好的诱导性 机动车交通道路照明标准值 2005 新版 路面亮度 路面照度 道路级别 平均亮度 Lav cd m2 维 持值 总均匀度 Uo 最小值 纵向均匀度 UL 最小值 平均照度 Eav lx 维 持值 均匀度 UE 最小值 眩光限制 TI 最大初始值 环境比 SR 最小值 快速路 1 5 2 0 0 4 0 7 20 30 0 4 10 0 5 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 主干道 迎宾路 通向政府 大型 公共建筑的主要 道路 市中心或 商业中心的道路 1 5 2 0 0 4 0 7 20 30 0 4 10 0 5 次干道 0 75 1 0 0 4 0 5 10 15 0 35 10 0 5 支路 0 5 0 75 0 4 8 10 0 3 15 注 1 表中所列的平均照度仅适用于沥青路面 若系水泥混凝土路面 其平均照度值可相应降低 30 2 表中各项数值仅适用于干燥路面 3 表中对每一级道路的平均亮度或平均照度给出了两档标准值 由 XX XX 表示 的左侧为低档值 右侧为高档值 道路照明标准 1991 老版 亮 度 照 度 级 别 道路类型 平均亮度 Lav cd m2 均匀度 Lmin Lav 平均照度 Eav lx 均匀度 Emin Eav 眩光限制 诱导性 快速路 1 5 0 4 20 0 4 严禁采用非截 光型灯具 很好 主干道及迎宾路 通向政府机关和 大型公共建筑的 主要道路 市中 心或商业中心的 道路 大型交通 枢纽等 1 0 0 35 15 0 35 严禁采用非截 光型灯具 很好 次干道 0 5 0 35 8 0 35 不得采用非截 光型灯具 好 支路 0 3 0 3 5 0 3 不宜采用非截 光型灯具 好 主要供行人和非 机动车通行的居 住区道路和人行 道 1 2 采用的灯具不 受限制 注 表中所列的平均照度仅适用于沥青路面 若系水泥混凝土路面 其平均照度值可相应降低 20 30 表中各项数值仅适用于干燥路面 5 道路 照明功率密度 适应绿色照明要求 2005 新版标准提出的新的指标 1 定义 单位路面面积上的照明安装功率 包括镇流器功耗 符号为 LPD 单位为 W m2 2 LPD 的计算方法 1 照明安装功率 W 包括镇流器功耗 若无法了解镇流器的准确功耗值 可以按照占灯功率的 15 计算 如 400W 高压钠 灯 其总功率为 400 1 15 460W 2 计算面积 S S W L 路宽 W 分别根据道路断面 几幅路 有无分车带等 路灯布置方式确定 如 单幅路 W 为整个路宽 双幅路 有中央分车带 且很宽 两侧对称布灯 原则上分车带不照亮 则按照两条道路 来处理 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 双幅路 中央分车带很窄 两侧或中央布灯 分车带也照亮 则按照一条道路来处理 间距 L 单侧布置 两灯杆距离 中心对称布置 两灯杆距离 双侧对称布置 两灯杆距 离 双侧交错布置 同一侧两灯杆距离的 1 2 计算功率密度 功率密度 LPD P N S 其中 P 为每台灯具中的光源功率与镇流器功率之和 N 为系数 双侧对称布置时 N 2 其他布置时 N 1 各级机动车交通道路的照明功率密度值 道路级别 车道数 条 照明功率密度 LPD 值 W m2 对应的照度标准 lx 6 1 05 6 1 25 30 6 0 70 快速路主干路 6 0 85 20 4 0 70 4 0 85 15 4 0 45 次干路 4 0 55 10 2 0 55 2 0 60 10 2 0 45 支路 2 0 50 8 注 本表仅适用于高压钠灯 当采用金属卤化物灯时 应将表中对应的 LPD 值乘以 1 3 第二部分第二部分 道路照明灯具道路照明灯具 灯具的作用是把光源发出的光按需要重新加以分配 以提高光源光通量的利用率 并使路面获 得良好的均匀度 一 道路照明灯具的基本性能与分类 1 基本性能 光学性能 机械强度 防尘防水 耐腐蚀 耐热 电气绝缘以及重量 安装 维护和外观要求 1 光学性能 1 合理的配光是基本要求 配光 灯具在空间各个方向上的光强分布状态 合理配光 有一定的布光角度 以保证灯具所发出的光在路面上有一定的覆盖范围 越大越好 不 是的 太大了会产生眩光 光分布不应有明显的突变 配光曲线比较光滑 以确保路面上的均匀度 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 灯具的合理配光和不合理配光图 1 合理配光 2 不合理配光 2 灯具效率要比较高 灯具效率 灯具发出的光通量与灯具内点燃的光源所发出的光通量之比 城市道路照明设计标准 未对选用灯具时的效率指标作出明确规定 但在一般情况下 常规道 路照明灯具的效率不应低于 60 这一指标来源于对大量国产灯具的实测结果 同时必须指出 60 这一要求不适用于泛光灯具 因为泛光灯具的效率通常要低一些 2 机械强度 3 防尘防水和耐腐蚀性能 4 耐热性能 5 电气绝缘性能 6 重量 安装 维护和外观 2 分类 1 按用途分类功能性灯具 灯具内装有控光部件 反光器 以便重新分配光源光通量 使配光 符合道路照明要求 光的利用率得以提高 眩光也受到限制 包括常规路灯头 泛光灯具 适 用于一般道路 大型广场 停车场 立交桥等场所 装饰性灯具 采用装饰性透光部件围绕光源组合而成 以造型美观 美化环境为主 适当兼顾效率 和眩光限制等要求 包括庭院灯头 装饰灯头等 适用于庭院 商业街道 人行道 景观广场等场 所 2 按灯具的光强分布分类 1 1965 年国际照明委员会建议根据灯具在最大光强方向以及在 90 和 80 角方向上的光强值 即眩光控制程度 分类 灯具按光强分布分类 CIE 1965 在 90 和 80 角方向上所发出的光强最大允许值 灯具类型 最大光强方向 90 80 截光 0 65 10 cd 1000lm 注 30 cd 1000lm 半截光 0 75 50 cd 1000lm 注 100 cd 1000lm 非截光 1000 cd 注 不论光源发出多少光通量 光强最大值不得超过 1000 cd 目前 我国的 城市道路照明设计标准 就是按照本办法对灯具进行分类 2 1977 年国际照明委员会提出了根据灯具的三个属性即射程 throw 扩散 spread 和控制 control 的新的分类方法 原因 1965 年的分类方法是基于评价灯具在一个平面或一维方向上的配光 而没有考虑其它方位角 上的配光 射程 表示灯具发出的光沿着道路纵方向投射的范围 由灯具光束中心的高度角 max所决定 它等于通过最大光强 I max的 平面内 2 个 90 I max方向的高度角之平均值 射程 的定义示意图 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 扩散 表示灯具发出的光在道路横方向的扩散的程度 可以画 2 条 与路轴平行且刚好与 90 I max在路面上的轮廓线相切的直线 取离灯 具最远的一条 这条线的位置用 so 表示 即是在垂直于路轴的平 面内向下垂线与从灯具到该线的方向之间的夹角 扩散 的定义 示意图 控制 表示灯具对眩光的控制程度 它由灯具的特征指数决定 尚未找到有关该方面的详细论述 灯具按光强分布分类 CIE 1977 射程 max 60 为短射程 60 max 70 为中射程 max 70 为长射程 扩散 so 45 为窄扩散 45 so 55 为平均扩散 so 55 为宽扩散 控制 SLI 2 为有限控制 2 SLI 4 为中等控制 SLI 4 为严格控制 3 按灯具的防尘防水性能分类 我国的 灯具外壳防护等级分类 GB7001 86 标准分类如下 1 灯具的防尘性能分级 2 灯具的防水性能分级 1 级 防大于 50mm 的固体异物 1 级 防垂直落下的雨滴 2 级 防大于 12mm 的固体异物 2 级 防以最大 15 的倾斜角落下的雨滴 3 级 防大于 2 5mm 的固体异物 3 级 防淋水 4 级 防大于 1 0mm 的固体异物 4 级 防溅水 5 级 防尘 5 级 防喷水 6 级 尘密 6 级 防猛烈海浪 7 级 防浸水影响也称 水密 8 级 防潜水影响也称 加压水密 通常所说的 IP65 就是要求该灯具为尘密并防喷水 二 道路照明灯具的光学特性道路照明灯具的光学特性数据是正确进行道路照明设计 计算的 依据 灯具生产厂商都应提供详细的数据 现实情况是大多数相对规模较小的灯具生产厂商都不能提供 光学特性数据分为两类 基本数据 光强分布 非常重要 导出数据 利用系数曲线图 等照度曲线图 等亮度曲线图和亮度产生曲 线图等 1 基本数据 光强分布 在试验室内用分布光度计测量而得 道路照明常规灯具的光强分布通常采用 c 坐标系统 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 测量道路照明常规灯具光强分布的 c 坐标系统图 该坐标系统的中心与灯具的光学系统中心重合 系统的垂直轴 从灯具的光中心向受照平面作的 垂线 垂直半平面绕轴转动 平行于路轴 c 0 和 c 180 垂直于路轴 c 90 车道侧 和 c 270 人行道侧 在每一个 c 平面内 高度角用 表示 垂直向下 0 垂直向上 180 显然 空间的任意一个方向都可以由 c 和 来确定 确定路面这一参照平面后 路面上的任意一点 的 c 和 都是确定的 1 光强表 I 表 光强表是利用计算机进行照明计算的必备参数表 光强表格式示例 cd 1000 lm 需要给出光强值的 角和 c 角 由该表可以查出灯具指向路面上任意一点的光强值 结合使用内插法 按照国际照明委员会 CIE 建议 常规灯具应列出 1872 对 c 和 36 个 角 56 个 c 角 所对应的光强值 一般情 况下 灯具的配光是对称的 所以只需 972 对即可 2 光强分布 配光 曲线 一般以通过光中心的几个垂直平面上的极坐标光强分布 配光 曲线图和等光强曲线图的方式给出 按 CIE 建议需给出光强分布曲线的垂直平面包括 1 包含最大光强的垂直平面 称为主垂直平面 标明 c 角 说明与反光器形状的关系 从该图中可以查得包括 Imax max等参数 并且可以大致了解 I80和 I90 2 平行于路轴的垂直平面 c 0 在该平面内的最大光强的方向 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 3 垂直于路轴的垂直平面 c 90 在该平面内的最大光强的方向 4 主圆锥表面 概念 通过最大光强方向 常数的圆锥表面称为主圆锥表面 图中 65 主垂直平面上的 平行于路轴的垂直平面 垂直于路轴的垂直平面 主圆锥表面上的光强分布曲 线 上的光强分布曲线 上的光强分布曲线 光强分布曲线 索恩 Civic2 的光强分布曲线图 GE SKY GEN 的光强分布曲线和利用系数曲线图 3 等光强 曲线 图 等光强 曲线 图可以表示灯具在空间各个方向上的光强分布状况 天顶等面积网等光强图注意 需要考虑灯具仰角的不同 若仰 角为 0 则可以直接读数 或内插 若仰角不是 0 则需要用透明图的办法读取数值 顺时针 旋转 坐标系变换 2 直接由光强表读取数值 可以用计算机计算 计算路面上任意一点的照度的另外一种方法是使用等照度曲线图 实际上计算的过程就是读图的过 程 在等照度曲线图上标出 P 点的位置 考虑 3 个灯具 2 路面平均照度计算 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 根据点照度计算数值计算 按照测量的布点方法 计算式 Eav Ei n i 1 式中 Eav 路面平均照度 Ei 第个计算点上的照度 n 计算点的总数 2 按照利用系数曲线图进行计算 目前使用比较多的一种计算方法 hM 计算公式 Eav ws 式中 利用系数 根据道路的宽度和灯具的安装高度 悬挑长度和仰角 从灯具的利用系数 曲线图中查得 方法后面举例说明 M 维护系数 随灯具的密封程度 使用环境条件及维护状况的不同而不同 一般为 建 议按 道路照明指南 的方法确定数值 例题中介绍 光源光通量 w 路面 宽度 s 灯间距 3 照度 均匀度计算 照度均匀度 g Emin Eav 有时还需要考察 Emin和 Emax的比值 1 如果是采用的点照度计算的方法 则 Eav Emin和 Emax都是现成的 易于计算 2 如果是采用的利用系数法计算的 Eav 那么此时 Emin和 Emax是不知道的 而手工计算许多点的照 度值 然后在从中选出最大值和最小值是不现实的 下面介绍简单确定最大值和最小值所在位 置的方法 1 最大照度值点 一般情况下 灯具的光强分布满足不等式 I0 I cos3 其中 I0为灯具垂直向 下光强 I 为高度角等于 方向上的光强 则最大照度点通常就在灯下 若在某一垂直截面上 出现 I0 I cos3 则可以预计最大照度值就在这个平面附近 且这种情况很少出现 一般我们就认为最大照度值在灯下 为灯具的位置 A B C 为最小照度值点可能出现的位置 最小照度值点可能出现的位置图 2 最小照度值点 需要计算图中 A B C 各点的照度值后确定 还是需要按照前面所述的点照 度 的计算方法 通过等光强曲线图 光强表或等照度曲线图进行计算 一个繁琐的过程 4 照度计算举例例一 一条单幅道路 路宽 w 10m 采用单侧布灯 灯具安装高度 h 10m 灯杆 间距 s 20m 灯具仰角为 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 0 提供灯具仰角为 0 时的相对等照度曲线图 采用 NG250 高 压钠灯光 源 光通 量 22500lm 求图中 P 点的照度 道路几何尺寸 灯具布置和计算点的位置图解 1 确定自 灯具排列线到 P 点的横向距离 以安装高度的倍数表示 d 6m 6 10 0 6h 在等照度曲线图上画一条与纵轴平行 距灯具排列线 0 线 为 0 6h 的直线 A A 2 确定每个灯具到计算点 P 的纵向距离 以安装高度的倍 数表示 L1到 P l1 25m 25 10 h 2 5h L2到 P l2 5m 5 10 h 0 5h L3到 P l3 15m 15 10 h 1 5h 沿 A A 线 根据计算所得的各个灯具到 P 点的纵向距离 l1 l2 l3 标出 P 点相对于各个灯具的位置 L1 L2 L3 注意图 中的位置标出是不严密的 如果灯具配光是完全对称可以按 图中的标出 否则应严格按照 P 点与各个灯具的相对位置标 出 3 读出在这 3 个点上的相对照度值 计 算 P 点上的总照度 灯具仰角为 0 时的相对等 照度曲线图 EL1 Emax 3 大约 EL2 Emax 53 大约 EL3 Emax 13 大约 EP EL1 EL2 EL3 Emax 69 其它灯具对 P 点照度的贡献忽略不计 按照图 中的计算公式 Emax 0 187 h2 0 187 22500 102 42 1lx 则 EP 0 69 42 1 29lx 例二 一条单幅道路 路面宽度为 15m 采用 左侧单排布灯方式 安装高度 12m 灯间距 36m 悬挑长度 2m 仰角 5 提供所采用灯具的仰角为 5 时的利用系数曲线图 采用 NG250 高压钠灯光源 光通量为 22500lm 维护系数假定按 0 6 取定 要求 左侧半宽路面的平均照度 右侧半宽路面的平均照度 整个路面的平均照度 所采用灯具的仰角为 5 时 的利用系数曲 道路几何尺寸 灯具布置图 解 1 求左侧半宽路面的平均照度 人行道侧 w h 2 12 0 167 查图得 1 0 035 车行道侧 w h 5 5 12 0 24 查图得 2 0 24 h总M 0 275 0 6 22500 总利用系数 总 1 2 0 035 0 24 0 275 Eav 13 8lx ws 7 5 36 2 求右侧半宽路面的平均照度 车行道侧 w h 13 12 1 08 查图得 1 0 35 车行道侧 w h 5 5 12 0 46 查图得 2 0 24 h总M 0 11 0 6 22500 总利用系数 总 1 2 0 35 0 24 0 11 Eav 5 5lx ws 7 5 36 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 3 求整个路面的平均照度 人行道侧 w h 2 12 0 167 查图得 1 0 035 车行道侧 w h 13 12 1 08 查图得 2 0 35 h总M 0 385 0 6 22500 总利用系数 总 1 2 0 035 0 35 0 385 Eav 9 6lx ws15 36 或 Eav 13 8 5 5 2 9 6lx 由本计算示例可以看出 装灯一侧的平均照度比未装灯一侧的平均照度 要高很多 均匀度比较差 例三 假定有一条混合交通的单幅道路 柏油路面 宽度 12m 假定拟采用灯具的等光强曲线图和 利用系数曲线图如提供所示 并且应采用高压钠灯 路面照度需要达到主干路的水平 请进行道路 照明设计和计算 拟采用灯具的等光强曲线图 拟采用灯具的利用系数曲线图解 1 道路 照明设计 1 根据 城市道路照明设计标准 老版 主干路要求维持平均照度水平达到 15lx 2 因路面宽度仅为 12m 考虑采用单侧布灯的设置方式 3 该灯具的最大光强角在 50 附近 小于 65 而且在 80 和 90 角的光强值大约分别为 10cd 小于 30cd 和 4cd 小于 10cd 符合截光型灯具要求 应按截光型灯具确定安装高度 h 和道路的有效宽度 weff 以及灯间距 S 与安装高度 h 的关系 h weff S 3h 4 因采用单侧布灯 为保证路面有较好的照度均匀度 需要有一定的悬挑 结合灯型考虑选择悬挑 长度 O 2m 则有 安装高度 h weff 12 2 10m 间距 s 3 10 30m 仰角 0 或 5 10 15 待进行计算以后再予确定 2 道路照明计算 1 路面平均照度计算 1 由利用系数曲线图查利用系数 人行道侧 w1 2m 则 w1 h 0 2 车行道侧 w2 10m 则 w2 h 1 若仰角为 0 时 可查得 1 0 14 约 2 0 29 约 则 0 0 14 0 29 0 43 若仰角为 5 时 可查得 1 0 1 约 2 0 353 约 则 5 0 1 0 353 0 453 若仰角为 10 时 可查得 1 0 06 约 2 0 40 约 则 10 0 06 0 40 0 46 从计算结果可以看出 0 5 10 所以从利用系数的角度考虑 灯具的仰角应该选 10 或更 大一些 但实际情况是当灯具的仰角大于 10 以后 总的利用系数已不再上升 15 时和 10 时的 总的利用系数基本是一样的 而且如果继续增加仰角 总的利用系数反而会下降 结合灯型选择考 虑 假定选择灯具仰角为 5 2 确定维护系数 参考 城市道路照明指南 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 灯具在使用期间 由于光源光通量会逐渐衰减 灯具内外表面会堆积灰尘及其他污物 灯具反 光板受到腐蚀 引起其效率逐渐降低 光输出逐渐减少 其他减光因素未予以考虑 从而导致路面 上的照明水平逐渐下降 为了保证在整个运行期间 路面上均能维持不低于所规定的最低亮度 照度 值 在进行照明设计计算时 就必须引入维护系数 道路照明灯具的维护系数 M 等于光源光通量的 维护系数 M1 与灯具本身维护系数 M2 之乘积 即 M M1 M2 光源光通量的维护系数值和光源的种类 功率及其质量有关 确定方法推荐如下 光源光通量的维护系数 M1 维护系数 光源类型 点燃 4000 小时时 点燃 6000 小时时 高压汞灯 0 85 0 80 低压钠灯 0 97 0 92 高压钠灯 0 88 0 82 灯具本身的维护系数和下列因素有关 1 灯具的密封程度 2 空气的污浊程度 3 清 扫周期和每次清扫的彻底程度 其值应通过实际测量来确定 参考有关资料 确定方法推荐如下 灯具的维护系数 M2 无透光罩灯具 有透光罩灯具 空气污浊程度 清扫周期 一般 干净 一般 干净 半年 0 6 0 7 0 75 0 8 一年 0 55 0 6 0 7 0 75 一年半 0 5 0 55 0 65 0 7 表注 1 透光罩与壳体应无明显缝隙 每次清扫应比较彻底 否则达不到表中数值 2 空气特别污浊地区如化工厂 钢铁厂 煤厂等灯具维护系数还要降低 即将颁布实行的 05 版 城市道路照明设计标准 推荐 根据目前国内所使用的光源和灯具的品 质及环境状况 按照每年对灯具进行一次擦拭的前提 维护系数可选为 0 7 防护等级高于 IP54 的密闭灯具 0 65 防护等级低于 IP54 的密闭灯具 本例中假定采用有透光罩灯具并每年清扫一次 维护系数 M 0 88 0 75 0 66 3 假定选 250W 高压钠灯 光通量 22500lm hM 0 453 0 66 22500 4 Eav 18 7lx 15lx 设计方案可行 ws 12 30 5 更合理的方法是按照所需达到的照度值来计算需要的光源光通量 Eavws15 12 30 18061lm 由此再选择光通量为 22500 的 NG250 光源 再计算平均照度 值 hM 0 453 0 66 通过计算可以看出 拉开一些间距还可以使平均照度更接近于要求的 15lx 但拉开间距是要牺牲均 匀度的 一般不推荐这种做法 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 假定要求计算所进行照明设计的道路路面上 P 点的水平照度 对于精度要求不是很高的一般计算 尤其是手工计算 只要考虑 P 点周围 L1 L2和 L3 3 个灯具的贡献即可 1 确定 P 点相对于 L1 L2和 L3的坐标 c1 1 c2 2 和 c3 3 对 L1 tg 1 30 4 2 42 10 26 3 10 2 63 1 69 cos c1 26 30 4 2 42 26 26 3 0 9886 c1 8 7 对 L2 tg 2 42 42 10 5 656 10 0 5656 2 29 5 tgc2 4 4 1 c2 180 45 135 对 L3 tg 3 30 4 2 42 10 34 234 10 3 423 3 73 7 cos c3 34 30 4 2 42 0 993 c3 180 6 7 173 3 2 从等光强曲线图读出 L1 L2和 L3指向 P 点的光强值 因为灯具仰角为 5 所以需要把透明覆盖图顺时针旋转 5 按照新的坐 标系统可以读得 c 角减 5 即可在原图上直接读出 IL1 120cd IL2 195cd IL3 80cd n 3 ILi 3 gi 3 计算 P 点的照度值为EP EPi 2 cos i 1 i 1 h 而 cos 13 0 0460 cos 23 0 6592 cos 33 0 0221 EP 120 100 0 0460 195 100 0 6592 80 100 0 0221 0 0552 1 2854 0 0177 1 3583 当 22500lm M 0 66 时 EP 1 3583 22500 1000 0 66 20lx 道路几何尺寸 灯具布置和 计算点 P 的位置图二 亮度计算 1 路面上任意点的亮度计算 1 根据等光强曲线图和 r 表进行计算 亮度系数 q 的概念 表示路面反光性能的一个系数 为路面上某 点的亮度和该点的水平照度之比 即 q L E 它除了与路面材料有关 外 还取决与观察者和光源相对于路面所考察的那一点的位置 即 q q 其中 为光的入射平面和观察平面之间的角度 为入射光线的投射 高度 角 一个灯具在 P 点上产生的亮度计算式 LP EPq 3 g hh h 确定路面亮度系数的角度图 式中 c 计算点 P 相对于灯具的坐标 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 I c 指向 P 点的光强值 r 简化亮度系数 查表可得 h 灯具安装高度 从上式中可知 要进行亮度计算 关键是要知道路面亮度系数 q 或简化亮度系数 r 实际路面的 q 或 r 只有通过实测才能获得 且非常复杂 目前通常采用国际照明委员会 CIE 和 道路代表大会国际常设委员会 PIARC 共同推荐的简化亮度系数表 简化亮度系数表 1 简化亮度系数表 2 说明 表 1 适用于沥青路面 表 2 适用于混凝土路面 n 个灯具在 P 点上产生的总亮度计算式 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LP EPq i n1I ci2 gi cos3 gi q bi gi nI chi2 gi q bi gi cos3 gi i n1 I chi2 gi r bi gi hi 1 注意 计算路面上某一点的亮度时 需要考虑位于计算点前方 向观察位置一方 5 倍安装高度 后方 远离观察位置一方 12 书中有误 应该是 2 倍安装高度 两侧各 5 倍安装高度范围内的 灯具对计算点的亮度贡献 2 根据路面等亮度曲线图计算 依据 灯具的光度测试报告中的等亮度曲线图 其计算的过程就是一个读图的过程 与照度计算相类似 但也有区别 因为等亮度曲线图是对于平 行于路轴并经过灯具的垂直平面 c 0 在路面上距离灯具的垂直投影点为 10 h 的观察者进行计 算和绘制的 所以 使用该图的方法与观察者的实际位置有关 可以分为两种情况考虑 1 观察者位于灯具排列线上 观察者位于灯具排列线上示意图由于此时观察者的位置和计算 绘制等亮度曲线图时所依据 的条件一致 可以直接读图 即在图上标出计算点相对于各灯具的位置 就可以读数了 注意 由于等亮度曲线图是对距离灯具 投影点 10h 的观察者而作的 当对第一个灯具的距离是准确的时 对第二 第三个灯具的距离就肯 定是不正确的 即人为地移动了观察者的位置 但这样做的误差很小 把读得的结果叠加 再进行 简单的换算就可以求得计算点的亮度值 2 观察者位于灯具排列线外 由于等亮度曲线图是对位于灯具排列线上的观察者计算绘制的 严格说来不能直接应用于观察者位 于灯具排列线以外的情况 但基于以下情况 可以把灯亮度曲线图切成两部分来应用 灯具后面这一部分的等亮度图事实上与观察者的位置无关 所以还可以按原方法使用 灯具前面 面向观察者 这一部分的等亮度图主要取决于道路表面的反光特性 和灯具光分布关 系不那么大 因此可以将这一部分图形转向观察者来使用 观察者位于灯具排列线外示意图详细的使用在举例中说明 需要说明的是 若路面上灯具排列是交错或对称排列 则必须考虑对侧灯具对亮度的贡献 但 要注意保持正确的人行道侧和车道侧 还需要把图形颠倒过来 一句话 计算点与灯具的相对位 置必须正确 另外可以肯定的是 当等亮度图的旋转角度小于 5 时 此方法的误差不会大于 10 相当于 计算点距离 c 0 平面的横向距离必须小于 0 875h 观察距离 10h 当旋转角度大于 5 时 计算比较复杂 请有兴趣的朋友自行钻研 2 路面平均亮度计算 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1 根据点亮度计算数值计算 按照测量的布点方法 计算式 Lav Li n i 1 式中 Lav 路面平均亮度 Li 第个计算点上的亮度 n 计算点的 总数 2 按照亮度产生曲线图进行计算 比较简便的一种计算方法 计算公式 Lav hLQ0M ws 式中 L 亮度产生系数 根据道路的宽度和灯具的安装高度 悬挑长度和观察者的位置 从灯具的亮度产生曲线图中查得 方法后面举例说明 Q0 路面的平均亮度系数 cd m2 lx M 维护系数 光源光通量 w 路面 宽度 s 灯间距 当观察者的位置和亮度产生曲线图中所给出的 A B C 不一致时 可用内插法作出一条和实际观察 者位置一致的曲线 然后由图中读出亮度产生系数即可 再介绍一种计算路面平均亮度的最简化的方法 当然其精确度是不高 的 05 新版 城市道路照明设计标准 指出 可以利用平均照度换 算系数计算平均亮度值 平均照度换算系数是得到 1cd m2的路面平均 亮度所必须的路面平均照度值 它可由路面简化亮 度系数 r 表进行路面平均亮度和平均照度计算得到 也可通过实际测量而 得到 平均照度换算系数表 路面种类 平均照度换算系数 lx cd m2 沥青 15 混凝土 10 3 亮度计算举例例一 已知一条单幅道路 路面宽度 w 12m 采用单侧 布灯 间距 s 30m 安装高度 h 10m 悬挑长度 O 2m 试计算位于距不设 灯的一侧路缘 1 4 路宽 且距 L3为 60m 的观察者所观察到的 P 点的亮度 等光强曲线图同照度计算示例三 解 1 确定 角 光入射平面和观看平面之间的角度 1 注意 1 的对顶角和 的互位角的关系 tg 1 30 4 4 6 5 1 81 25 tg 60 30 4 3 31 333 88 17 1 1 88 17 81 25 6 92 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2 2等于 1 的对顶角加 2 的对顶角加 1之和 tg 2 4 4 1 2 45 2 1 2 1 81 25 45 6 92 133 17 3 3为 2加 3 的对顶角之和 tg 2 3 30 4 4 8 5 2 3 83 29 3 83 29 2 83 29 45 38 29 3 2 3 133 17 38 29 171 46 2 分别确定 1 c1 2 c2 和 3 c3 对 L1 tg 1 30 4 2 42 10 26 3 10 2 63 1 69 cos c1 26 30 4 2 42 26 26 3 0 9886 c1 8 7 对 L2 tg 2 42 42 10 5 656 10 0 5656 2 29 5 tgc2 4 4 1 c2 180 45 135 对 L3 tg 3 30 4 2 42 10 34 234 10 3 423 3 73 7 cos c3 34 30 4 2 42 34 34 23 0 993 c3 180 6 7 173 3 道路几何尺寸 灯具布置和计算点 P 的位置以及亮度计算角度图解 3 从等光强曲线图上读出 L1 L2 L3 分别指向 P 点的光强值 假定灯具仰角为 0 时 得 IL1 110cd IL2 175cd IL3 75cd 4 根据 1 tg 1 2 tg 2 和 3 tg 3 的值 查 r 表 见前述 并通 过内插计算可得 r1 171 87 10 4 r2 188 78 10 4 r3 11 73 10 4 计算有误差 内插法的基本计算式 A C B a c a b a B C B A b 5 计算各个灯具在 P 点上产生的亮度值 拟采用灯具的等光强曲线图 IL12 4 4 L1 r1 110 10 171 87 10 189 06 10 h2 IL2 2 4 4 L2 r2 175 10 188 78 10 330 36 10 h2 IL3 2 4 4 L3 r3 75 10 11 73 10 8 79 10 6 P 点的总亮度 光源光通量 NG250 22500lm 维护系数 M 0 65 则 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LP L1 L2 L3 22500 1000 0 65 189 06 330 36 8 79 10 4 22 5 0 65 0 77cd m2 例二 从下面所提供的等亮度曲线图确定图中 A 和 B 点的亮度值 并且道路为单幅 灯具左侧排列 光源光通量 40000 lm 灯具安装高度 h 10m 间距 s 40m 路面宽度 w 15m 观察者位于距右侧 路缘 4m 0 4h 至 L1的距离 100m 10h 路面为 I 类 利用等亮度曲线图计算亮度方法图解 1 以与等亮度曲线图相同的 h 为单位画出道路平面图并标出观察者的位置 2 将等亮度图的中心点 0 0 分别放在灯具 L1和 L2的投影位置上 令其纵轴平行于路 轴 3 因 A B 点在 L2的后方 可以直接读数 A B 点在 L1的前方 须将叠加在其上的等亮 度图旋转 使其纵轴指向观察者 4 检查转过的角度 因小于 5 3 4 可以直接读数 5 分别读出两个灯具在 A 点和 B 点产生的亮度值 并求和 A 点 灯具 L1 该灯具所产生的 Lmax的 100 灯具 L2 该灯具所产生的 Lmax的 1 所以 A 点亮度为一个灯具所产生的 Lmax的