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照明设计 授课专业 环境艺术设计讲师 李薇 1 照明的基本知识和概念 2 光源的基础知识 3 室内照明灯具的认识 4 应用照明的基础设计 全球夜景照明 总论 光环境与整体环境设计照明设计与电气照明设计自然光与人工照明 总论 纽约曼哈顿白昼对照 光环境与整体环境设计光环境是环境设计的一部分是环境设计成功的基础光可以改变空间塑造空间 总论 总论 照明改变空间环境 总论 舞台灯光通过光的颜色以及明暗的对比来塑造空间 照明设计与电气照明设计光环境的设计包含照明设计和电气照明设计光环境设计是艺术与技术结合的设计光环境的设计涉及的专业包括心理学 生物学 物理学 艺术设计学 产品设计等等室内光环境由建筑师 室内设计师 电气工程师 灯具商等共同完成 总论 总论 自然采光自然采光是指 通过对太阳光变化的规律研究 了解它在一个限定的规律中的变化 来解决建筑中采光的问题 总论 人工照明人工照明是指 人工光源 自然光以外的光源 总论 总论 人工照明与自然采光的关系人工照明VS自然采光 总论 人工照明与自然采光的关系自然采光特点 天然 舒适 随季节 昼夜交替变化形式 垂直窗 水平窗 天井采光人工照明特点 可控 可以控制光源的位置 颜色 亮度 发射角度等 耗能随着电光源的发展人工照明在白昼都扮演重要的角色 人工照明的出现改变了人们的生活方式以及建筑的形式 能源紧缺要求设计尽可能多利用自然光源 采用人工照明结合天然采光的方法 并开发使用低能耗的灯具 总论 照明设计的目的与分类范畴 照明的基础知识 光伴随人类伊始至今 自从爱迪生发明了电灯以来 人造的光就走进了人们的生活 人们对光的研究也进入了一个新的阶段和领域 什么叫照明 照明 Lighting 是以人们生活 活动为目的的对光的利用 照明主要光源的发展史 1876年雅布罗契可夫发明蜡烛1879年爱迪生发明碳丝灯1901年发明汞灯1913年朗格姆发明充气钨丝灯泡问世1921年双螺旋灯丝灯泡问世1931年高压汞灯问世1959年卤钨灯问世1963年高压钠灯问世1964年金属卤化物灯问世1975年三基色荧光灯问世1980年灯泡型 紧凑型荧光灯问世1996年陶瓷金属卤化物灯 白色LED 发光二极管 问世 120年 照明的基础知识 1 1光的基本性质光是电磁波的一种 波长在380 780nm 1nm 10 9m 的电磁波能使人产生光感 这部分电磁波被称为可见光 波长小于380nm的称为紫外线 X射线 波长大于780nm的称为红外线 无线电波 照明的基础知识 波长与颜色 视觉灵敏度 照明的基础知识 1 2光与视觉知觉 照明的基础知识 视觉的基本概念与性质视力视野恒常现象 物体在照明发生改变的情况下 人眼对物体还保持着原有的认知状态后像 物体对人的视觉神经刺激消除后 在视网膜上任然残留着原物体的影像 分为正后像和负后象 视觉及知觉视觉疲劳 视觉疲劳会随着照度的增加而减少 500 1000LX的照度范围比较适宜 1000LX以上会下降 照明的基础知识 视觉对光的反应识别阈限 人眼能承受的光的亮度的范畴明适应 从亮出到暗处暗适应 从暗处到亮出视觉灵敏度 和亮度 明暗对比度有关识别速度 1 3 光与色 照明的基础知识 光的三原色与颜料三对比 1 3 1光与色的基本概念 照明的基础知识 色相 红黄蓝等有彩色所具有的属性彩度 颜色的鲜艳程度明度 颜色的明亮程度色表 观察光源本身显现的颜色色温 描述光源的色表的标准值 对绝对黑体加温时 计算出在不同温度是的光谱辐射分布显色性 光源显现物体颜色的特性 1 3 2光与色的关系度量 色温 照明的基础知识 色温 一个黑体被加热到一定的温度时开始发出暗红色光 温度再升高光的颜色变成黄白色 白色 兰白色 我们把发出某颜色光时物体的温度称为该颜色的色温 简单的来说就是光的颜色 黑体的辐射温度 以开尔文表示 k 色温与色表及人的心理感觉 照明的基础知识 1 3 3光与色的关系度量 显色性 照明的基础知识 显色性 衡量光源对物体真实色彩的还原能力参数 从 0 100 代码 Ra 1 3 4光线对颜色的影响 照明的基础知识 光线除了反射物体颜色固有色之外还会对其固有色产生一定影响1 光源的显色性是不能从光源的色表来评估的 2 光源和物体的最佳色表与室内的照明水平有关 即光色和亮度3 色温低 暖色 色温高 冷色 因地区 气候而异 4 色温的高低不能代表光源的性能 除了在特殊工作场所对色温的要求要满足Ra90以上 5 实际应用中显色低的照明环境中 肤色 食品等 显现的颜色反而更加丰富6 改变光源的颜色可以通过灯具加滤光片增加戏剧效果 如蓝色使物体显得更白 1 3 5照明设计中一般的色彩处理方式 照明的基础知识 最常用的光源色温在2700K 4300K之间 称之为 安全 光源 用于大面积背景色 大面积的颜色多为淡而非饱和的颜色 相反 小面积可用饱满的颜色食品在暖色的光照下比较诱人女性喜欢红色 黄色等暖色 而男性喜欢蓝色 绿色等冷色 设计中通过光色的变换创造生动又富于变化的环境 打破单调 1 光通量 光的数量 光源在单位时间内发出的可见光量 单位为流明 lm 用 表示 每消耗1W功率所发出的光通量 称为发光效率 简称光效 2 照度 被照物表面被照明程度的量 单位为勒克斯 lx 用E表示E S 照明的基础知识 1 4光的四个基本度量单位 照明的基础知识 生活中的光 3 5lux 20 30lux 200 300lux 400 500lux 照明的基础知识 举例 用一只光通量为1750流明的100瓦白炽灯泡照明一个3 3 9平方米的房间 其平均照度为多少 利用系数CU 0 4灯具效率 0 8根据 E S1750 x0 4x0 8 3x3 62 2 3 发光强度 单位立体角内的光通量称为发光强度 用符号I表示 单位为坎德拉 cd 发光强度是表示光源发光强弱程度的物理量 4 亮度 指单位面积上的发光强度 反应了光源或物体的明亮程度 符号L 单位是坎德拉每平方米 尼特 cd 照明的基础知识 照明的基础知识 四个基本度量之间的关系 照明的基础知识 1 5光的方向性 空间照度和配光特性 光在传输上有指向性 即光强 不同光束的光在光强不同的情况下可对室内光环境产生很大的变化 在对光的要求很强的空间 除了要确保光的数量之外 还要考虑带有方向性的光度量 1 6光的分布 照度分布和亮度分布 空间光分布有各种各样的状态 对于背景照明往往要求均匀度比较好 重点照明则通过光线的明暗对比来营造空间氛围 照度均匀度 最大照度 最小照度 平均照度办公室 阅览室等空间的照度均匀度不小于0 7 光源和灯具 1 7 1 眩光眩光 由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜 或存在极端的对比 而引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象 眩光产生的因素 1 光源本身的大小与亮度2 灯具反射面的光滑程度3 周围环境的背景亮度眩光的影响 1 失能眩光2 不舒适眩光 光源和灯具 眩光的分类 1 直接眩光2 反射眩光3 光幕眩光 直接眩光限制质量等级 CIE对直接眩光等级A 很高质量B 高质量C 中等质量D 低质量E 很低质量 光源和灯具 光源和灯具 直接眩光与灯具亮度的关系及处理方式 灯具的高度越高 产生眩光越小 当光源会进入人眼时亮度限制在500cd 对于45 角方向上的光源进入人眼时 加遮挡 遮挡的方式可以用半透明的漫射板遮挡 或加反射器 格栅阻挡反射眩光和光幕眩光解决的可能途径 使反射光不在视觉范围内 光的入射方向和人眼一致在复杂环境中 降低一般照明 加强局部照明 减少空间中出现眩光的机会 降低周围环境界面 顶棚 地面 墙面 与照明器具的对比 使整个空间均匀照明 光源和灯具 光源和灯具 2 1 光源按照发光原理的分类 光源和灯具 2 1 1热辐射发光 白炽灯 卤钨灯a 白炽灯 电流通过钨丝将其加热至白炽状态而发光 白炽灯泡把大约6 的电能转变成可见光 其余94 的电能转变成热而浪费掉了 爱迪生发明灯泡时是炭丝灯泡 玻璃壳内是真空 现代白炽灯泡是钨丝灯泡大部分玻璃壳内充入惰性气体 照明的基础知识 白炽灯 a 白炽灯构造 b 接线 b 卤钨灯 是白炽灯泡的最新发展 灯泡内加入卤素元素或卤化物 利用卤钨循环的原理 使得灯具寿命更长 效率更高 照明的基础知识 衡量卤钨灯质量的秘诀 灯的色温 寿命 安全性 是否隔除紫外线应用卤钨灯主要包括 低压卤素石英灯 MR16 MR11 max 12V50W硬玻璃壳卤钨射灯 Par20 Par30 Par38 50W 75W 80W 100W 120W低压卤钨灯 Qr111 灯珠 12V50W 75W 100W卤钨灯投资特点 初始投资较低 光效低 7 10lm w 平均寿命 1000 2000h 显色性高 95 100 适用场所 展示照明 装饰照明 珠宝展示 家居照明等 照明的基础知识 2 1 2 低压气体放电灯 103pa 荧光灯 节能灯 a 荧光灯 通常为长管状 两端各封有一个电极 灯内包含有低气压的汞蒸汽和少量的惰性气体 灯管的内表面涂有荧光粉层 工作时灯内的低压汞蒸汽放电将60 左右的输入电能转变成波长为253 7nm的紫外辐射 荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光 b 荧光灯投资特点 适用于大面积照明 光通维持率很好 光效低 70 95lm w 平均寿命 8000 10000h 显色性高 70 95 适用场所 室内照明场所 酒店 办公室 照明的基础知识 2 1 3 高压气体放电灯 HID 陶瓷金卤灯 CDM D a 金卤灯 就金卤灯外形看 常用金卤灯主要是单端和双端之分 金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上在电弧管中添加了一些金属卤化物 这些金属卤化物在工作时参与放电发光 b 为什么金卤灯熄灭之后 需要5 20分钟才能再启动 金属卤化物灯熄灭之后 由于灯内气压太高 在原来启动电压 0 5 5KV 的作用下 不能立即再启动 要在5 20分钟才能再启动 具体时间视灯的冷却速度而定 c 金卤灯投资特点 初始投资成本较普通光源大 需要整流器 有噪音 同功率光源使用时 较其他光源省电 平均寿命 8000 20000h 光效高 80 110lm w 显色性 60 96 陶瓷金卤灯可达到Ra 95 照明的基础知识 CDM R20 CDM TD CDM TC CDM R30 CDM T 照明的基础知识 常用光源指数 型号 功率W 光通量lm 色温K 灯头 寿命 直径 长度TLD18W 827 18 1350 2700 G13 12000 26 604TLD18W 830 18 1350 3000 G13 12000 26 604TLD18W 835 18 1350 3500 G13 12000 26 604TLD18W 840 18 1500 4000 G13 12000 26 604TLD18W 850 18 1450 5000 G13 12000 26 604TLD18W 865 18 1410 6500 G13 12000 26 604 TLD30W 827 30 2450 2700 G13 12000 26 908TLD30W 830 30 2450 3000 G13 12000 26 908TLD30W 840 30 2450 4000 G13 12000 26 908TLD30W 865 30 2300 6500 G13 12000 26 908 TLD36W 827 36 3350 2700 G13 12000 26 1213TLD36W 830 36 3350 3000 G13 12000 26 1213TLD36W 835 36 3350 3500 G13 12000 26 1213TLD36W 840 36 3350 4000 G13 12000 26 1213TLD36W 850 36 3250 5000 G13 12000 26 1213TLD36W 865 36 3250 6500 G13 12000 26 1213 飞利浦三基色荧光灯 照明的基础知识 2 2光源的基本特性 光色色温显色指数功率光通量输出发光效率使用寿命光谱能量分析性价比光源选择灯寿命 小时 全光通量 灯价格 到寿命结束时的电费 光效数值越大 光效越高 产生相同的光能量中消耗的电能越少 1 光效光效 光源将电能转化为可见光的效率 单位 流明 瓦 lm w 光源和灯具 光通量及色温对光效的影响 光通量及色温对光效的影响 曲线图 最关键的还是记录了灯具在各个方向上的光强和光束角的大小 2 配光曲线配光曲线 用来描述某灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况或状态的图表 它可以记录灯具的光通量 光源数量 功率 功率因数 灯具尺寸 灯具效率包括灯具制造商 型号的等信息 光源和灯具 此例中光束角 30 国际照明学会 IES 美国 23 国际照明委员会 CIE 欧洲 光束角 垂直光束中心线之一平面上 光度等于50 最大光度之二方向的夹角 光源和灯具 三种不同灯具的配光曲线图 光源和灯具 配光曲线分类 三种不同灯具的配光曲线图 光源和灯具 灯杯的角度一般常见的有10 24 38 3种 左图是3个功率完全相同只是光束角不同的3个灯杯照射在墙面的效果 以及3种光束角的配光曲线示意图 光束角反应在被照墙面上就是光斑大小和光强 相同功率的灯杯光束角越大其中心光强越小 出来的光斑越宽越柔和 相反光束角越小其中心光强越大 出来的光斑越越窄越生硬 光源和灯具 灯具效率 在相同使用条件下 灯具发出的总光通量与灯具内所有光源发出的总光通量之比 也称灯具的光输出比 此上三项是检验灯具质量的核心技术指标 利用系数 指某工作面上所接受到的直射与多次反射后到达工作面上的总光通量与裸光源时所发出的额定总光通量之比值 用CU表示 维护系数 照明装置在使用一定周期后 在规定表面的平均照度与该装置在相同条件下新装时在同一表面上所得到的平均照度之比 用K表示 光源和灯具 3 1室内照明灯具室内照明灯具是指有光源和反射器 整流器等其他配件一起组成的照明形式 3 2室内照明灯具的分类 a 灯具从光通量分配上分类 照明的基础知识 b 一般室内直接照明型灯具按光束角分类 特狭照型 狭照型 中照型 扩散型或余弦型 广照型 特广照型5种 照明的基础知识 光源和灯具 灯具的分类与选择顶棚悬吊型灯具吸顶型灯具顶棚轨道式顶棚镶嵌式墙地镶嵌式壁灯可移动灯具建筑化照明室外灯具 光源和灯具 光源和灯具 4 1应用照明基础设计a 应用照明设计中的基本术语 工作面照度 一般推荐工作面照度的平均值 当无法指定工作面时 为假设的距离0 8m的水平面 照度均匀度 以视觉作业为目的的一般照明的照度均匀度 用最小照度与平均照度的比值来衡量 眩光 是指由于亮度分布和亮度变化相差太大所造成的视觉不舒适或视力降低现象眩光是影响照明质量的重要因素 重点照明 被照物体与周围物体形成明显照度对比 应用照明基础设计 b 应用照明设计的基本布骤及影响照明设计的主要因数 影响照明设计的主要因素包括 所需照明环境的种类所需照明空间大小和具体因数照明光源的选择和灯具的布局美学与舒适角度的考虑照度计算照明预算 应用照明基础设计 c 不同场所需求不同的色温及照度 光源 灯具 所带来视觉和心理的感受 办公室需要诉求的是宽敞 明亮及愉快的空间氛围 KTV夜总会需要诉求的是温馨的视觉环境 因此在色温及照度要求上是绝然不同的 但是选用合适的光源和灯具都能达到客户的要求 应用照明基础设计 e 如何为特定的客户选用合适的电光源 应用照明基础设计 选用电光源的目的 根据室内环境 确定设计色温 设计照度 营造客户需求的光环境 f 如何从哪些方面为客户推荐合适的照明产品 首先必须了解产品 用于结合光源 灯具的推荐 国家一般场合的照度标准 应用照明基础设计 商店照度标准 应用照明基础设计 H 粗略估算照度计算值 利用系数法 利用系数法考虑了直射光和反射光两部分所产生的照度 计算结果一般为水平面上的平均照度 利用系数法适用于灯具均匀布置的一般照明及利用墙和顶棚作光反射面的场合 基本公式 应用照明基础设计 应用照明基础设计 适用于室内 体育照明利用系数 一般室内取0 4 体育取0 31 灯具的照度分布2 灯具效率3 灯具在照射区域的相对位置4 被包围区域中的反射光维护系数MF LLD X LDD 一般取0 7 0 8 举例1 室内照明 4 5米房间 使用3 36W隔栅灯9套平均照度 光源总光通 CU MF 面积 2500 3 9 0 4 0 8 4 5 1080Lux结论 平均照度1000Lux以上 举例2 体育馆照明 20 40米场地 使用POWRSPOT1000W金卤灯60套平均照度 光源总光通 CU MF 面积 105000 60 0 3 0 8 20 40 1890Lux结论 平均水平照度1500Lux以上垂直照度1000Lux以上 视安装位置 应用照明基础设计 I 常用照明设计方法 照明设计软体 DIALux AGI32 各照明公司的照明设计软体J 照明设计科技化数据输出读法 应用照明基础设计 K 照明布灯方案 应用照明基础设计 照明灯具的节能分析 应用照明基础设计 照明设计效果模拟 应用照明基础设计 环境艺术照明的要求 照明设计要素 照明设计要求 根据使用目的和装饰风格 通过选择最有效的光源组合 合理的数量 合适的配置布局 适配的灯具 以最合理的综合成本满足最佳的工作 生活照明要求 照明设计应考虑以下的主要因素有效性舒适性经济性艺术性 等级活动推荐照度 lx A私密环境的区域 如卧室20 50短暂逗留的区域 如观众度走道50 100不连续工作区 如仓库 大厅10 150B低视觉要求的区域 如粗加工 休息厅150 300有视觉要求的区域 如办公室 商场 教室300 1000有独特视觉要求区域如检验 雕刻陈列1000 1500C精密作业