照明设计基础课程

照明设计基础课程 自我介绍 以及对课程的简单介绍 认识同学 照明的基本概念 在公元 1831 年 法拉第将一个封闭电路中的导线通过电磁场 导线转动有电流流过 电线 法拉第因此了解到电和磁场之间有某种紧密的关连 他建造了第一座发电机原型 其中包括了在磁场中迥转的铜盘 此发电机产生了电力 在此之前 所有的电皆由静电机 器和电池所产生 而这二者均无法产生巨大力量 但是 法拉第的发电机终于改变了一切 电产生后就由爱迪生发明了灯泡 从此就产生照明的概念和设计 照明就是合理运用光线以达到满意视觉效果的一种方法技术 照明分天然照明和人工 照明 我们讲主要是人工照明 人工照明又分功能照明和装饰照明艺术照明 电气照明是一门综合性科学 不仅需要利用光学电学技术 也涉及到建筑装饰生理心 理美学等各方面 直接关系到人们身心健康和工作效率 1 光的概念 光的本质是电磁波 是整个电磁波谱中极小范围的一部分光是能量的一种形态 光是 电磁波辐射到人的眼睛 经视觉神经转换为光线 即能被肉眼看见的那部份光谱 这类射 线的波长范围在 360 到 830nm 之间 仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份 温度远远高于 50Hz 工作时的温度 从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性 在中学的物理课中我们可能做过棱镜的试验 白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡 的色谱 颜色依次为红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 这就是可见光谱 其中人眼对红 绿 蓝最为敏感 人的眼睛就像一个三色接收器的体系 大多数的颜色可以通过红 绿 蓝 三色按照不同的比例合成产生 同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光 这是 色度学的最基本原理 即三基色原理 三种基色是相互独立的 任何一种基色都不能有其 它两种颜色合成 红绿蓝是三基色 这三种颜色合成的颜色范围最为广泛 红绿蓝三基色 按照不同的比例相加合成混色称为相加混色 红色 绿色 黄色 绿色 蓝色 青色 红色 蓝色 品红 红色 绿色 蓝色 白色 黄色 青色 品红都是由两种及色相混合而成 所以它们又称相加二次色 另外 红色 青色 白色 绿色 品红 白色 蓝色 黄色 白色 所以青色 黄色 品红分别又是红色 蓝色 绿色的补色 由于每个人的眼睛对于相 同的单色的感受有不同 所以 如果我们用相同强度的三基色混合时 假设得到白光的强 度为 100 这时候人的主观感受是 绿光最亮 红光次之 蓝光最弱 除了相加混色法之外还有相减混色法 在白光照射下 青色颜料能吸收红色而反射青 色 黄色颜料吸收蓝色而反射黄色 品红颜料吸收绿色而反射品红 也就是 白色 红色 青色 白色 绿色 品红 白色 蓝色 黄色 另外 如果把青色和黄色两种颜料混合 在白光照射下 由于颜料吸收了红色和蓝色 而反射了绿色 对于颜料的混合我们表示如下 颜料 黄色 青色 白色 红色 蓝色 绿色 颜料 品红 青色 白色 红色 绿色 蓝色 颜料 黄色 品红 白色 绿色 蓝色 红色 以上的都是相减混色 相减混色就是以吸收三基色比例不同而形成不同的颜色的 所 以有把青色 品红 黄色称为颜料三基色 颜料三基色的混色在绘画 印刷中得到广泛应 用 在颜料三基色中 红绿蓝三色被称为相减二次色或颜料二次色 在相减二次色中有 青色 黄色 品红 白色 红色 蓝色 绿色 黑色 用以上的相加混色三基色所表示的颜色模式称为 RGB 模式 而用相减混色三基色原理所 表示的颜色模式称为 CMYK 模式 它们广泛运用于绘画和印刷领域 三基色灯管 三基色荧光粉比之于传统的卤粉有很大的优点 它的显色性好 光衰小 光效高 但是它的价格昂贵 约贵 20 多倍 若采用细管径后 直管型较大功率的灯管有 可能采用三基色荧光粉 使用三基色荧光粉的场合 为减少昂贵的三基色荧火粉 其经济效果是很明显的 2 减少 包装和储运费用 3 节能 由于灯管的发光效率与管径有关 管径太粗和太细 发光效率 均会下降 在某一径管下 其发光效率最大 为什么对发光效率来说有一个最佳管径 其 解析如下 若管径太粗 则灯管内汞的激发原子发出的紫外线会被灯管内的气体自身吸收 因而到达管壁上荧光粉处的紫外光就少了 故而发出的可见光也就减少了 若管径太细 则灯管内的带电粒子 电子和正离子 很容易跑至管壁上复合 中和 为中性原子 因而 带电粒子的损失增多 为维持灯管导电状态 就需要产生较多的电子和正离子 这样管压 就要增加 所以灯管的电功率要增加 也即是灯管的光效率降低了 根据文献介绍 从实 验结果和理论计算表明 最佳的管径 内径 大约在 18 22mm 范围内 这大致在 T5 T8 的管径范围内 色色 温温 CT colorCT color temperaturetemperature 当 光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时 黑体的温 度就称为该光源的色温 用绝对温度 K kelvim 表示 黑体辐射理论是建立在热辐射基础上的 所以白炽灯一类的热辐射光源的光谱 功率分布与黑体在可见区的光谱功率分布比较接近 都是连续光谱 用色温的概念完全可 以描述这类光源的颜色特性 相关色温相关色温 CCT correlatedCCT correlated colorcolor temperaturetemperature 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时 黑体的温度 就称为该光源的相关色温 单位为 K 由于气体放电光源一般为非连续光谱 与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合 所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性 色温 或相关色温 在 3300K 以下的光源 颜色偏红 给人一种温暖的感觉 色温超过 5300K 时 颜色偏兰 给人一种清冷的感觉 通常气温较高的地区 人们多采用 色温高于 4000K 的光源 而气温较低的地区则多用 4000K 以下的光源 显色指数显色指数 Ra colorRa color renderingrendering indexindex 太阳光和白炽灯均辐射连续光谱 在可见光的波长 380nm 760nm 范围内 包含着红 橙 黄 绿 青 兰 紫等各种色光 物体在太阳光和白炽灯的照射下 显示 出它的真实颜色 但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下 颜色就会有不同程度的 失真 我们把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性 为了对光源的显色性进行定量的评价 引入显色指数的概念 以标准光源为准 将其显色指数定为 100 其余光源的显色指数均低于 100 显色指数用 Ra 表示 Ra 值越 大 光源的显色性越好 光色与气氛 光源的色温和光色的不同能创造不同气氛 光色对比 在同一空间使用两种光色差大的光源 其对比将会出现层次效果 光色对 比大时 会同时获得亮度层次和光色层次 光源显色指数 表示光源的色彩还原性能 即所谓灯下辨色性能 为了自然真实表现 被照物色彩 光源的显色指数应大于 80 以上 光源显色性能 紧凑型节能荧光灯 是新 一代节能光源 可取代传统的白炽灯实现高质量的节能照明 节能灯发光效率高 每瓦能 发出 60 流明的光 而普通白炽灯每瓦仅发出 8 流明的光 在相同照明条件下 使用节能灯 可比白炽灯节电 70 80 节能灯使用寿命长 可达 5000 小时以上 是普通白炽灯的 5 6 倍 节能灯使用了三基色荧光粉 光衰小 光色好 并有多种色调的规格可供选择 以营 造不同的照明气氛 节能灯使用电子镇流器 功率因数高 可以降低无功损耗 并可将 50 赫兹的电流变为 5 万赫兹的高频电流 消除了荧光灯的频闪效应 使得灯光柔和悦目 保护视力不受损伤 2 光通量 光通量 光束 光通量 光束 luminous flux 光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量 一般情况下 同类型的灯的功率 越高 光通量也越大 例如 一只 40W 的普通白炽灯的光通量为 350 470lm 而一只 40W 的普通直管形荧 光灯的光通量为 2800lm 左右 为白炽灯的 6 8 倍 3 发光强度 光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度 简 称光强 单位 坎德拉 cd 4 照度 单位被照面上接收到的光通量称为照度 如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 1m 则照度为 1 1x 单位 勒克斯 1x 1 勒克斯 1x 相当于被照面上光通量为 1 流明 1m 时的照度 夏季阳光强烈的中午地面照度约 5000 1x 冬天晴天时地面照度约为 2000 1x 晴朗的月夜地面照度约 0 2 1x 5 亮度 光源在某一方向上的亮度是光源在该方向上的单位投影面积 单位立体角中发射的 光通量 如果我们把每一物体都视为光源的话 那么亮度就是描述光源光亮的程度 而照度 正好是把每一物体都作为被照物体 用一块木板来举例说明 当一定光束照到木板时我们 讲木板有多少照度 然后木板将多少光束反射到人眼 就称为木板的多少亮度 那么有如 下式子 亮度等于照度乘以反射率 在同一房间同一位置一块白布和一块黑布的照度是相同的 而亮度是不同的 6 光效 光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率 瓦 的比值 称为该光源的光效 单位 流明 瓦 lm W 7 眩眩 光光 glareglare 视野内有亮度极高的物体过强烈的亮度对比 则可以造成视觉不舒适 称为眩 光 眩光非为失能性眩光和不舒适性眩光 眩光是影响质量的重要因素 眩光值 度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起不舒适感主观反应 的心里参考量 8 功率密度值 在单位面积上的照明安装功率 包括光源 镇流器 变压器 单位为瓦特每平方米 W m2 9 照明的分类 按照明方式分 一 基础照明 环境内全面的 基本的照明 在水平面尤其是垂直面与重点照明 要有适当的比例 选用较均匀的泛光照明灯具 二 重点照明 对主要物品和场所的重点照明 以增强吸引力 引起人们的重视 其亮度视不同被照物而定 与基础照明亮度比为 3 5 倍 三 装饰照明 对环境装饰 增加空间层次的照明 使用色调 图案统一的系列 灯具以表现有强烈个性的空间艺术 按照明种类分 一 正常照明 即工作和生活场所的满足工作和生活要求基本正常设置的照明 二 应急照明 即正常照明因故障熄灭后 需要保证正常工作和生活继续的照明 为 应急备用照明 三 疏散照明 即正常照明因故障熄灭后 需要保证人员疏散的通道和场所设置 的照明为疏散照明 四 其他还有警卫照明 值班照明 航空障碍照明 安全照明等 照明光源的选择 照明工程中使用的光源按照工作原理分为两大类 1 热辐射光源 指利用电能是物体加热到白炽程度而发光的光源 如白炽灯等 2 气体放电光源 指利用气体或蒸汽放电而发光的光源 图荧光灯 高压钠灯等 常有照明光源 1 白炽灯 2 卤乌灯 3 荧光灯 4 高压水银荧光灯 5 金卤灯 6 钠灯 照明灯具的选择布置 酒店中客人较喜欢停留的空间是咖啡厅 室内设计师在对咖啡厅的设计方面一 般突出异国风情 以浪漫温馨 舒适为主 在实现美好光环境的过程中 有许 多需要考虑的细节 好的咖啡厅环境不但可以吸引入住酒店的客人 更成为散 客商务小憩的首选处所 本期我就咖啡厅照明设计为题同大家交流 咖啡厅照明设计 咖啡厅 在五星级酒店是必不可少的区域 且不包括在西餐厅中 虽然客人可 以在西餐厅中喝到咖啡 但在咖啡厅中品味咖啡的醇厚味道 感觉是完全不同 的 在西方 咖啡的地位如同中国的茶 是具有民族血统的饮品 自然 提供 一处品饮处所 是很有必要的 咖啡厅需要轻松 宁静的气氛 其中需要配合调光系统 咖啡厅按照区域可以 划分为三个部分 每个部分需要的明暗程度是不同的 咖啡厅桌 椅摆放区域 室内艺术装饰品摆放区域 服务通道区域 一 咖啡厅桌 椅摆放区域照明设计 由于咖啡厅室内是由各种材料组成的 如桌面的材料 椅子表面的材料以及地 板 毯 的材料等 在同样照度的条件下 各种材料表面的反射比不同 其亮 度也随之不同 而表面的亮度会影响整体空间的光环境效果 如果材料表面的 反射比低 照度要相应高一些 如果材料表面反射比较高 则反之 同时 需 要注意的是天花 墙面以及桌面 地板间的照度 一定要有区别 否则视觉就 会感觉单调 桌面的照度 有时不一定要拘泥可调角度射灯的照明形式 用烛 光完全可以达到照明要求时 我建议使用烛光 还可创造朦胧 静谧的气氛 使环境更具遐想空间 运用光颜色的变化 也可以达到意想不到的效果 在国外工作时 我经过一家 知名咖啡厅 注意到它的室内照明设计 其室内空间基本上全部都是白色的 天花 桌面 座椅 地板 照明设计师采用光色的缓慢变化 当然 变化时间 较长控制在半小时左右 变换一种颜色 来烘托整体效果 客人在不知不觉 间 体会变换空间的感觉 整体环境充满了神秘 浪漫的气息 二 室内艺术装饰品摆放区域 室内设计师会对空间精心挑选适合的艺术装饰品 如雕塑 浮雕 壁毯 水幕 等 此时 虽然室内整体光环境较暗 但对于艺术装饰品的照明处理手法一般 采用重点照明 部分生产商已经开始开发专业用途的光源 如现在市场中就有针对于壁画照明