建筑光环境-光源灯具剖析

1 电光源类型 三类四代 热辐射光源第一代 白炽灯 卤钨灯气体放电光源第二代 低压 弧光 荧光灯 低压钠灯第三代 高压 弧光 高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯 氙灯 稀土节能灯 HID高强度气体放电灯 辉光 霓虹灯 氖灯 固体电光源 第四代 场致发光光源 发光二极管LED 电光源与灯具 2 光的数量指标 额定光通量 亮度 光强 紫外线 热辐射等 光的质量指标 色温 显色性 光谱能量分布和频闪效应等 电气指标 额定电压 额定电流 额定功率 起动特性和对空间电磁干扰 电光源的选择评价指标 特性参数 性能指标 电光源与灯具 3 经济指标 发光效率 寿命 设备费用等 机械特性心理性指标装饰性 美观性舒适性等与使用有关的指标普通性 互换性 光照稳定性与调光性等 电光源与灯具 4 发光效率 光效 光源的发光效率即为光源的电光能量的转换效率 也指电光源每消耗1W电功率所发出的光通量 简称光效 单位为lm W 电光源与灯具 光效 显色性 寿命 5 环境条件对两种光源性能的影响1 频闪效应 气体放电电光源在交流电源的作用下 其光通量随电流一同作周期变化 2 电压特性 指电光源电压与额定电压不符时 对其使用造成的影响 3 温度特性 指环境温度过高或过低会影响其使用性能 6 白炽灯 光效低 9 12 20lm W色偏红 2400 2900K显色性好 Ra 95 100寿命短无频闪现象调光性好耐频繁开关 电光源与灯具 7 灯头类型 8 结构简单 成本低有高度集光性 便于光的再分配可频繁操作 对寿命无影响 使用方便色温较低 2400 2900K 显色性好 95 100 无闪烁寿命短 1000h 光效低 10 20lm w 受电压影响可调关 白炽灯的特点 电光源与灯具 9 10 卤钨灯 将卤族元素 如碘 溴等充入灯泡内 它能和游离态的钨化合成气态的卤化钨 延缓了灯丝的蒸发光效和寿命均高于白炽灯 灯丝温度很高光效达到20lm W以上光谱特性同白炽灯 电光源与灯具 11 寿命提高 1500 2000h 光效提高 20 30lm w 体积小显色性好色温较高不适于易燃易爆及多尘的场所水平安装耐震差 卤钨灯的特点 电光源与灯具 12 荧光灯 光效较高 寿命长 显色性好所谓节能灯就是紧凑型CFL荧光灯 可达70lm W稀土三基色荧光灯 优质 高光效 长寿命T12 38mm T8 25mm T5 15mm T 1 8in 电光源与灯具 插拔式一体式 13 电光源与灯具 电阻镇流器电感镇流器电容镇流器电子镇流器 14 寿命长 3000h 光效高 25 85lm w 光谱成分好表面亮度低不能频繁开闭 2h 次 点燃迟有闪烁和频闪效应电压影响寿命 10 高 两端发黑 低 启动困难 受温湿度影响 75 80 18 250C 荧光灯的特点 电光源与灯具 15 16 HID灯 高强度气体放电灯 高压汞灯 高压钠灯 金卤灯放电管的管壁负荷大于3w cm2 30000w m2特征 需整流器 高启动电压 启动需时 电光源与灯具 荧光灯的管壁负荷为 300 500 900w m2标准高功率超高功率 17 光效高 50lm W寿命长显色性差 高压 6at 荧光高压汞灯 电光源与灯具 18 光效高 40 60lm w 寿命长 2500 5000h 国外 24000h 耐震 耐热起动稳定时间4 8min再起动稳定时间5 10min寿命与起动次数关系 5h 次电压影响大 5 色温5500K Ra 30 40点燃位置无特殊要求不适于频繁开关或比较重要的场所 以及电压波动的线路 适于街道 广场大面积照明 室内使用最好与白炽灯混合使用 高压汞灯 水银灯 的特点 电光源与灯具 19 高压汞灯 结构镇流器工作电路 20 金属卤化物灯 光效可达80lm W以上显色性也有很大改进寿命较短单灯功率大 高压汞灯 金属卤化物 电光源与灯具 21 金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上 充金属卤化物制成 主要由一个透明的玻璃外壳和耐高温的石英玻璃管组成 壳和管之间充入氮气及其他惰性气体 汞蒸气和金属卤化物 碘化钠 碘化铊 碘化铟等 目前常用的金属卤化物有镝灯 钠铊铟灯 氙灯等 金属卤化物灯 高压镝灯 22 与汞灯相比 光效更高 70 100lm w 显色性良好 Ra 60 90 光色好受环境影响较小 耐震好起动稳定时间4 10min再起动稳定时间10 15min电压波动影响大点燃位置要求高 金属卤化物灯的特点 电光源与灯具 23 低压钠灯与高压钠灯 低压钠灯的主要波长为589nm的黄光 最接近555nm 故发光效率最高 电光源与灯具 24 光效最高 150lm w 寿命长 5000h 国外12000 20000h 受环境条件影响小透雾性好 色温2300K显色性差 Ra 20 25 起动稳定时间4 8min再起动稳定时间10 20min电压波动影响大 HID中最大 5 高压钠灯的特点 电光源与灯具 25 例 新产品NGX改进显色型Ra 65NGG高显色型Ra 80适于道路 机场 车站 码头等照明 室内多以混光形式出现 常与汞灯混光 与镝灯混光 可获得高光效 照度与光色改善的好处 电光源与灯具 26 光效最高 200lm w 寿命长 2000 6000h 视觉敏感高 透雾性好起动稳定时间10min再起动稳定时间1min水平点燃光色 显色性差受环境影响小用于隧道 道路 厂区等多雾地区照明 低压钠灯的特点 电光源与灯具 27 霓虹灯属辉光放电灯 其特点是高电压 小电流 原理 电源接通 二次测产生15KV高压 灯管内气体电离 产生彩色辉光 28 性能 发光效率低 显色性差 耗能大 装饰效果强 控制方便 安装使用注意事项 1 二次回路与所有金属构架 建筑物等必须完全绝缘 2 变压器尽量靠近灯侧安装 一般放在支撑霓虹灯的构架上 并用密封箱作防水保护 变压器中性点及外壳必须可靠接地 3 高压线路与金属构件的建筑物之间及地面之间应保持50m的距离 4 需配电容补偿器 29 LED灯 半导体发光二极管 理论光效150lm W理论寿命10万小时 实际寿命2 5万小时目前的问题单灯功率低显色性不够好光效不够高价格高 电光源与灯具 30 31 32 LED日光灯led日光灯以质优 耐用 节能为主要特点 投射角度调节范围大 15W的亮度相当于普通40W日光灯 抗高温 防潮防水 防漏电 使用电压有 110V 220V可选 外罩可选玻璃或PC材质 灯头与普通日光灯一样 LED日光灯采用最新的LED光源技术 数位化外观设计 节电高达70 以上 12W的LED日光灯光强相当于40W的日光灯管 用于镇流器和启辉器 36W的日光灯真正的耗电量为42W至44W LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上 几乎免维护 无须经常更换灯管 镇流器 启辉器 绿色环保的半导体电光源 光线柔和 光谱纯 有利于使用者的视力保护及身体健康 6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受 人性化的照度差异设计 更有助于集中精神 提高效率 33 目前 LED日光灯和普通日光灯对比来说 优点如下 1 节能 2 寿命长 3 适用性好 因单颗LED的体积小 可以做成任何形状 4 回应时间短 是ns 纳秒 级别的回应时间 而普通灯具是ms 毫秒 级别的回应时间 5 环保 无有害金属 废弃物容易回收 6 色彩绚丽 发光色彩纯正 光谱范围窄 并能通过红绿蓝三基色混色成七彩或者白光 缺点 1 价格贵 2 目前能普遍做到的光效率和理论光效率还有很大差距 3 目前能做到的寿命和理论寿命 10w小时 还有很大差距 4 还是有一定的发热量 5 光衰还可以大幅度缩小 34 根据LEDinside数据 以 350mA 3 2V 1 12W 100 120 lm W 和120 130 lm W 的白冷光大功率LED为例 2010年2季度到2011年1季度 100 120 lm W 产品高点价格由2 0美元下降至1 15美元 跌幅为42 5 季度环比跌幅为15 左右 同期120 130 lm W 的LED产品高点价格由2 8美元下跌至1 4美元 跌幅为50 LED芯片占LED灯具成本的30 左右 芯片价格的下降将明显推动LED照明产品成本的降低 也将带动散热器 电源等其他产品价格下降 从而推动LED通用照明的加快普及 未来一段时间 随着高亮度LED产量的大幅度上升 产品价格仍将继续保持季度环比15 的降幅 35 LEDLightEmittingDiode发光二极管 半导体固体发光器件LED的应用 LCD屏背光 LED照明 DLED显示LED问世于20世纪60年代初1964年首先出现红色LED 之后出现黄色 绿色LED 1994年日本Nichia 日亚 公司被世人称为 蓝光之父 的木村发现了蓝色LED1996年日本Nichia 日亚 公司成功的开发出白色LED 从此 LED便逐渐进入照明领域 我国 绿色照明工程 的实施始于1996年 2003年6月17日 国家科技部启动了 国家半导体照明工程 计划 实现这一计划的重要步骤就是要发展和推广高效 节能的LED照明器具 电光源与灯具 36 发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识 第一个商用二极管产生于1960年 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料 置于一个有引线的架子上 然后四周用环氧树脂密封 起到保护内部芯线的作用 所以LED的抗震性能好 LED的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片 在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层 称为p n结 在某些半导体材料的PN结中 注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来 从而把电能直接转换为光能 这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管 通称LED 当它处于正向工作状态时 即两端加上正向电压 电流从LED阳极流向阴极时 半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线 光的强弱与电流有关 37 LEDLightEmittingDiode发光二极管 LED照明即是发光二极管照明 是一种半导体固体发光器件 它是利用固体半导体芯片作为发光材料 在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射 直接发出红 黄 蓝 绿 青 橙 紫 白色的光 总体来看 可将LED灯泡在照明市场的成长大致分为三个阶段 2012年以前白炽灯 荧光灯及节能灯将是灯泡照明的主要光源 而LED价格偏高 处于示范阶段 主要是替换白炽灯 2012 2014年 随着全球白炽灯禁产禁用政策的依序落实 使得白炽灯在2012年后在市场上将逐渐消失 此阶段 节能灯市场预计开始进入成长高峰期 将占据照明市场主要份额 但预计至2014年LED灯泡将大幅替换白炽灯 荧光灯等进入成熟时期 与此同时 LED灯泡的成本正不断下降 随着近年投入LED的厂家不断增多 其价格下滑速度将会更快 LED市场的爆发也有可能会提前1 2年 38 白光LED的光效比较白炽灯和卤钨灯12 24lm w 荧光灯和HID灯50 120lm w 白光LED 1998年只有5lm w 1999年已达到15lm w 这一指标与一般家用白炽灯相近 2000年25lm w 这一指标与卤钨灯相近 到2005年已达50lm w 在2009年的PhotonicsWest展会上 日本Nichia展示了最新的实验室结果已将LED发光效率提升至249lm W 并可以通过引入一种新的荧光技术将这个极限值提高到300lm W以上 电光源与灯具 39 LED光源特点体积小 LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面 所以它非常的小 非常的轻 耗能低 工作电压是2 3 6V 工作电流是0 02 0 03A 这就是说 它消耗的电不超过0 1W 高节能 直流驱动 超低功耗 单管0 03 0 06瓦 电光功率转换接近100 相同照明效果比传统光源节能80 以上 高亮度 低热量 比HID或白炽灯更少的热辐射 寿命长 使用寿命6 10万小时 比传统光源寿命长10倍以上 高新尖 LED光源是低压微电子产品 成功融合了计算机技术 网络通信技术 图像处理技术 嵌入式控制技术等 所以亦是数字信息化产品 是半导体光电器件 高新尖 技术 具有在线编程 无限升级 灵活多变的特点 利环保 环保效益更佳 光谱中没有紫外线和红外线 既没有热量 也没有辐射 眩光小 而且废弃物可回收 没有污染不含汞元素 冷光源 可以安全触摸 属于典型的绿色照明光源 电光源与灯具 40 其他特点 电压 LED使用低压电源 供电电压在6 24v之间 根据产品不同而异 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源 特别适用于公共场所 适用性 很小 每个单元led小片是3 5mm的正方形 所以可以制备成各种形状的器件 并且适合于易变的环境 响应时间 白炽灯的响应时间为毫秒级 led灯为纳秒级 颜色 改变电流可以变色 发光二极管方便地通过化学修饰方法 调整材料的能带结构和带隙 实现红黄绿兰橙多色发光 如小电流时为红色的led 随着电流的增加 可以依次变为橙色 黄色 最后为绿色 价格 led的价格比较昂贵 较之于白炽灯 几只led的价格就可以与一只白炽灯的价格相当 而通常每组信号灯需由上300 500只二极管构成 电光源与灯具 41 42 43 44 45 光源的选择原则 性能比较 光效高显色性好寿命长 电光源与灯具 46 光源的选用方法 满足照明设施目的和用途 使用功能 照度 显色性 色温 启动时间等考虑使用环境的要求 温度 电压波动等经综合技术经济比较 一次投资费用 二次运行费用等 电光源与灯具 47 48 49 几种常见电光源的比较 光效较高的 高压钠灯 金属卤化物灯 荧光灯90 130lm w70 100lm w50 85lm w显色性好的 卤钨灯 白炽灯 金属卤化物灯 荧光灯95 10095 9960 9560 80寿命长的 高压钠灯 高压汞灯10000 20000h5000 6000h能瞬时起动和再起动的 白炽灯 卤钨灯瞬时瞬时输出光通量随电压波动最大的是高压钠灯 最小的是荧光灯 50 应急照明 白炽灯 卤钨灯 荧光灯疏散标志 LED 51 一般原则 绿色照明 限制白炽灯的应用 采用卤钨灯取代白炽灯 推荐采用紧凑型荧光灯取代白炽灯 推荐采用T8 T5的细管荧光灯 推荐采用钠灯和金卤灯 52 电光源的选用 根据照明设施的目的与用途选1 美术馆 商店 化学分析实验室 印染车间Ra 802 办公室 阅览室 高色温 休息场所 低色温3 开关频繁 白炽灯 卤钨灯4 须调光 白炽灯 卤钨灯5 需瞬时点亮 不用HID灯按环境要求选1 低温 不用电感式荧光灯 2 空调房 不用白炽灯和卤钨灯 3 电压波动 不用HID灯 4 机床 不用气体放电灯5 有振动 不用卤钨灯 6 悬挂高度在4m以上时 宜采用高强气体放电灯 按投资与年运行费用选年运行费用包括电力费 年耗用灯泡费 照明装置的维护费以及折旧费 其中电费和维护费占较大比重 53 住宅光源的选择种类 54 光源的颜色分类及其适用场所 55 光源的显色类别及其适用场所 56 照明器 电光源 灯具 灯罩 灯座 附件 灯具的作用合理配光 即将光源的光通量进行合理分配 提高电光源光通量的利用率限制眩光 避免电光源引起的眩光固定和保护光源装饰和美化环境 电光源与灯具 57 想了解吗 首先 和电光源一样 有光学性能指标 58 灯具的三特性 光学特性指标 配光特性 曲线 表格 光强在空间的分布特性曲线室内常用极坐标法 室外常用直角坐标法及等光强曲线法灯具效率照明器输出光通量与光源光通量之比 即 0保护角指控照器开口边缘与发光体最远边缘的连线与水平之间的夹角 即 控照器遮挡光源的角度 电光源与灯具 是进行照度计算的重要依据 59 配光的有关概念 光中心 光轴 垂直角 与垂直面 水平角 与水平面 旋转对称配光 非旋转对称配光 图2 6灯具配光示意图 电光源与灯具 60 极坐标表示法 最适合于具有旋转对称配光曲线特性的照明器 例 装有白炽灯 高压汞灯 高压钠灯的照明器 画配光曲线的方法 以极坐标原点为中心 以极坐标的角度表示灯具的垂直角 以极坐标的矢量长度表示光强的大小 以一定比例的光强值为半径作一系列同心圆表示等光强线 61 灯具的配光特性 极坐标配光曲线 直角坐标配光曲线 电光源与灯具 62 非对称配光特性照明器的光强空间分布不对光轴旋转对称 但在一个垂直面内一般关于光轴对称 一般情况下 画出3个水平面不同角度的 0 45 90 垂直面上的配光曲线即可 荧光灯照明器最主要的垂直配光曲线是垂直于纵轴的垂直面的配光曲线 A A 63 某种型号荧光灯具的配光曲线 64 直角坐标表示法 最适合于聚光型照明器 聚光型照明器光束角小 若用极坐标表示法读数困难 65 列表表示法实质与极坐标表示法完全一样 只是将曲线用表中数值表示而已 可用插值法由表求出各点的光强值 66 电光源与灯具 灯具的保护角为光源光中心与灯具下缘连线同水平线之间的夹角 灯具的保护角 控制在15 30 以达到防眩光的目的 67 我们来总结一下吧 灯具的光学特性由三个术语描述 光强分布特性 配光特性 保护角 灯具效率 配光曲线有三种表示方法 极坐标体系表示法 直角坐标体系表示法 列表法保护角和灯具的效率关系怎样呢 遮光角越大 保护范围越大 眩光越小 但灯具的效率越低 范围 15 30 68 灯具的分类 按安装方式和用途分按结构特点和外壳防护等级分 防尘 防水 按防触电保护分按光通在空间的分布分按配光曲线分CIE分类 上 下半球比例 室内照明器 直接照明器 窄配光 中配光 宽配光 半直接照明器 直接 间接照明器 半间接照明器 间接照明器 电光源与灯具 69 发光装置 发光顶棚光带光梁光盒反光顶棚 电光源与灯具 70 照明器选用的基本原则 在满足1 眩光限制下和2 配光要求条件下 选用3 灯具效率高的灯具 并与4 建筑风格相协调1 灯具表面亮度 保护角2 光强分布 防触电保护 环境条件3 经济性4 装饰性 安装维护方便5 绿色照明要求 电光源与灯具 71 常用照明器的分类按照照明器的配光曲线 结构特点 安装方式 距高比等进行分类通常按配光曲线分类 即按上射和下射光通量所占的比例进行分类 72 按配光曲线CIE灯具分类 73 常用灯具配光分类表 符合CIE规定 74 75 76 按灯具的安装方式分类 77 按