《电气照明-第四章照明器》67剖析.ppt

第四章照明器,1、照明器的特性2、照明器的设计3、照明器的分类4、照明器的选用,第四章照明器,照明器是由除光源外所有用于固定和保护光源所需的全部零部件以及与电源连接所必须得线路附件。照明器的作用:对光源产生的光通量进行再分配、定向控制以及防止光源产生眩光（控光作用）。美化环境保护光源免受机械损伤或与外界隔开免受污染，或避免光源在照明器内产生大量的热，导致温度过高，使光源和导线过早老化和损坏。（保护光源作用）照明器本身是一个电气设备，需要由相应的安全措施。,1照明器的特性,光强分布配光曲线遮光角保护角照明器效率一、照明器的配光曲线配光曲线照明器在空间各个方向上的光强的分布曲线称配光曲线。配光曲线是衡量照明器光学特性的重要指标，是进行照度计算和决定照明器布置方案的重要依据。,1照明器的特性,光中心：把一个有一定尺寸的光源（照明器）看作一个点，它的光认为就是从该点发出，该点所在的位置就是光中心。光中心其实就是指的出光口的中心。光轴：通过光中心的竖垂线称为光轴。,1照明器的特性,图4-1配光术语,垂直(投光)角与垂直面：观察光中心的方向与光轴向下方向所形成夹角称垂直角，用表示。包含光轴的任何平面为垂直面。,1照明器的特性,c,光轴,光中心,垂直面,水平面,图4-1配光术语,水平角与水平面：如果选某一垂直面为基准面，那么观察方向所在的垂直面与基准面之间形成的夹角称为水平角，常用C表示。垂直于光轴的任意面为水平面。,1照明器的特性,图4-1配光术语,(一)极坐标配光曲线以极坐标原点为光中心，以极坐标角度表示灯具的垂直角，以极坐标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。通过光中心作该灯具在一个垂直平面内不同垂直角的光强有向线段，把线段末端连接起来，即可得到一条曲线，这就是该灯具在一个垂直面内配光的极坐标曲线。,1照明器的特性,图4-2乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,1.对称配光曲线适用于具有旋转对称配光特性的照明器。旋转对称配光特性指照明器的光强空间分布相对于光轴呈旋转对称形式。一般，只要照明器形状具有旋转对称性，则灯具的配光就具有旋转对称性，如装有普通白炽灯、高压钠灯、高压汞灯及部分金属卤化物灯的照明器等。,1照明器的特性,图4-2乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,1照明器的特性,图4-2乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线,要求45方向上的光强。在配光曲线上作45的射线，与配光曲线交于一点，从原点到交点的长度为该方向的光强，即75cd。,2.非对称配光曲线光源和照明器的形状是非对称的（如普通直管荧光灯、管形卤钨灯组成的照明器）。就每个垂直面而言，其光强分布相当于光轴是对称的，但各个垂直面上的配光特性不同。需要采用多个不同测光垂直平面的配光曲线表示。由直管荧光灯组成的照明器，其光强空间分布不再对光轴呈旋转对称。,1照明器的特性,1照明器的特性,与照明器长轴垂直的C0平面为参考面，与C0成45、90、270的面相应的成为C45C90C270平面。,资料不同，水平角有差异,1照明器的特性,图4-3简式单管荧光灯照明器的配光曲线,通常取垂直于灯管轴线的垂直面为基准面，其水平角为0，标注。(A-A)包含灯管轴线的垂直面，水平角为90,标注。(B-B)水平角为45的配光曲线。(C-C),1照明器的特性,图4-3简式单管荧光灯照明器的配光曲线,配光曲线上的每一点表示照明器在该方向上的光强。如已知照明器计算点的垂直角，可在配光曲线上查到照明器在该点上对应的光强I,1照明器的特性,在照明计算中，图解法精确度不易保证，将极坐标曲线用列表方式表示，能获得较为精确的光强值。,表中列出的垂直角下的光强值在表中直接查得，表中未列出的垂直角可根据前后相邻的两个垂直角下的光强值用内插法求得。,1照明器的特性,1照明器的特性,1照明器的特性,1照明器的特性,若实际光源的光通量不是1000lm，光强可根据下面公式换算：,如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换算时s取它们的光通量之和。,(二)直角坐标配光曲线对于聚光型照明器，光束角很小（光束集中在狭小的立体角），用极坐标表示光强读数困难。,图4-4冷反射卤钨灯的配光曲线,1照明器的特性,图4-5直角坐标配光曲线,1照明器的特性,(三)等光强配光曲线对于光强分布不对称的照明器，需要用许多平面上的配光曲线才能表示空间分布，可采用等光强配光曲线表示光强。1、圆形等光强图：用极坐标表示,1照明器的特性,图4-6等面积天顶投影等光强曲线,1照明器的特性,围绕灯具的球表面上的一个平面内，将等光强点连接成圆形等光强配光曲线，并以相等的投影面积表示相等的包围灯具德威球面面积。,1照明器的特性,图4-7道路灯中的光线坐标,在街道照明中应用较多。将照明器放在球的中间，极轴取上下方向。沿水平中心线(赤道)上的角度为水平角C，定义为路轴方位角。C=0表示与道路同方向，C=90表示与道路垂直。沿周围角度表示垂直角，=0表示灯具垂直向下。,2、矩形等光强图：用直角坐标表示在泛光灯应用较多。泛光灯的光分布通常是窄光束，用矩形等光强图表示。横坐标表示水平角，纵坐标表示垂直角。,1照明器的特性,1照明器的特性,图4-8泛光照明等光强与区域光通量,左半部：在等光强图中，可以计算出垂直和水平网格线所包围的每个矩形内的光通量,右半部：功率为400W管形高压钠灯作泛光灯时球带光通量曲线的一半，在小方格所确定的球带里，可以计算出每千流明的光通量,二遮光角与亮度分布（一）遮光角照明器的保护角用以衡量灯具保护人眼不受光源耀眼，又可保证工作面照度的一个指标，根据光源产生的眩光与人视线角度的关系而设计。照明器的遮光角是指灯具出光口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角。用表示。,1照明器的特性,1)一般照明器，指的是发光体(灯丝)最边缘点(最低)与灯具沿口的连线，与出光沿口水平线的夹角。,1照明器的特性,arctanh/rh光源发光体中心至照明器出光沿口平面的垂直距离，单位为mmr照明器的出光沿口平面的半径或宽度的一半，单位为mm照明器的遮光角，单位为(),图4-9一般型照明器的遮光角,工程实践证明：对照明质量产生影响的亮度值只要发生在垂直角4585的范围内。照明器的保护角越大，光分布就越窄，效率也越低。由于照明器保护角的实际意义在于限制光源的直射光，从而防止或限制直接眩光。一般照明器应选取1530保护角。,1照明器的特性,图4-9一般型照明器的遮光角,荧光灯，它本身的表面亮度低，不宜采用半透明的扩散材料做成灯罩来限制眩光，而采用铝合金(或不锈钢)格栅来限制眩光。格栅的遮光角：定义为一个格片底边看到下一格片顶部的连线与水平线之间的夹角。,1照明器的特性,图4-10格栅型照明器的遮光角,1照明器的特性,a格栅开口的长度，单位mmb格栅开口的宽度，单位为mmh格栅的高度，单位为mm,图4-10格栅型照明器的遮光角,长方形格栅三个遮光角,1照明器的特性,图4-10格栅型照明器的遮光角,格栅的遮光角越大，光强分布越窄，效率越低；格栅的遮光角越小，光强分布越宽，效率越高，但防止眩光的作用变弱。办公室照明，格栅遮光角的横轴方向(垂直灯管)为45，纵轴方向(沿灯管方向)为30。商店照明的格栅遮光角横轴方向成25，纵轴方向成15。,1照明器的特性,（二）亮度分布,照明器的平均亮度可由下式计算,是指照明器在方向的发光强度,是指照明器发光面在方向的投影面积,对于图所示的有发光侧面的荧光灯灯具，其发光部分在方向投影面积AP计算如下：,1照明器的特性,三、照明器效率1、定义：从一个照明器输出的光通量L与照明器内含有的全部光源在无约束条件下点燃时输出的总光通量S之比，称为照明器效率。用L表示，也称为光通量输出比。,1照明器的特性,2、上射输出比、下射输出比上射输出比下射输出比,1照明器的特性,L=D+U,3、照明器各部分对效率的影响,1照明器的特性,图4-11照明器各部分对效率的影响,区域1：光线能从高压经玻璃板B直接射出灯具的部分，称为直接出射光。区域2：光线射向灯壳内部壳体产生的杂散光，无法起到有效照明作用。区域3：高压光线射向反射器R，经反射器反射后，通过前面玻璃板B再射出。,4、提高照明器效率注意事项,1照明器的特性,图4-11照明器各部分对效率的影响,1)尽量减少区域2，不使光线浪费在壳体上。2)处理好玻璃板B与光线的相互位置，一般使光线对玻璃的入射角小于45，以增强光线的透过率。3)增加区域1减少区域3，增加直接出射光部分。4)减少区域2至零时，区域3内的光线全部反射向区域1中，当反射出来光线的角度与区域1的直接出射光角度完全吻合时，可获得高的效率。,5、应用1)敞口式照明器的照明效率较高。取决于三个因素:敞口面积与灯具控照器(灯罩)内表面面积之比，比值越高，效率越高；控照器内表面反射比越大，效率越高；灯具形状造成光在照明器内多次反射，效率降低。2)格栅式灯具采用大网孔高格片的格栅，材料采用抛光的铝合金或不锈钢，效率可高于70%。,1照明器的特性,一、照明器设计的目的1）为了不同的使用目的，对光源进行配光的光学设计2）为了能够给光源提供电气保障，对线路进行电气或配线设计3）为了保持或保护光源，以及维持照明器的安装结构，强度，耐热，耐候性等功能，对照明器进行的机械设计及热工设计。4）为了具有装饰性，对照明器进行美观的设计。,2照明器的设计,二、照明器设计的基本流程照明器设计的基本流程如下：1.确定概念设计决定所希望的照明状态下对照明器的要求2.设置配光目标根据照明器的安装位置、照射范围决定一盏灯所应分担的目标配置3.照明器的光学设计确定控光部件的光学分布，即决定反射板、棱镜的形状，表面处理等。,2照明器的设计,4.照明器的总体设计照明器其他部分的设计，包括电气部分、机械结构和造型样式等设计5.通过计算机进行分析、校验，并进行相关的试验和测试。在照明器的设计中，最重要的是光学环节设计，也就是控光部件的设计。,2照明器的设计,三、照明器的主要控光部件照明器的主要控光部件有反射器、折射器、漫射器、遮光器，这些控光部件的科学合理地设计对于光源的充分利用和能源的节约以及照明效果的提高有着重要的作用。（一）反射器反射器是利用反射原理改变光源光通量空间分布的装置，它的作用是将光源发射的光通过反射器进行再分配。,2照明器的设计,（二）折射器折射器是利用光的折射原理来改变光发出的光通量的空间分布的装置，它可使光射向所需要的方向，使灯具有合理的分布，一般灯具中采用的折射部件伴有透镜和棱镜两种类型。（三）漫射器光源发出的光通过光学漫射部件，如乳白玻璃，磨砂玻璃、有机玻璃等做成各种形状的外罩，从而形成漫射型灯具。漫射器可以使光线柔和，模糊甚至看不见灯具的亮光源，从而减少眩光。但是光效低，不利于节约电能。,2照明器的设计,（四）遮光器遮光器的作用就是起加大保护角，以达到限制眩光作用，常用的遮光格栅。由半透明或不透明组件构成的遮光体，组件的几何位置在给定的角度内看不见灯光。带遮光器的灯具效率比敞开式灯具效率低。,2照明器的设计,一、按照明器的用途分类(一)功能性照明器保护光源、提高光效、降低眩光装饰效果(二)装饰性照明器美化环境、烘托气氛，照明器造型和光线色泽照明器效率、限制眩光,3照明器的分类,二、按照明器防触电保护方式分类照明器保护人身安全的措施称防触电保护灯具的所有带电部分必须用绝缘物或外加遮蔽的方法将它们保护起来。,3照明器的分类,照明器的防触电保护分类,三、按照明器的防尘、防水等分类灯具外壳防护等级分类（GB7001-1986）特征字母“IP”后面跟两个数字表示第一个数字表示对人、固体异物或尘埃的防护能力；第二个数字表示对水的防护能力。在防尘能力和防水能力之间存在一定的依赖关系，有多种配合。,3照明器的分类,四、按照明器光通量在空间的分布分类又称CIE配光分类。是按光通量在上下两个半球空间的分布比例分类。,3照明器的分类,按照明器光通量分类,1、直接型灯具由反射性能良好的非透明材料制成，如搪瓷、抛光铝或铝合金板和镀银镜面等，下方敞口。光线通过灯罩的内壁反射和折射，将90%以上的光通量向下直射。效率较高，但因上射光通量几乎没有，故顶棚很暗，与灯容易形成强烈的亮度对比，又因光线的方向性较强，易产生较重的阴影。,3照明器的分类,2、半直接型灯具由半透明材料制成，下方敞口或简式荧光灯、碗形玻璃罩灯。将较多的光线直射到工作面。上射光通量可供空间环境照明，使室内有适合各种活动的亮度比。3、漫射型灯具用漫透射材料（乳白玻璃或透明塑料等）制成封闭灯罩。光线柔和均匀，但光通量损失较多，光利用率太低。,3照明器的分类,4、半间接型灯具灯具上半部分用透光材料制成或敞口或结构，下半部分用透漫射材料制成。将较多的光线直射到工作面。上射光通量分布比例达到超过了60%，因而增加了室内散射光的照明效果，光线更加柔和和均匀，但灯具上部容易积尘而导致灯具效率下降。,3照明器的分类,5、间接型灯具灯具上半部分用明材料，下半部分用不透光材料。使90%以上的光通量照射到顶棚或其它反射器，再反射到工作面，能很大限度地减少阴影和眩光，光线极其柔和，但照明缺乏立体感，光损失很大。,3照明器的分类,五、按照明器配光曲线分类,3照明器的分类,按照明器的配光曲线分类，实际上是按照明器光强分布特性进行分类，其各自的特点如下：1）正弦分布型：光强是角度的函数，在=90时，光强最大2）广照型：最大的光强分布在较大的角度处，可再较为广阔的面积上形成均匀的照度,3照明器的分类,3）均匀配照型：各个角度的光强基本一致。4）配照型：光强是角度的余弦函数，在=0时，光强最大。5)深照型：光通量和最大光强值集中在=030所对应的立体角内6）特深照型：光通量和最大光强值集中在=015所对应的立体角内,六、按照明器结构特点分类,3照明器的分类,按照明器结构特点分类,七、按照明器安装方式分类壁灯吸顶灯嵌入式半嵌入式吊灯地脚灯台灯落地灯庭院灯道路广场灯移动式灯自动应急照明灯,3照明器的分类,八、使用的光源分类1、白炽灯具：采用白炽灯和卤钨灯作为光源的灯具2、荧光灯具采用荧光灯作为光源的灯具直管荧光灯：带式、简式、格栅、组合式等，各种灯具可以不同程度地改善其光学特性和装饰性，应用最多。环形和紧凑型：结构和体积近似于白炽灯，可直接采用白炽灯具，具有很强的装饰性。,3照明器的分类,3、光强度气体放电灯具：采用HID灯作为光源的灯具，多用于工厂照明和城市闹市区的装饰照明。还可制成各种投光灯，用于城市的泛光照明。4、混光灯具为了改善显色性和光色，保证灯具具有较高的光效率，将两种不同的HID混光使用。高压汞灯（Ra=3040）和高压钠灯（Ra=2030）安装在一起，按适当的比例产生的混合光，其显色指数可提高到4050。,3照明器的分类,一、按配光曲线选择照明器二、按使用环境条件选择照明器三、按照明器的使用空间选择照明器四、按经济效果选择照明器,4照明器的选用,4照明器的选用,在选择照明器时，应根据环境条件和使用特点，合理地选定照明器的光强分布、效率、遮光角、类型、造型尺寸等，同时还要考虑照明器的装饰效果和经济性。1）在各种办公室和公共建筑物中，房间的顶棚和墙壁均要求有一定的亮度，要求房间各面有较高的反射比，并需有一部分光直接射到顶棚和墙上，此时可采用半直接型、漫射型照明器，从而获得舒适的视觉条件和良好的艺术效果，为了节能，在有空调的房间内还可选用空调灯具。,一、按配光曲线选择照明器,4照明器的选用,2）在高大地建筑物内，照明器安装高度在06m以下时，宜采用深照型或配照型照明器；安装高度在615m时，宜采用特深照型照明器；安装高度在1530m时，宜采用高纯铝深照型或其他高光强照明器3）教室照明一般采用蝙蝠翼配光照明器，在要求垂直照度时，可采用倾斜安装的照明器，或选用不对称配光的照明器。,4）大面积的室外场所，宜采用高杆灯或其他高光强照明器。近距