照明计算课件

照明计算LightingCalculation,陈育明,Index,光与视觉照明术语照明计算,一、光与视觉,什么是光？光(visiblelight)就是电磁波(electromagneticwave)中的其中一员.它同时具有waveduality和particleduality(第二者解释了它是一种物质,光由photons组成).,*光波是特定波段的电磁波,可见光波长约为380-760nm，光频为81014-41014Hz,怎么看见光？,远视与近视,视觉细胞,视觉范围,明视觉和暗视觉,(1)锥体细胞和杆体细胞,(2)明视觉：L3cd/m2，锥体细胞起主要作用，m=555nm，黄绿光明亮，有色感；(3)暗视觉：L0.03cd/m2，主要由杆体细胞工作,m=507nm，蓝绿色明亮；(4)中间视觉：0.03ntL被视点亮度时，视力下降；(3)兰道尔圆环视标,兰道尔圆环是一个缺口圆环，设缺口的尺寸为Dm，视距为Pm，则以分为单位计算眼睛的视角为：,设Dm=1mm，视距为Pm=5m，则：,设Dm=1.5mm，视距为Pm=5m，则：,(4)影响视力的因素：,视觉感受速度(1)是眼睛能感受对象所必需的最小时间tmin的倒数，即形成视觉所需时间的倒数。(2)影响视觉感受速度的因素：,颜色特性,3.1.1视网膜的颜色区中央区（全色区）主要由锥体细胞起作用边缘区（红绿盲区、全色盲区）锥体细胞逐渐较少，杆体细胞逐渐增多3.1.2颜色的形成(1)光源色：因发光体发出的光而引起人们色觉的颜色；(2)光谱色：当发光体发出的是单色光，那么其光源色称为光谱色；(3)物体色（表面色）：非发光体（即一般物体）的颜色，这是物体在光源照射下产生反射光所引起的颜色。,光谱色的波长和波长范围,颜色的分类及各自特性,非彩色A.范围：包括黑色、白色和深浅不同的灰色B.特性：有明度，无色调和彩度,彩色A.范围：除黑白色以外的颜色。B.特性：,三色原理,任何颜色都可以用三原色混合而成。三原色为700nm的红色、546.1nm的绿色和435.8nm的蓝色。混合色C=R(R)+G(G)+B(B)(R),(G),(B)表示单位三原色R，G，B表示混合色中三原色的量,光源的颜色,光源的色表表观颜色，用色温或相关色温来表示。色温：当某一光源的色度与某温度下完全辐射体（黑体）的色度完全相同时，完全辐射体（黑体）的温度即为该光源的色温。用绝对温度表示。K色温热辐射光源相关色温非热辐射光源,光源的显色性,(1)标准光源(2)显色性光源照射到物体上所显现出来的颜色的性能称为光源的显色性。也就是光源照射物体表面与在标准光源照射下显示的颜色相符合的程度。由光源的光谱能量分布决定。(3)显色指数特殊显色指数Ri：适用于评价光源对特定颜色的显色性。一般显色指数Ra：适用于对人工照明光源的显色性评价。把Ra=80-100显色性优良；Ra=50-79一般；Ra50较差。,1.光通量,定义：按人眼对光的感觉量为基准，来衡量辐射通量。表达式：,(3)单位:流明,其中:Km为683lm/W,二、照明术语,例：某白炽灯的光谱能量分布如表所示，求该灯的光通量。,光效,光源显色指数和光效,2.发光强度（光强）,定义：光源在某一个约定方向上单位立体角内（每球面度内）的光通量，称为光源在该方向上的发光强度，称为光强。面积A对球心形成的角成为立体角如果A=r2，=1sr,表达式：(3)单位：坎德拉cd,其中，为光源在立体角内所辐射的总光通量。,对于向各方向均匀辐射光通量的光源，其在立体角内的平均光强：,例：100W普通白炽灯输出的光通量为1250lm，假设光源向四周是均匀发射其光通量的，求光源某方向上的光强。,解：,3.照度,定义：被照面上单位面积所接受的光通量。表达式：E=d/dAE=/A单位：lx勒克斯1lx=1lm/m2它表示在1m2的面积上均匀分布1lm的光通量的照度值。,例：100W普通白炽灯输出的光通量为1250lm，假设光源向四周是均匀发射其光通量的，求灯下2m处的照度值。解：,也可以表示为一个光强为1cd的均匀发光的点光源，以它为中心，在半径1m的球面上形成的平均照度值。在40W白炽灯下1m处的照度为30lx；加搪瓷灯罩后为73lx；阴天中午室外照度为8000-20000lx；晴天中午在阳光下室外照度80000-120000lx；,例1：有一个向四周均匀发光的点光源，发光强度为10cd。如果以这个点光源为球心，以1m为半径作一球面，问：（1）在球面上多大的面积范围内所通过的光通量为1lm？（2）整个球面所通过的光通量是多少？（3）如果球半径增大为2m和3m，上述两问又如何？,3）当半径变化时，光通量不变。,例2：有一个向四周均匀发光的点光源，放在半径为2m的球心上，已知这个球面上4m2的面积得到8lm的光通量，问：（1）光源的发光强度？（2）光源辐射出的总光通量？,4光出射度,定义：表示具有一定面积的发光体，其单位面积上发出的光通量。表达式：a.（对微小面积）M=d/dAb.(对于任意大小的表面积)Mav=/Ac.(对于因反射而发光的二次发光表面)M=E=(/A)=(被照射面的反射比被照面的照度)d.(对于因透射而发光的二次发光表面)M=E=(/A)=(被照射面的透射比被照面的照度)单位：辐射勒克斯rlx1rlx=1lm/1m2,例：100W普通白炽灯向周围均匀发射1250lm的光通量。若白炽灯外装一球形乳白玻璃灯罩，其透光率为60%，并假设沿灯罩的整个球面均匀发光，当灯罩直径为250mm时，求其光出射度。解：,5亮度,定义：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度。表达式：图中被视物体表面积为A在视线方向上的发光强度为I,I与表面A的法线夹角为，则表面A在方向上的亮度为：,单位：1nt(尼特)=1cd(坎德拉)/m2=1cd/104cm2=10-4sb（熙提）=亚熙提=(1cd/m2),照度和发光强度的关系,例：如图，在桌上2米处挂着一40W白炽灯，I0-45=30cd，求灯下桌面点1处及2处的照度值。,光线垂直入射到被照射面（入射角等于0）,表面的照度与点光源在这方向的发光强度成正比，与距点光源的距离平方成反比。,光线不垂直入射到被照射面（即入射角不等于0）,因为又所以：表面法线与入射光线成角处的照度除与它至点光源在这方向的发光强度成正比，与距点光源的距离平方成反比之外，还与入射角的余弦成正比。,照度和亮度的关系,(1)光源亮度和它所形成的照度间的关系如右图，发光面dA1和r相比很小，视为点光源，这样，它在A2上O点形成的照度为由光强与亮度的关系：则得整个发光表面在O点形成的照度,发光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于这一发光表面的亮度与该发光表面在被照点上形成的立体角的投影的乘积。,例：在房间侧墙和屋顶上各开一个1m2的窗，它们与室内桌子的相对位置如图，设通过窗洞看见的天空亮度为104cd/m2，试分别求出窗洞在桌面O点上形成的照度。解：窗洞亮度等于看到的天空亮度。(1)侧窗(2)天窗,例：100W普通白炽灯向周围均匀发射1250lm的光通量。若白炽灯外装一球形乳白玻璃灯罩，其透光率为60%，并假设沿灯罩的整个球面均匀发光，当灯罩直径为250mm时，求乳白玻璃灯罩的亮度。解：,（2）均匀漫反射表面亮度和照度间的关系,均匀漫反射的特点是光强分布符合余弦定律：,具有均匀漫反射特性的反射表面，其亮度与照度之间具有如下关系：,例：某长条形嵌入顶棚式照明器的发光面积为0.25X1.30M2，在方向上的发光强度为500cd，求：(1)由该方向观察照明器发光面的亮度；(2)求被照面点O处的照度；(3)若该纸上各点照度均相同，且是一张漫反射的白纸，反射率为0.81，求该纸的平均亮度。,照明计算,照明计算是照明设计的重要内容之一；它包括照度计算、亮度计算、眩光计算等照明功能上各种效果的计算。一、简单、快速二、力求计算准确,1.平均照度计算-利用系数法,工作面上光通量,总光通量,维护系数,室形指数和室空间比(1)空间划分,顶棚空间,室空间,地板空间,工作面,出光口平面,(2)空间比Kr工作面上的平均照度除了与照明器的配光特性及照明器的布置有关，还与房间的尺寸、形状有很大的关系。,(3)室空间比,平均反射比,等效反射比,利用系数法计算工作面平均照度,根据灯具是否均匀布置，判断可否用此方法；计算RCR；计算等效反射比和平均反射比；确定利用系数（查表），当RCR、CC、Wa不是表中分级的整数时，用内插法计算对应值；若FC不等于20%时，对利用系数校正；计算平均照度。,或根据平均照度，计算照明器数量；验算距高比，看能否满足照度均匀度的要求。,一教室长6.6m，宽6.6m，高3.6m，在离顶棚0.5m的高度处安装8只YG1-1型40W荧光灯，课桌高度为0.8m，教室内各表面的反射比如图，试计算课桌面上的平均照度（40W荧光灯光通量取2200lm）。,平均照度,灯数概算曲线,(1)特点以利用系数为基础面积与灯具数量关系(2)假定条件工作面的平均照度为100lx维护系数K=0.7典型房间l：w=2：1,(3)绘制原理,(4)绘制方法确定计算高度；确定顶棚、地板和墙壁的等效反射比和平均反射比；选取一系列的RCR，根据所确定的查得利用系数；根据RCR及相应的U分别计算场地面积和所需灯具数量；将计算得到的A，N绘制在以A为横坐标，N为纵坐标的对数坐标中，即为该灯具的概算图表。,(5)使用方法选取灯具类型和光源特性S；照明场地的面积A；计算高度hRC；房间的顶棚、墙壁、地板的反射比根据以上条件，读取灯具数量N，实际,单位容量法,(1)含义：在最低的照度值Emin（通常为1