物理性污染控制工程 第七章_光污染及其控制

1、第七章 光污染及其控制 主要内容 第一节 概述 第二节 光学基础 第三节 光环境评价与质量标准 第四节 光污染防治技术 第一节第一节 概述概述 一、光环境一、光环境 二、光源及其类型二、光源及其类型 三、光污染三、光污染 （一）光环境的定义（一）光环境的定义 （二二）光环境的）光环境的影响因素影响因素 （三三）光环境）光环境中光中光的的效果效果 一、光环境一、光环境 光环境光环境 （一）光环境的定义（一）光环境的定义 l定义定义：由光照射于内外空间所形成的环境。由光照射于内外空间所形成的环境。 l光源光源：光环境中的光源包括：光环境中的光源包括 l天然光天然光 l人工光人工光 光环境光环境 （

2、一）光环境的定义（一）光环境的定义 室内光环境室内光环境 l定义定义：由光与颜色在室：由光与颜色在室 内建立的、同房间形状有内建立的、同房间形状有 关的生理和心理环境。关的生理和心理环境。 l功能功能：满足物理、生理：满足物理、生理( ( 视觉视觉) )、心理、人体功效、心理、人体功效 学及美学等方面的要求。学及美学等方面的要求。 室外光环境室外光环境 l定义定义：在室外空间由光在室外空间由光 照射而形成的环境。照射而形成的环境。 l功能功能：除满足与室内光：除满足与室内光 环境相同的要求外，还要环境相同的要求外，还要 满足节能和绿色照明等社满足节能和绿色照明等社 会方面的要求。会方面的要求。

3、 1 1、照度和亮度：、照度和亮度：是保证光环境的光量和光质量的基本条件。是保证光环境的光量和光质量的基本条件。 2 2、光色：、光色：光源的颜色。按标准表色体系，将单色光混合，可匹配光源的颜色。按标准表色体系，将单色光混合，可匹配 出感觉到与任意光的颜色相同的光出感觉到与任意光的颜色相同的光 3 3、周围亮度：、周围亮度：容易看到注视点的最佳环境是周围亮度大约等于容易看到注视点的最佳环境是周围亮度大约等于 注视点亮度。注视点亮度。 4 4、视野外的亮度分布：、视野外的亮度分布：室内顶棚、墙面、地面、家具等室内顶棚、墙面、地面、家具等 表面的亮度分布。表面的亮度分布。 5 5、眩光：、眩光：在

4、视野中由于亮度的分布或范围不当，或在时空方面存在视野中由于亮度的分布或范围不当，或在时空方面存 在着亮度的悬殊对比，以致引起不舒适感觉或降低观看细部或目标的能在着亮度的悬殊对比，以致引起不舒适感觉或降低观看细部或目标的能 力眩光在光环境中是有害因素，应设法控制或避免。力眩光在光环境中是有害因素，应设法控制或避免。 6 6、阴影：、阴影：阴影能突出物体的外形和深度，丰富物体的视觉效果。阴影能突出物体的外形和深度，丰富物体的视觉效果。 （二）光环境的影响因素（二）光环境的影响因素 （三三）光环境）光环境中光中光的的效果效果 （2 2）光的造型立体感效果光的造型立体感效果 （3 3）光的表面效果光的

5、表面效果 （4 4）光的色彩效果光的色彩效果 （1 1）光的方向性效果光的方向性效果 l光的方向：顺光、侧光、逆光、顶光、底光。光的方向：顺光、侧光、逆光、顶光、底光。 顺光顺光 侧光侧光 逆光逆光 （1 1）光的方向性效果光的方向性效果 l光的方向性效果：光的方向性效果： l 增强室内空间的可见度增强室内空间的可见度， l 增强或减弱光和阴影的对比增强或减弱光和阴影的对比 l 增强或减弱物体的立体感增强或减弱物体的立体感 l在室内光环境中只要调整光源的位置和方向，就能在室内光环境中只要调整光源的位置和方向，就能 获得所要求的方向性效果。获得所要求的方向性效果。 l光的方向性效果对建筑功能、室

6、内表面、人物形象光的方向性效果对建筑功能、室内表面、人物形象 及人们的心理反应都起重要作用。及人们的心理反应都起重要作用。 （1 1）光的方向性效果光的方向性效果 l光的造型立体感效果光的造型立体感效果 ：物体表面上由于光的物体表面上由于光的 明暗变化所产生的立体感效果，简称立体感。明暗变化所产生的立体感效果，简称立体感。 l在光环境中室内外表面在光环境中室内外表面 的细部、浮雕、雕塑等的细部、浮雕、雕塑等 都会出现光的立体感效都会出现光的立体感效 果，使人们获得美好的果，使人们获得美好的 感受。感受。 （2 2）光的造型立体感效果光的造型立体感效果 l光的表面效果：光的表面效果：室内空间中光

7、在各表面上的室内空间中光在各表面上的 亮度分布或有无光泽。亮度分布或有无光泽。 l表面亮度表面亮度：室内空间中光在各表面上的反射程度：室内空间中光在各表面上的反射程度 取决于表面与背景之间的亮度比。适宜的亮度比取决于表面与背景之间的亮度比。适宜的亮度比 有利于视觉功效与工作行为相协调，并能降低室有利于视觉功效与工作行为相协调，并能降低室 内眩光。内眩光。 l表面光泽表面光泽：在室内空间中光照射到表面时，由于：在室内空间中光照射到表面时，由于 反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质。反射光在空间分布而呈现出表面的外观性质。 （3 3）光的表面效果光的表面效果 l光的色彩效果：光的色彩效果：在室内

8、光环境中，光的照射在室内光环境中，光的照射 使材料表面呈现出的色彩效果。使材料表面呈现出的色彩效果。 l光和色彩光和色彩：对室内光环境二者不可分开，可见光：对室内光环境二者不可分开，可见光 的反射比越大，色彩的明度也越大的反射比越大，色彩的明度也越大（表表7-17-1）。 l色彩效果色彩效果：在光环境中，光照射到各种材料表面：在光环境中，光照射到各种材料表面 会呈现出不同色彩效果。通过光的色彩效果可获会呈现出不同色彩效果。通过光的色彩效果可获 得知觉效果，还可获得感情、联想等心理效果。得知觉效果，还可获得感情、联想等心理效果。 明度明度/ /度度0 01 12 23 34 4 反射比反射比0.

9、000.001.211.213.133.136.566.5612.0012.00 明度明度/ /度度5 56 67 78 89 9 反射比反射比19.7719.7730.0530.0543.0643.0659.1059.1078.6678.66 表表7-1 7-1 色彩的明度与光的反射比的关系色彩的明度与光的反射比的关系 （4 4）光的色彩效果光的色彩效果 光源光源 自然光源自然光源 人工光源人工光源 日光日光 月光月光 热辐射光源热辐射光源 气体放电光源气体放电光源 其他光源其他光源 激光光源激光光源 场致发光光源场致发光光源 半导体光源半导体光源 化学光源化学光源 二、光源及其类型二、光源

10、及其类型 ( (一一) )热辐射光源热辐射光源 l热辐射光源热辐射光源：依靠电流通过灯丝发热依靠电流通过灯丝发热 到白炽程度而发光的电光源。到白炽程度而发光的电光源。 l类型类型： l 1. 白炽灯白炽灯 l 2. 卤钨灯卤钨灯 1. 1. 白炽灯白炽灯 优点优点： 显色性好、光谱连续、显色性好、光谱连续、 结构简单、易于制造、结构简单、易于制造、 价格低廉、使用方便。价格低廉、使用方便。 缺点缺点: : 能量转换效率低，大部分能量转换效率低，大部分 能量转化为红外辐射损失，能量转化为红外辐射损失， 可见光不多，发光效率低，可见光不多，发光效率低， 使用寿命短使用寿命短 1. 1. 白炽灯白炽

11、灯 发光效率高发光效率高 长寿命长寿命 涂白白炽灯涂白白炽灯 氪氪(Kr)(Kr)气白炽灯气白炽灯 红外反射膜白炽灯红外反射膜白炽灯 v白炽灯的改进：白炽灯的改进： 涂白白炽灯涂白白炽灯 2.2.卤钨灯卤钨灯 v卤钨灯卤钨灯：灯泡内含一定比灯泡内含一定比 例卤化物的改进型白炽灯。例卤化物的改进型白炽灯。 v卤钨灯内形成卤钨再循环过卤钨灯内形成卤钨再循环过 程，防止钨沉积在玻璃内壳程，防止钨沉积在玻璃内壳 上，降低灯丝的老化速度。上，降低灯丝的老化速度。 v卤钨灯与普通白炽灯相比卤钨灯与普通白炽灯相比 v发光效率提高约发光效率提高约3030； v高质量的卤钨灯寿命可高质量的卤钨灯寿命可 提高提高

12、3 3倍左右。倍左右。 （二）气体放电光源（二）气体放电光源 l气体放电光源气体放电光源：电极在电场作用下，电流电极在电场作用下，电流 通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电通过一种或几种气体或金属蒸气而发光的电 光源光源 l优点优点：气体放电光源比热辐射光源的发光：气体放电光源比热辐射光源的发光 效率高得多，应用广泛。效率高得多，应用广泛。 l类型类型：气体发电光源按充气压力大小可分：气体发电光源按充气压力大小可分 为为低压气体放电灯低压气体放电灯和和高压气体放电灯高压气体放电灯。 （二）气体放电光源（二）气体放电光源 气体气体 放电放电 光源光源 高高压气体放电灯压气体放电灯 低低压气体放

13、电灯压气体放电灯 高压高压钠钠灯灯 高压高压汞汞灯灯 荧光高压汞灯荧光高压汞灯 金属卤化物灯金属卤化物灯 荧光灯荧光灯 低压钠灯低压钠灯 直管型直管型 环管型环管型 紧凑型紧凑型 1.1.荧光灯荧光灯（日光灯）（日光灯） l荧光灯荧光灯：利用低压汞（利用低压汞（HgHg）蒸气放电产生的紫）蒸气放电产生的紫 外线，激发涂在灯管内壁上的荧光粉而转化为可外线，激发涂在灯管内壁上的荧光粉而转化为可 见光的电光源。见光的电光源。 l优点优点：与普通白炽灯比，发光效率是与普通白炽灯比，发光效率是3 3倍以上，倍以上， 使用寿命约使用寿命约4 4倍，灯壁温度低，发光均匀柔和，应倍，灯壁温度低，发光均匀柔和，

14、应 用广泛。用广泛。 l缺点缺点：使用电感镇流器时的功率因数低，有频使用电感镇流器时的功率因数低，有频 闪效应。闪效应。 粗管灯粗管灯 （直径（直径38mm38mm） 细管灯细管灯 （直径（直径26mm26mm） 直管型荧光灯直管型荧光灯 直管荧光灯直管荧光灯 灯管内壁涂料灯管内壁涂料 卤磷酸盐荧光粉卤磷酸盐荧光粉 三基色荧光粉三基色荧光粉 能把紫外线转换成能把紫外线转换成 更多的可见光，发更多的可见光，发 光效率高光效率高 环管型荧光灯环管型荧光灯 紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯 l镇流器和灯管一体化的新型电光源。镇流器和灯管一体化的新型电光源。 镇流器镇流器 电感镇流器电感镇流器 电子镇流器电子

15、镇流器 电子节能灯电子节能灯 兼具白炽灯和荧光灯的优点，兼具白炽灯和荧光灯的优点， 发光效率高、节电、显色性好，发光效率高、节电、显色性好， 改善频闪效应，提高启动性能。改善频闪效应，提高启动性能。 双曲形双曲形 双双D D形形 单单U U型型 双双U U形形 三三U形形 2.2.高压汞灯高压汞灯 l高压汞灯高压汞灯：内部充汞和氩气，利用汞放电：内部充汞和氩气，利用汞放电 时产生的高气压获得可见光的电光源时产生的高气压获得可见光的电光源。 l优点优点：发光效率与普通荧光灯相当，使用发光效率与普通荧光灯相当，使用 寿命却比较长。寿命却比较长。 l缺点缺点：显色性差些，发出蓝绿色的光，缺显色性差些

16、，发出蓝绿色的光，缺 少红色成份，除照到绿色物体上外，其他多少红色成份，除照到绿色物体上外，其他多 呈灰暗色，而且不能瞬时启动。呈灰暗色，而且不能瞬时启动。 2.2.高压汞灯高压汞灯 内壳涂荧光粉的内壳涂荧光粉的 高压汞灯高压汞灯 完全透明的高压汞灯完全透明的高压汞灯 3.3.金属卤化物灯金属卤化物灯 l金属卤化物灯金属卤化物灯：通电使金属通电使金属HgHg蒸气和蒸气和NaNa、TlTl、 InIn、ScSc、DyDy、CsCs、LiLi等金属卤化物分解物的混合等金属卤化物分解物的混合 体辐射发光的电光源体辐射发光的电光源 。 l优点优点：发光效率高，显色性较好，使用寿命较发光效率高，显色性较

17、好，使用寿命较 长长 。可以用在要求显色性较好的场所。可以用在要求显色性较好的场所。 l注意注意！为避免影响光电特性，使用中有位置朝为避免影响光电特性，使用中有位置朝 向要求。向要求。 3.3.金属卤化物灯金属卤化物灯 v金属卤化物灯结构与高压汞灯相似。金属卤化物灯结构与高压汞灯相似。 4.4.高压钠灯高压钠灯 v利用高压钠蒸气放电发光的电光源。利用高压钠蒸气放电发光的电光源。 5.5.低压钠灯低压钠灯 v利用低压钠蒸气放电发光的电光源。利用低压钠蒸气放电发光的电光源。 三、光污染三、光污染 光污染的产生光污染的产生 光污染的来源光污染的来源 光污染的分类光污染的分类 光污染的危害光污染的危害

18、 n 定义定义：过量光辐射对人们的生活、工：过量光辐射对人们的生活、工 作环境以及人体健康产生不利影响的作环境以及人体健康产生不利影响的 现象称为光污染。现象称为光污染。 n 主要指由人工光源导致的违背人的生主要指由人工光源导致的违背人的生 理与心理需求或有损于生理与心理健理与心理需求或有损于生理与心理健 康的现象。康的现象。 光污染的产生光污染的产生 n 类型类型： n 眩光污染眩光污染 n 射线污染射线污染 n 光泛滥光泛滥 n 视单调视单调 n 视屏蔽视屏蔽 n 频闪频闪 n 特点特点： n 局部性污染；局部性污染； n 随距离增加而迅速减弱；随距离增加而迅速减弱； n 在环境中无残余物

19、，光源消失，污染即在环境中无残余物，光源消失，污染即 消失。消失。 光污染的来源光污染的来源 l城市建筑物采用城市建筑物采用 大面积镜面式铝合大面积镜面式铝合 金装饰的外墙、金装饰的外墙、玻玻 璃幕墙璃幕墙所形成的光所形成的光 污染。污染。 光污染源光污染源1 l城市城市夜景照明夜景照明亮亮 度过高，特别是大度过高，特别是大 功率高强度气体放功率高强度气体放 电电光源所形成的光光源所形成的光 污染。污染。 光污染源光污染源2 1.1.玻璃幕墙形成光污染玻璃幕墙形成光污染 v条件条件 v（1 1）使用）使用大面积大面积高反射率镀膜玻璃。高反射率镀膜玻璃。 v（2 2）在）在特定方向特定方向和和特

20、定时间特定时间下产生。下产生。 v（3 3）光污染的程度与玻璃幕墙的方向、）光污染的程度与玻璃幕墙的方向、 位置及高度密切相关。位置及高度密切相关。 玻璃幕墙相对太阳玻璃幕墙相对太阳 照射的方向，或与照射的方向，或与 人所成的特定角度。人所成的特定角度。 太阳对地球的相对位太阳对地球的相对位 置总是在不断变化，置总是在不断变化， 因此，产生特定角度因此，产生特定角度 也是有特定时限的。也是有特定时限的。 l人的视角在人的视角在2m2m高左右高左右150150 夹角之内影响最大；夹角之内影响最大； l光反射的强度与反射物到人光反射的强度与反射物到人 眼的距离的平方成反比；眼的距离的平方成反比；

21、l直射日光的反射光的产生方直射日光的反射光的产生方 向取决于玻璃面对太阳的几何向取决于玻璃面对太阳的几何 位置关系。位置关系。 v夜景照明光污染夜景照明光污染 v1 1、大气光污染：、大气光污染：地面发出的人工光在尘埃、空气或其它地面发出的人工光在尘埃、空气或其它 大气悬浮粒子的散射作用下，扩散入大气层中，形成城市大气悬浮粒子的散射作用下，扩散入大气层中，形成城市 上空很亮的大气光污染。上空很亮的大气光污染。 v2 2、侵扰光污染：、侵扰光污染：夜景照明中的部分散逸光和建筑（或墙夜景照明中的部分散逸光和建筑（或墙 面）的反射光，透过门窗射向住宅、医院、旅馆等人们休面）的反射光，透过门窗射向住宅

22、、医院、旅馆等人们休 息的场所，侵扰睡眠与健康。息的场所，侵扰睡眠与健康。 v3 3、眩光污染：、眩光污染：视野中的道路照明、广告照明、体育照明、视野中的道路照明、广告照明、体育照明、 标志照明等产生的直接眩光和雨后地面、玻璃墙面等光泽标志照明等产生的直接眩光和雨后地面、玻璃墙面等光泽 表面的反射眩光。表面的反射眩光。 v4 4、颜色污染：、颜色污染：视场中颜色的对比引起视觉的不适应，导视场中颜色的对比引起视觉的不适应，导 致视觉对物体颜色的感觉出现差异或不敏感。致视觉对物体颜色的感觉出现差异或不敏感。 2.2.夜景照明形成的光污染夜景照明形成的光污染 3.3.室内光污染的成因室内光污染的成因

23、 1 室内装修采用室内装修采用 镜面、釉面砖、镜面、釉面砖、 磨光大理石以磨光大理石以 及各种涂料等及各种涂料等 装饰反射光线，装饰反射光线， 明晃白亮，眩明晃白亮，眩 眼夺目。眼夺目。 2 室内灯光配置室内灯光配置 不合理，致使不合理，致使 室内光线过亮室内光线过亮 或过暗或过暗，造成，造成 不同程度的眩不同程度的眩 光污染光污染 。 3 夜间室外照明，夜间室外照明， 特别是建筑物特别是建筑物 的泛光照明产的泛光照明产 生干扰光，影生干扰光，影 响人们的正常响人们的正常 生活。生活。 l室内产生严重的眩光污染的原因室内产生严重的眩光污染的原因 白亮污染白亮污染 人工白昼人工白昼 彩光污染彩光

24、污染 c c 光污染的分类光污染的分类 阳光照射强烈时，城市建筑的玻璃阳光照射强烈时，城市建筑的玻璃 幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各幕墙、釉面砖墙、磨光大理石和各 种涂料等装饰反射光线，明晃白亮种涂料等装饰反射光线，明晃白亮 ，眩眼夺目。，眩眼夺目。 白亮污染白亮污染 夜间照明过度，如同白昼。夜间照明过度，如同白昼。 舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转 灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构 成了彩光污染。成了彩光污染。 彩光污染彩光污染 人工白昼人工白昼 l对附近居民的影响对附近居民的影响 l对行人的影响对行人的影响 l对交通系统的影响对交通系

25、统的影响 l对天文观测的影响对天文观测的影响 对人的影响对人的影响 l影响植物的正常影响植物的正常 生长，降低产量。生长，降低产量。 l影响动物的生活影响动物的生活 习性和新陈代谢。习性和新陈代谢。 对动植物的影响对动植物的影响 光污染的危害光污染的危害 一、光的基本物理量一、光的基本物理量 第二节第二节 光学基础光学基础 二、电光源的基本技术参数二、电光源的基本技术参数 v1、光通量 v2、发光强度 v3、照度 v4、亮度 v5、曝光度 v6、明度 一、光的基本物理量一、光的基本物理量 ( )( ) ( ) m PVK (7-1)(7-1) （一）光通量（一）光通量 （简称光通）（简称光通）

26、 v定义：以人眼的光感觉量为标准评价光的辐射通量。定义：以人眼的光感觉量为标准评价光的辐射通量。 v单位：单位： lm (lm (流明流明) ) v计算式计算式： ( ) ( )P ( )V m K 式中：式中： 波长为波长为的光通量，的光通量，lm； 波长为波长为的辐射通量，的辐射通量，w； 波长为波长为的光谱光效率，由图的光谱光效率，由图7-1给出；给出； 最大光谱光效率，对明视觉，在最大光谱光效率，对明视觉，在=555nm 处，其值为处，其值为683lm/w。 2-2-明视觉明视觉 1-1-暗视觉暗视觉 图图7-1 7-1 相对光谱效率曲线相对光谱效率曲线V V( () ) （一）光通量

27、（一）光通量 （简称光通）（简称光通） v多色光的光通量为各单色光之和多色光的光通量为各单色光之和 (7-2)(7-2) 12 ()( )() ( ) ( ) nm KPV v光通量的意义：光通量的意义：表明某一光源向四周发射表明某一光源向四周发射 出的光能总量。不同光源发出的光通量在出的光能总量。不同光源发出的光通量在 空间分布是不同的。空间分布是不同的。 v定义：定义：光通量的空间密度光通量的空间密度 。 v单位：单位：cd (坎德拉坎德拉) v计算计算：光源在某一方向的发光强度为：光源在某一方向的发光强度为 （二）发光强度（二）发光强度 I 式中：式中： 光通量，光通量，lmlm； 立体

28、角，立体角，srsr； I I发光强度，发光强度，cd (cd (坎德拉坎德拉) )。 d I d (7-3)(7-3) (7-4)(7-4) v发光强度平均值发光强度平均值 （二）发光强度（二）发光强度 I I v发光强度的意义：发光强度的意义： 光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量，光源在某一方向单位立体角内所发出的光通量， 表示光源在表示光源在1 sr1 sr立体角内发射出立体角内发射出1 lm1 lm的光通量，的光通量， 即即 1lm 1cd 1sr v立体角立体角( () )的含义：的含义： 球的表面积球的表面积S S 对球心所形成的角，即以表面积对球心所形成的角，即以表面积 S

29、 S与球的半径平方之比来度量，即与球的半径平方之比来度量，即 v当当 时，对球心所成的立体角时，对球心所成的立体角=1sr=1sr（球面度）（球面度） 2 S r 2 S r （二）发光强度（二）发光强度 I v发光强度的标注：发光强度的标注：为了区别不同的部位，在为了区别不同的部位，在 发光强度符号发光强度符号I I的右下角标注角度数字的右下角标注角度数字。 v如如40 W40 W的白炽灯在光轴线处，即正下方的发光的白炽灯在光轴线处，即正下方的发光 强度表示为强度表示为 30cd;30cd; v =0cd =0cd，则表示沿光轴往上转，则表示沿光轴往上转180180度即正上方度即正上方 处的

30、发光强度。处的发光强度。 v标注数字表明光源向四周空间发射的光通量分标注数字表明光源向四周空间发射的光通量分 布情况。布情况。 180 I 0 I v定义：定义：被照面上的光通量密度，即被照面单被照面上的光通量密度，即被照面单 位面积位面积S S上所接受的光通量数值，用以表示被上所接受的光通量数值，用以表示被 照面的照射程度。照面的照射程度。 v定义式：定义式： v单位单位：lxlx（勒克斯，简称勒），（勒克斯，简称勒），1 1勒克斯等于勒克斯等于 1 1流明的光通量均匀分布在流明的光通量均匀分布在1 1平方米的被照面平方米的被照面 上。上。 （三）照度（三）照度E E S (7-6)(7-6

31、) 2 lm 1lx m 1 1 v 1. 照度形式照度形式 （三）照度（三）照度E l平面照度只说明光通量在某一平面照度只说明光通量在某一 平面上的密度，不能反映照度平面上的密度，不能反映照度 在整个空间的分布情况。在整个空间的分布情况。 l如一房间具有暗色墙壁和天棚如一房间具有暗色墙壁和天棚 （表面反射系数很低），即使（表面反射系数很低），即使 水平照度很高，仍会感到房间水平照度很高，仍会感到房间 很暗很暗 l常采用的照度形式常采用的照度形式。 照度矢量照度矢量 l某点的照度矢量是以该点为中心的某点的照度矢量是以该点为中心的 微圆盘两侧的照度最大值，此最大值微圆盘两侧的照度最大值，此最大值

32、 的法线方向即为矢量照度的方向。的法线方向即为矢量照度的方向。 l照度矢量对说明阴影状况更为有利照度矢量对说明阴影状况更为有利 。 平均球面照度平均球面照度 （又称标量照度）（又称标量照度） l空间一点的被照射量可用此点上一空间一点的被照射量可用此点上一 小球表面上的平均照度来表示。小球表面上的平均照度来表示。 l给出照度的无方向量，较接近立体给出照度的无方向量，较接近立体 物件的视感。物件的视感。 平均柱面照度平均柱面照度 l表示一个小垂直圆柱表面上的平均表示一个小垂直圆柱表面上的平均 照度，更接近对室内照明丰满度的主照度，更接近对室内照明丰满度的主 观感觉。观感觉。 v 2. 照度和光强的

33、关系照度和光强的关系 （三）照度（三）照度E v点光源点光源垂直入射垂直入射的照度基本公式的照度基本公式 距离平方反比定律距离平方反比定律 l式式(7-7)(7-7)表明，入射角为零时，表面照度与点光表明，入射角为零时，表面照度与点光 源在垂直方向上的光强源在垂直方向上的光强I I成正比，与表面距点光源成正比，与表面距点光源 距离的平方距离的平方r r成反比。成反比。 2 I E r (7-7)(7-7) v 2. 照度和光强的关系照度和光强的关系 （三）照度（三）照度E v点光源与表面的法线成点光源与表面的法线成角入射角入射的照度公的照度公 式式 l式式(7-8)(7-8)表明，表明，光线与

34、表面法线成光线与表面法线成角处的照度角处的照度 ，与光线至点光源距离的平方成反比，与光源在，与光线至点光源距离的平方成反比，与光源在 方向的光强和入射角方向的光强和入射角的余弦成正比。的余弦成正比。 (7-8)(7-8) a r I Ecos 2 v定义：定义：发光体在视线方向单位面积上的发发光体在视线方向单位面积上的发 光强度光强度 v单位：单位：nt (nt (尼脱尼脱) ) （SISI制）制） v意义：意义：1 1表面积上，沿法线方向表面积上，沿法线方向( (0 0) ) 产生产生lcdlcd的发光强度，即的发光强度，即 1 nt =1cd/m2 （四）亮度（四）亮度 La （也称辉度（

35、也称辉度 ） 【说明说明】：有时也用另一较大单位有时也用另一较大单位sb (sb (熙提熙提) )，lsblsb10104 4ntnt； v意义意义：1c1c面积上发出面积上发出lcdlcd的发光强度。的发光强度。 v计算式计算式： 或或 （四）亮度（四）亮度 La （也称辉度（也称辉度 ） (7-9)(7-9) cos a a dI L dSa cos a a I L Sa (7-10)(7-10) 【说明说明】：亮度符号右下角标：亮度符号右下角标，指明物体表面的法线与光线，指明物体表面的法线与光线 之间的夹角。之间的夹角。 1200白炽灯（充气灯）白炽灯（充气灯）0.8晴天天空晴天天空(平

36、均值平均值) 200白炽灯灯丝（真空灯泡）白炽灯灯丝（真空灯泡）160000太阳表面太阳表面(近地平线近地平线) 0.2阴天天空阴天天空(平均值平均值)225000太阳表面太阳表面(正午正午) 亮度值亮度值/sb光源名称光源名称亮度值亮度值/sb光源名称光源名称 表表7-2 7-2 常见光源亮度值常见光源亮度值 v定义：定义：受照表面的照度受照表面的照度E E对被照时间对被照时间t t的积的积 分称为该表面的曝光量，符号为分称为该表面的曝光量，符号为H H。 v计算式计算式 v单位单位 vlxlxs (s (勒克斯秒勒克斯秒) ) v或或lxlxh (h (勒克斯小时勒克斯小时) ) （五）曝

37、光量（五）曝光量H H 0 t HEdt (7-11)(7-11) （六）明度（六）明度 色彩分类色彩分类 方法方法 有彩色系有彩色系 无彩色系无彩色系 n光源色、反射光或透射光能够在光源色、反射光或透射光能够在 视觉中显示出某一种单色光特征视觉中显示出某一种单色光特征 的色彩序列。的色彩序列。 n可见光谱中的红、橙、黄、绿、可见光谱中的红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫基本色及其混合色都青、蓝、紫基本色及其混合色都 属于有彩色系。属于有彩色系。 n 基本参量：基本参量：明度明度、色调和饱和度、色调和饱和度 n光源色、反射光或透射光未能在光源色、反射光或透射光未能在 视觉中显示出某一种单色光特征视觉

38、中显示出某一种单色光特征 的色彩序列。的色彩序列。 n黑色、白色及二者按不同比例混合黑色、白色及二者按不同比例混合 所得的深浅各异的灰色系列等所得的深浅各异的灰色系列等 n基本参量：基本参量：明度明度 （六）明度（六）明度 v定义：色彩的明暗程度，也称色阶、光度定义：色彩的明暗程度，也称色阶、光度 或色度。或色度。 v内容内容 n 颜色本身的明度颜色本身的明度 n黄色明度最高，紫色明度最低，其它各色黄色明度最高，紫色明度最低，其它各色 基本处于灰与深灰之间，属中间明度；基本处于灰与深灰之间，属中间明度； n 同一色相的颜色具有不同的明度同一色相的颜色具有不同的明度 n红颜色的明度：桔红、朱红较

39、深红、玫瑰红颜色的明度：桔红、朱红较深红、玫瑰 红亮，大红、土红则介于中间值；红亮，大红、土红则介于中间值； n 某种颜色由于光照强弱不同，产生不同明某种颜色由于光照强弱不同，产生不同明 暗变化暗变化 （六）明度（六）明度 v计算基准：计算基准：灰度测试卡（国际通用）灰度测试卡（国际通用） v孟塞尔色彩体系：孟塞尔色彩体系：0 0l0l0之间等间隔地分之间等间隔地分 为为9 9个阶层，黑色为个阶层，黑色为0(0(几乎不反射光几乎不反射光) )， 白色为白色为10(10(几乎反射全部光几乎反射全部光) ) v有彩色或无彩色各自的明暗度在灰度测有彩色或无彩色各自的明暗度在灰度测 试卡上都对应着一定

40、的位置值。试卡上都对应着一定的位置值。 v明度具有较强的对比性的效果明度具有较强的对比性的效果。 一、光的基本物理量一、光的基本物理量 第二节第二节 光学基础光学基础 二、电光源的基本技术参数二、电光源的基本技术参数 二、电光源的基本技术参数二、电光源的基本技术参数 基本技术基本技术 参数参数 1.1.发光效率发光效率 2.2.光源寿命光源寿命 3.3.光源颜色光源颜色 4.4.光源启动性能光源启动性能 1.1.发光效率发光效率 v定义：定义：电光源发出的光通量和所用电电光源发出的光通量和所用电 功率之比，简称光效。功率之比，简称光效。 v单位：单位： lm/W ( (流明流明/ /瓦瓦) )

41、 v是评价电光源用电效率最主要的技术参是评价电光源用电效率最主要的技术参 数。数。 v光通量越大，光效越高。光通量越大，光效越高。 n灯开始点燃至灯的光通量灯开始点燃至灯的光通量 衰减到额定光通量的某一百衰减到额定光通量的某一百 分比（一般分比（一般70708080） 时所经历的点灯时数。时所经历的点灯时数。 有效寿命有效寿命 平均寿命平均寿命 光源寿命光源寿命 （光源寿期）（光源寿期） n一组试验样灯从点燃至其一组试验样灯从点燃至其 中中5050的灯失效时所经历的的灯失效时所经历的 点灯时数。点灯时数。 2.2.光源寿命光源寿命 l寿命是评价电光源可靠性和质量的主要技术参数；寿命是评价电光源

42、可靠性和质量的主要技术参数； l寿命长表明其服务时间长，耐用度高，节电贡献大。寿命长表明其服务时间长，耐用度高，节电贡献大。 n当光源的发光颜色与把当光源的发光颜色与把黑体黑体加热到加热到 某一温度所发出的光色相同时的温某一温度所发出的光色相同时的温 度，称为光源的色温。度，称为光源的色温。 n色温是灯光颜色给人直观感觉的度色温是灯光颜色给人直观感觉的度 量，与光源的实际温度无关。量，与光源的实际温度无关。 n不同色温给人不同的冷暖感觉。不同色温给人不同的冷暖感觉。 色温色温 （单位（单位K） 显色指数显色指数 Ra Ra 光源颜色光源颜色 （光色）（光色） 3.3.光源颜色光源颜色 n光源照

43、射到物体后，与光源照射到物体后，与参照光源参照光源相相 比对颜色相符程度的度量参数。比对颜色相符程度的度量参数。 n是衡量光源显色性优劣或在视觉上是衡量光源显色性优劣或在视觉上 失真程度的指标。失真程度的指标。 n参照光源的显色指数定为参照光源的显色指数定为100100，其他，其他 光源的显色指数均小于光源的显色指数均小于100100。 nRaRa越小，显色性越差，反之越好。越小，显色性越差，反之越好。 l黑体黑体：能全部吸：能全部吸 收光能的物体。收光能的物体。 l参照光源：参照光源：一般以一般以 日光或接近日光的人日光或接近日光的人 工光源为参照光源工光源为参照光源 色温与感觉的关系（表色

44、温与感觉的关系（表7-37-3） 色温色温/ /K K50005000330033005000500033003300 感觉感觉冷冷中间中间暖暖 v低照度下采用底色温的光源会感到温馨快活；低照度下采用底色温的光源会感到温馨快活； v高照度下采用高色温的光源则感到清爽舒适；高照度下采用高色温的光源则感到清爽舒适； v比较热的地区宜采用高色温冷感光源；比较热的地区宜采用高色温冷感光源； v比较冷的地方宜采用低色温暖感光源。比较冷的地方宜采用低色温暖感光源。 显色性的等级标准显色性的等级标准 （表（表7-47-4） v国际照明委员会（国际照明委员会（CIECIE）用显色指数把光源的显色性分为优、）用

45、显色指数把光源的显色性分为优、 良、中、差四组作为判别光源显色性能的等级标准。良、中、差四组作为判别光源显色性能的等级标准。 v显色性是择用光源的一项重要因素显色性是择用光源的一项重要因素 v对显色性要求很高的照明用途，如，美术品、艺术品等对显色性要求很高的照明用途，如，美术品、艺术品等 的展示销售，为避免颜色失真，不宜采用显色性差的光源。的展示销售，为避免颜色失真，不宜采用显色性差的光源。 v显色性要求不高，而要求彩色调节的场所，可利用显色显色性要求不高，而要求彩色调节的场所，可利用显色 性的差异来增加明亮提神的气氛。性的差异来增加明亮提神的气氛。 显色性组别优良中差 显色指数范围80100

46、607940592039 各类光源的光效和显色指数（各类光源的光效和显色指数（RaRa）对照）对照 （表（表7-57-5） 灯类型灯类型光效光效/lmW-1显色指数显色指数 普通照明用灯普通照明用灯150W(1000h)14.4100 卤钨灯卤钨灯150W(2000h)17100 多荧光粉多荧光粉6595 三基色荧光粉（三基色荧光粉（80）9380 陶瓷金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯150W9085 高压钠灯高压钠灯150W高显色性高显色性8660 高压钠灯高压钠灯150W高光效高光效11625 低压钠灯低压钠灯131W SOX E206-45 高压汞灯高压汞灯3500 125W5450 白炽灯

47、及卤钨灯显色指数白炽灯及卤钨灯显色指数 为为100100，显色性极好，但，显色性极好，但 发光效率很低。发光效率很低。 显色指数为负值，几显色指数为负值，几 乎无显色性相反，发乎无显色性相反，发 光效率最高。光效率最高。 4.4.光源启动性能光源启动性能 v光源的启动性能是指灯的启动和再启动特性，用启光源的启动性能是指灯的启动和再启动特性，用启 动和再启动所需要的时间来度量。动和再启动所需要的时间来度量。 v热辐射电光源的启动性能最好热辐射电光源的启动性能最好，能瞬时启动发光，也，能瞬时启动发光，也 不受再启动时间的限制；不受再启动时间的限制； v气体发电光源不能瞬时启动气体发电光源不能瞬时启

48、动。除荧光灯能快速启动外，。除荧光灯能快速启动外， 其他气体放电灯的启动时间至少在其他气体放电灯的启动时间至少在4min4min以上，再启动以上，再启动 时间最少也需要时间最少也需要3min3min以上。以上。 第三节第三节 光环境评价与质量标准光环境评价与质量标准 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 一、天然光环境的评价一、天然光环境的评价 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 一、天然光环境的评价一、天然光环境的评价 ( (一一) ) 采光系数采光系数 C C v定义：定义：室内某点的天然光照度室

49、内某点的天然光照度（En）与同一）与同一 时间室内无遮挡的天空在水平面上产生的照时间室内无遮挡的天空在水平面上产生的照 度（度（Ew）之比）之比。 v定义式：定义式： 100% n w E C E (7-12)(7-12) l两个照度值均不包括直射日两个照度值均不包括直射日 光的作用。光的作用。 l晴天或多云天气，不同方位晴天或多云天气，不同方位 上的天亮度有差别，计算值上的天亮度有差别，计算值 与实测值有偏差。与实测值有偏差。 ( (二二) ) 采光系数标准采光系数标准 视觉作业场所工作面上的采光系数标准值视觉作业场所工作面上的采光系数标准值 （表（表7-67-6） 注：1、表中所列采光系数

50、标准值适用于我国类光气候。采光系数标准值 是根据室外临界照度为5000lx制定的。 2、亮度对比小的、级视觉作业，其采光等级可提高一级采用。 v评价内容：评价内容： v(一一) 适当的照度水平适当的照度水平 v(二二) 舒适的亮度比和亮度分布舒适的亮度比和亮度分布 v(三三) 适宜的光色适宜的光色 v(四四) 避免眩光干扰避免眩光干扰 v(五五) 立体感立体感 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 二、人工光环境的评价二、人工光环境的评价 v适宜的照度：适宜的照度：在具体工作条件下，大多数在具体工作条件下，大多数 人都感觉比较满意且保证工作效率和精度人都感觉比较满意且保证工作效率和精度 均

51、较高的照度值。均较高的照度值。 v满意人数最大百分比满意人数最大百分比的照度的照度约约15001500 3000lx3000lx v不同工作性质的场所对照度值的要求不不同工作性质的场所对照度值的要求不 同同 (一) 适当的照度水平 n在一个维护周期内照度变化在一个维护周期内照度变化 曲线的中间值。曲线的中间值。 n西欧一些国家采取使用照度西欧一些国家采取使用照度 标准。标准。 使用照度使用照度 维持照度维持照度 设计标准设计标准 1.1.照度标准照度标准 n是必须更换光源或在预期清是必须更换光源或在预期清 洗灯具和清扫房间周期终止洗灯具和清扫房间周期终止 前，或者同时进行上述维护前，或者同时进

52、行上述维护 工作时所应保持的平均照度。工作时所应保持的平均照度。 n通常维护照度不应低于使用通常维护照度不应低于使用 照度的照度的80%80%。 n美国、我国采用此标准。美国、我国采用此标准。 2.2.照度均匀度照度均匀度 v定义：定义：工作面最小照度与平均照度之比。工作面最小照度与平均照度之比。 v意义：意义：表示给定平面上照度分布的量。表示给定平面上照度分布的量。 v工作面工作面：规定照度的平面（参考面）即为工作面。规定照度的平面（参考面）即为工作面。 v通常假定工作面是由室内墙面限定的距地面高通常假定工作面是由室内墙面限定的距地面高 0.700.700.80m0.80m高的水平面。高的水

53、平面。 v照度均匀度不得低于照度均匀度不得低于0.70.7，CIECIE建议值为建议值为0.80.8。 平均球面照度平均球面照度 平均柱面照度平均柱面照度 （实用）（实用） 空间照度空间照度 n定义：在空间一点的一定义：在空间一点的一 个假想小圆柱体侧面上个假想小圆柱体侧面上 的平均照度。的平均照度。 n圆柱体的轴线与水平面圆柱体的轴线与水平面 相垂直，且不计圆柱体相垂直，且不计圆柱体 两端面上接受的光量。两端面上接受的光量。 n意义：代表空间一点的意义：代表空间一点的 垂直面平均照度。垂直面平均照度。 3.3.空间照度空间照度 v舒适的亮度比和亮度分布是对工作面照度舒适的亮度比和亮度分布是对

54、工作面照度 的重要补充。的重要补充。 v亮度比亮度比：视看对象与人眼周围：视看对象与人眼周围视野物体视野物体的的亮度亮度 水平和亮度对比构成人眼周围视野的适应亮度。水平和亮度对比构成人眼周围视野的适应亮度。 v亮度分布亮度分布：房间主要表面的平均亮度，形成房：房间主要表面的平均亮度，形成房 间明亮程度的总印象，亮度分布使人产生不同间明亮程度的总印象，亮度分布使人产生不同 的心理感受。的心理感受。 (二) 舒适的亮度比和亮度分布 l指工作面、顶棚、指工作面、顶棚、 墙、窗户和灯具等。墙、窗户和灯具等。 v作业近邻环境的亮度作业近邻环境的亮度：尽可能低于：尽可能低于 作业本身亮度，但最好不低于作业

55、作业本身亮度，但最好不低于作业 亮度的亮度的1/31/3； v周围视野的平均亮度周围视野的平均亮度：不低于作业：不低于作业 亮度的亮度的1/101/10； v灯和白天窗子亮度灯和白天窗子亮度：控制在作业亮：控制在作业亮 度的度的4040倍以内。倍以内。 控制目标控制目标 v照度和反射比照度和反射比：亮度与二者乘积：亮度与二者乘积 大致成正比。大致成正比。 影响因素影响因素 (二) 舒适的亮度比和亮度分布 (三) 适宜的光色 表征光色表征光色 的指标的指标 表观颜色表观颜色 ( (色表色表) ) 显色性显色性 ：常用色温定量表示：常用色温定量表示 ：灯光对被照物体颜色的影响作用：灯光对被照物体颜

56、色的影响作用 v色表与显色性的关系色表与显色性的关系： 光源的颜色质量常用这两个性质不同的术语来同时表征；光源的颜色质量常用这两个性质不同的术语来同时表征； 二者都取决于光源的光谱组成，但不同光谱组成的光源可二者都取决于光源的光谱组成，但不同光谱组成的光源可 能具有相同的色表，而其显色性却大不相同；同样，色表能具有相同的色表，而其显色性却大不相同；同样，色表 完全不同的光源可能具有相等的显色性。完全不同的光源可能具有相等的显色性。 v对室内光环境来说，遇到的基本上都是不舒适眩对室内光环境来说，遇到的基本上都是不舒适眩 光。只要将不舒适眩光控制在允许限度以内，失光。只要将不舒适眩光控制在允许限度

57、以内，失 能眩光也就自然消除了。能眩光也就自然消除了。 (四) 避免眩光干扰 v眩光是评价光环境舒适性的一个重要指标。眩光是评价光环境舒适性的一个重要指标。 失能眩光失能眩光 不舒适不舒适 眩光眩光 ：导致视力下降，甚至丧失视力：导致视力下降，甚至丧失视力 ：影响注意力的集中，时间长会增：影响注意力的集中，时间长会增 加视觉疲劳，但不会影响视力。加视觉疲劳，但不会影响视力。 根据眩光对视 觉的影响程度 眩光眩光 评价方法评价方法 英国英国 眩光指数眩光指数(BGI)(BGI)法法 美国美国 视觉舒适概率视觉舒适概率(VCP)(VCP)法法 德国德国 亮度曲线法亮度曲线法 澳大利亚标推协会澳大利

58、亚标推协会(SAA)(SAA) 灯具亮度限制法灯具亮度限制法 CIECIE 眩光指数眩光指数(CGI)(CGI)公式公式 (四) 避免眩光干扰 lCIECIE总结各国的研究成果，总结各国的研究成果， 推荐的一个国际通用的眩推荐的一个国际通用的眩 光指数光指数(CGI)(CGI)公式，并获得公式，并获得 各国赞同。各国赞同。 评价指标评价指标 1.1.矢量矢量/ /标量比（标量比（E/EE/Es s） 2.2.平均柱面照度与水平照平均柱面照度与水平照 度之比度之比( (E Ec c/E/Eh h) ) 3.3.垂直照度与水平照度之垂直照度与水平照度之 比比( (E Ev v/E/Eh h) )

59、( (五五) ) 立体感立体感 v三维物体在光的照射下呈现的造型效果。三维物体在光的照射下呈现的造型效果。 v用照度矢量用照度矢量（E E）与标量照度与标量照度（E Es s）之比定量表示照之比定量表示照 明的方向性效果。明的方向性效果。 vE/EE/Es s数值在数值在0 04 4之间。之间。 v一般一般E/EE/Es=1.2s=1.21.81.8造型立体感效果比较好造型立体感效果比较好（表表7-87-8） 1.1.矢量矢量/ /标量比（标量比（E/EE/Es s）造型指数造型指数 表表7-8 7-8 造型指数（造型指数（E/EE/Es s）与照明方向性）与照明方向性质质量量评评价价 v0.

60、30.3E Ec c/E/Eh h33时，可获得较好的造型立体感效时，可获得较好的造型立体感效 果。果。 v以以E Ec c/E/Eh h作为造型立体感的评价指标，不用另外作为造型立体感的评价指标，不用另外 规定光的照射方向。因为给出的量值已包含光规定光的照射方向。因为给出的量值已包含光 线方向的因素，即线方向的因素，即 v当光线从上方向下直射时当光线从上方向下直射时E Ec c =0 =0，E Ec c/E/Eh h =0 =0； v当光线仅来自水平方向时，当光线仅来自水平方向时，E Eh h0 0， E Ec c/E/Eh h。 2.2.平均柱面照度与水平照度之比平均柱面照度与水平照度之比