点光源直射照度计算讨论 课件 照明设计概念点光源 照度分析计算2013年 5

1、 照明设计概念照明设计概念: : 点光源直射照度的距离平方反比定律点光源直射照度的距离平方反比定律 点光源直射照度的距离平方反比点光源直射照度的距离平方反比余弦余弦定律定律 梁人杰 1 1）点光源的定义：点光源的定义： 凡是凡是圆形发光体圆形发光体, ,如直径小于自身到达照射平面距离的如直径小于自身到达照射平面距离的1/51/5-可视为可视为点光源点光源凡是凡是线状的光源线状的光源, ,如长度小于直射照射距离（斜距）的如长度小于直射照射距离（斜距）的1/41/4-可视为可视为点光源点光源 此时，对于照明计算或照明测量而言，此时，对于照明计算或照明测量而言， 点光源的几何尺寸大小与它至照射对象的

2、距离相比，点光源的几何尺寸大小与它至照射对象的距离相比， 在工程计算上可忽略不计。在工程计算上可忽略不计。2 2）直射照明直射照明: : 直射照明适合很多场所的照明，如：局部照明、定向照明等。直射照明适合很多场所的照明，如：局部照明、定向照明等。 在体育场馆、装饰照明，商业照明应用较多在体育场馆、装饰照明，商业照明应用较多. . 直射照明可以掌握被照面上任意一点的照度值，直射照明可以掌握被照面上任意一点的照度值， 即：即：水平平面水平平面、垂直平面垂直平面或或任意倾斜平面任意倾斜平面的照度。的照度。 光是光是文化文化, ,光是一种光是一种语言语言，一种，一种号召号召，一种，一种诱惑诱惑，一种，

3、一种吸引吸引，一种，一种刺激刺激从哲理而言从哲理而言 当目标需要当目标需要强调强调，需要，需要突出突出，需要，需要特写特写，需要，需要浓妆艳抹浓妆艳抹，需要，需要撼动人心撼动人心 就可以用光。就可以用光。这和所有的艺术家这和所有的艺术家, ,文学家文学家, ,诗人的手法是一样的。诗人的手法是一样的。 点光源直射照明有时候能构成点光源直射照明有时候能构成强烈的明暗对比强烈的明暗对比， 而人们的眼球往往总是首先被最亮区域所吸引的而人们的眼球往往总是首先被最亮区域所吸引的 重点照明重点照明 定向照明定向照明点光源直射照明点光源直射照明 指向性照明指向性照明 特写照明特写照明 特殊照明特殊照明照明照明

4、的主要定律之一的主要定律之一 点光源直射照度的距离平方反比定律。点光源直射照度的距离平方反比定律。 该定律表明：该定律表明： 点光源点光源在距离在距离 I 的平面的平面 A A 上所直射的照度上所直射的照度 E E 与它的发光强度与它的发光强度 I I 成正比，成正比， 与光源至被照平面与光源至被照平面 A A 的距离的距离 I 的平方成反比。的平方成反比。2IAEI IE E与光强与光强 I I 成正比成正比E E与距离与距离I I的的平方成反比平方成反比 点光源点光源N N平面（任意平面）平面（任意平面）H H平面（水平平面）平面（水平平面）P P点点立体角立体角 ddndA距离距离 I

5、光光 强强 IndA ( (光强光强 中心与中心与 N N 平面垂直平面垂直) )I立体分析模型立体分析模型简化分析模型简化分析模型立体模型平面化处理 3 3） 点光源直射照度距离平方反比定律的导出点光源直射照度距离平方反比定律的导出 按照图中所示，点光源S S垂直照射到假设平面N N的P P点上， 入射光与N N平面垂直。N N平面单元面积 上的光通量dd为： 可得可得N N平面上的照度平面上的照度 ： 上式就是点光源光辐射垂直指向N N平面P P点上的照度 的表达式， 也称法线照度。 这就是著名的这就是著名的“点光源直射照度的距离平方反比定律点光源直射照度的距离平方反比定律”。 的的立立体

6、体角角d d至至面面积积元元d dA A光光光光源源S S投投射射点点发发光光强强度度I Id dn nddAdA：d2n2nI Il l按按照照立立体体角角d d的的定定义义d dI Id d : :即2 22 2n nn nI Id dd dI Id dA Ad dE El ll l):(体角密度体角密度点光源辐射光通量的立点光源辐射光通量的立发光强度发光强度光强光强ndAnEnE导出点光源直射照度的距离平方反比定律导出点光源直射照度的距离平方反比定律已知：已知： = =I I代入照度公式代入照度公式: :)I (面积面积 A A点光点光源源 照度照度E E光通光通量量立体角立体角)(2I

7、A AAEI光强光强距离距离 I 2AI点光源直射照度距离平方反比定律的条件点光源直射照度距离平方反比定律的条件: :点光源点光源S S辐射的光强中心线与被照射的辐射的光强中心线与被照射的 N N 平面垂直。平面垂直。N N平面平面S 点光源直射照度距离平方反比定律的实际应用分析之一点光源直射照度距离平方反比定律的实际应用分析之一 很多垂直吊挂的的灯具很多垂直吊挂的的灯具, ,例如例如: :在工厂、车间、超市、商场等等的照明，在了解灯具在工厂、车间、超市、商场等等的照明，在了解灯具中心的发光强度值之后，可以采用中心的发光强度值之后，可以采用照度的距离平方反比定理照度的距离平方反比定理评估被照明

8、平面的照度值评估被照明平面的照度值 点光源直射照度距离平方反比定律的实际应用分析之二点光源直射照度距离平方反比定律的实际应用分析之二 点点P P1 1的照度的照度E E1 1点点P P2 2的照度的照度E E2 2假设条件假设条件: :二个点光源二个点光源S S, ,功率相同功率相同, ,但直射照明距离分别为但直射照明距离分别为: :I 1 1 = 2 = 2 I 2 2I 1I 2E 2 = 4 E 1SS?EE12 但是但是, ,实际的照明中实际的照明中, ,点光源直射照明点光源直射照明并非都是光源光强的中心与被照明的平面相垂直的并非都是光源光强的中心与被照明的平面相垂直的因此必需研究一种

9、更方便的方法因此必需研究一种更方便的方法这就是这就是: :点光源直射照度的距离平方反比余弦定律点光源直射照度的距离平方反比余弦定律照明照明的主要定律之二的主要定律之二 点光源直射照度的距离平方反比余弦定律。点光源直射照度的距离平方反比余弦定律。 点光源直射照度的距离平方反比定律的条件点光源直射照度的距离平方反比定律的条件: :点光源辐射的光强中心线与被照射的点光源辐射的光强中心线与被照射的 N N 平面垂直。平面垂直。在体育场照明上：在体育场照明上：点光源辐射的光强中心线点光源辐射的光强中心线与被照射的平面不是垂直关系与被照射的平面不是垂直关系SS照明照明的主要定律之二的主要定律之二 点光源直

10、射照度的距离平方反比余弦定律。点光源直射照度的距离平方反比余弦定律。 在体育场照明上：在体育场照明上：点光源辐射的光强中心线点光源辐射的光强中心线与被照射的平面不一定是垂直关系与被照射的平面不一定是垂直关系H HSIh hPShHPSPP如果我们需要关心水平面如果我们需要关心水平面H H上的照度上的照度h h，就需要在，就需要在距离平方反比定律距离平方反比定律引入引入COSCOS 点光源点光源N N平面（任意平面）平面（任意平面）H H平面（水平平面）平面（水平平面）P P点点立体角立体角 ddndA距离距离 I 光光 强强 IndA ( (光强光强 中心与中心与 N N 平面垂直平面垂直)

11、)IH HSIh hP分析模型分析模型简化分析模型简化分析模型定义光源定义光源 S S 在水平面在水平面 H H 上上 P P 点的直射照度为点的直射照度为 EhEh已知已知点光源光辐射垂直指向N N平面P P点上的照度 的表达式为:2 22 2n nn nI Id dd dI Id dA Ad dE El ll lhI IEhHNEncosIcosEEHnh2l平平面面上上的的照照度度：得得PSlnE这就是应用广泛的这就是应用广泛的点光源直射照度的距离平方反比余弦定理点光源直射照度的距离平方反比余弦定理EhEnHSP体育照明实例体育照明实例 （足球场足球场） H HSIh hP简化分析模型简

12、化分析模型采用灯具组成的光带照明为主采用灯具组成的光带照明为主 H HSIh hPcosIcosEEnh2l水水平平照照度度：运运动动场场必必须须符符合合规规定定的的简化分析模型简化分析模型体育照明实例（体育照明实例（室内体育场室内体育场 篮球场篮球场） 采采 用用 灯灯 具具 组组 成成 的的 环环 形形 光光 带带 式式 照照 明明 为为 主主H HSIh hP简化分析模型简化分析模型综合体育场综合体育场 光带式照明光带式照明综合体育场综合体育场照明方式采用照明方式采用 相结合相结合 塔式的照明塔式的照明计算机生成的瞄准点图例计算机生成的瞄准点图例 以四个高柱以四个高柱塔式照明塔式照明瞄准

13、全体育场实施瞄准全体育场实施均匀照明均匀照明在垂直立面的投光照明实例中，在垂直立面的投光照明实例中， 投光灯辐射光强的中心线，往往与被投光照明的垂直立面呈现一个倾斜的角度。投光灯辐射光强的中心线，往往与被投光照明的垂直立面呈现一个倾斜的角度。 泛光照明为主的建筑夜景泛光照明为主的建筑夜景cosIEP2hI点点的的照照度度：建建筑筑立立面面上上高 楼 立 面I距离距离I泛光照明泛光照明p在建筑垂直立面的投光照明实例中在建筑垂直立面的投光照明实例中( (从下向上投射从下向上投射) )， 投光灯辐射光强的中心线，投光灯辐射光强的中心线， 往往与被投光照明的垂直立面呈现一个倾斜的角度。往往与被投光照明

14、的垂直立面呈现一个倾斜的角度。 泛光照明为主的建筑夜景泛光照明为主的建筑夜景H HSIh hPcosIEP2hI点点的的照照度度：建建筑筑立立面面上上HSIPh距离距离I建筑立面泛光照明的简化分析模型 生态园林夜景 园林中的灯光 但是但是, ,实际的照明中实际的照明中, ,点光源直射照明点光源直射照明还不止上述这些要求还不止上述这些要求因此还必需研究一些方法因此还必需研究一些方法这就是这就是: :点光源直射照明的垂直照度求解点光源直射照明的垂直照度求解vE 此时场面实况的垂直照度极为重要此时场面实况的垂直照度极为重要大型体育馆的照明灯具都是在上面马道上向下直射照明的大型体育馆的照明灯具都是在上

15、面马道上向下直射照明的鸟鸟 巢巢画卷画卷 h hd dV V平面平面垂直平面垂直平面H H平面平面水平平面水平平面S S 距离距离 I I光源光源距离距离 l lS S hEnEvE简化分析模型简化分析模型d dh h分析垂直照度分析垂直照度 的模型如下的模型如下:vEsinIsinEE2nvl垂直照度垂直照度 的表达式的表达式vEsincoshIsinIE222vl垂垂直直照照度度表表达达式式二二sincoshIE22vcoshcoshcosh222lll sinIsinEE2nv垂垂直直照照度度表表达达式式l垂直照度垂直照度 的导出的导出: :vEhEnEvE距离距离 l ld d光源光源

16、 Sh h简化分析模型简化分析模型( (下面看看实际应用的计算例子下面看看实际应用的计算例子) )按照常规容易获取的参数按照常规容易获取的参数h h , ,导出垂直照度导出垂直照度 的表达式的表达式: :vE点光源直射垂直照度计算例子点光源直射垂直照度计算例子 采用一种射灯对墙上的壁画进行特写照明，如图射灯光轴与天棚平面呈采用一种射灯对墙上的壁画进行特写照明，如图射灯光轴与天棚平面呈4545 天棚高度天棚高度2.62.6米米, ,壁画中心离地壁画中心离地1.61.6米米，射灯光强分布特性如下表，射灯光强分布特性如下表, , 试计算试计算壁画中心点的照度壁画中心点的照度大小。大小。 I1.6 米

17、2.6 米1米壁画中心的射灯垂直照度计算图例 求解壁画中央垂直照度求解壁画中央垂直照度 按照射灯光强分布最大值按照射灯光强分布最大值3420 lm ,h=13420 lm ,h=1米，米，=45=45则如图则如图, , 壁画中心的射灯垂直照度计算为壁画中心的射灯垂直照度计算为: : 壁画中央垂直照度为壁画中央垂直照度为1208 lx .1208 lx .sincoshIE22v根据垂直照度计算公式根据垂直照度计算公式l lx x 6 61 12 20 08 87 70 07 70 07 70 07 70 03 34 42 20 0s si in nc co os sh hI IE E2 22

18、22 2v v.1.6 米2.6 米1米壁画中心的射灯垂直照度计算图例距离距离 l ld d光源光源 Sh h简化分析模型简化分析模型vEvE 光是光是文化文化, ,光是一种光是一种语言语言，一种，一种号召号召，一种，一种诱惑诱惑，一种，一种吸引吸引，一种，一种刺激刺激从哲理而言从哲理而言 当目标需要当目标需要强调强调，需要，需要突出突出，需要，需要特写特写，需要，需要浓妆艳抹浓妆艳抹，需要，需要撼动人心撼动人心 就可以用光。就可以用光。这和所有的艺术家这和所有的艺术家, ,文学家文学家, ,诗人的手法是一样的。诗人的手法是一样的。 点光源直射照明有时候能构成点光源直射照明有时候能构成强烈的明暗对比强烈的明暗对比， 而人们的眼球往往总是首先被最亮区域所吸引的而人们的眼球往往总是首先被最亮区域所吸引的 重点照明重点照明 定向照明定向照明点光源直射照明点光源直射照明 指向性照明指向性照明 特写照明特写照明 特殊照明特殊照明 从杨丽萍舞蹈