电气照明4第四章 照明器

1、1第四章 照明器第一节 照明器的特性第二节 照明器的设计第三节 照明器的分类第四节 照明器的选用2照明器是由光源、照明灯具及其附件共同组成的。照明器的作用: 固定光源和保护光源，使之与电源安全可靠地连接。美化环境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。3光学特性：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。 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。 第一节 照明器的特性4光轴：通过光中心的竖垂线称为光轴。光中心：把一个有一定尺寸的光源（照明器）看作一个点，它的

2、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。光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光术语 第一节 照明器的特性5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。c光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光术语 第一节 照明器的特性6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。 第一节 照明器的特性c光轴光轴光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光术语7 以极坐标原点为光中心

3、，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，得到该灯具的配光极坐标曲线。白炽灯配光曲线(一) 极坐标配光曲线 第一节 照明器的特性8 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. 对称配光曲线乳白玻璃水晶底吊灯的配光曲线 第一节 照明器的特性9照明器

4、的配光曲线应用EI 第一节 照明器的特性10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，从原点到交点的长度为该方向的光强，即75cd。 第一节 照明器的特性112. 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。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 第一节 照明器的特性12A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CC(C45平面平面)*资料不同，水平角有差

5、异简式单管荧光灯照明器的配光曲线简式单管荧光灯照明器的配光曲线 如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) 第一节 照明器的特性13荧光灯的配光曲线 第一节 照明器的特性14简式单管荧光灯照明器的配光曲线简式单管荧光灯照明器的配光曲线A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CB(C45平面平面) 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 第一节 照明器的特性15 在照明计算中，图解法精确度不易保证，

6、将极坐标曲线用列表方式表示，能获得较为精确的光强值。 051525354555657585I I( (cdcd) )7576808286755745444395105115125135145155165175180I I( (cdcd) )43444544423834292422 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。 第一节 照明器的特性16 第一节 照明器的特性17 第一节 照明器的特性18 第一节 照明器的特性191000rrII 若实际光源的光通量不是1000lm，光强可根据下面公式换算：)()()(1000cdI

7、lmcdrlmIrr垂直角方向的光强照明器在实际光源时通量照明器中实际光源的光角方向上的光强时垂直角为照明器中光源为 如果一个照明器安装了两只或更多光源，光强换算时取它们的光通量之和。 第一节 照明器的特性20（二）直角坐标配光曲线 对于聚光很强的投光灯，其光强集中分布在一个很小的立体空间，用直角坐标表示配光曲线。直角坐标配光曲线 第一节 照明器的特性21(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 第一节 照明器的特性22等面积天顶投影等光强曲线 围绕灯具的球表面上的一个平面内，将等

8、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。 第一节 照明器的特性23 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。 第一节 照明器的特性242、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。 第一节 照明器的特性25 泛光照明等光强与区域光通量泛光照明等光强与区域光通量左半部：在等

9、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 第一节 照明器的特性26二、照明器的遮光角与亮度分布（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。 功能是限制光源的直射光，对于任意位置的平视观察者眼睛的入射角的最小值，因此具有限制或消除眩光的作用。 第一节 照明器的特性27 1) 一般照明

10、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。 arctanh/r 第一节 照明器的特性28 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45 85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15 30保护角 。 第一节 照明器的特性292) 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。格栅型照

11、明器的遮光角 第一节 照明器的特性30格栅型照明器的遮光角) ( )(/arctan)( /arctan)( /arctan22方向沿对角线沿宽度方向沿长度方向bahbhah长方形格栅三个遮光角 第一节 照明器的特性31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。 第一节 照明器的特性32（二）亮度分布： 照明器的平均亮度可计算如下：/pLIA灯具发光部分投影面积计

12、算图 第一节 照明器的特性33三、照明器的效率1、定义： 照明器所辐射出的光通量 与光源发出的总光通量 之比，称为照明器效率，用 表示。 公式:ss照明器各部分对效率的影响 第一节 照明器的特性342、各种照明器的效率：带反射罩型（狭照、中照） 0.7以上 广照型搪瓷 0.60.7 特广照型 0.75以上 乳白玻璃型 0.5左右 各种吸顶灯 0.30.5 开启式荧光灯具 0.8以上 格栅式荧光灯具 0.450.6 投光灯具 0.6左右 第一节 照明器的特性353、照明器各部分对效率的影响 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

13、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。 第一节 照明器的特性364、提高照明器效率注意事项 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。 第一节 照明器的特性375、应用 1) 敞口式照明器的照明效率较高。取决于三个因素:

14、 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%。 第一节 照明器的特性con38一、照明器设计的目的 1、配光设计 2、电气或配线设计 3、机械设计及热工设计 4、装饰设计 第二节 照明器的设计第二节 照明器的设计39二、照明设计的基本流程 光学设计是照明器设计的特有要素。1、确定概念设计；2、设置配光目标；3、照明器的光学设计；4、照明器的总体设计；5、计算分析、校验，并测试。 第二节 照明器的设计40灯具

15、设计流程 第二节 照明器的设计41 第二节 照明器的设计三、照明器的主要控光部件要想按照我们的意志控制光线（滤光，转换，重新分配），就必须要有光控元件 下列为灯具中常用的光学器件：反射器件、折射器件、漫射器件、滤光器件、屏蔽器件42 第二节 照明器的设计光线的不同分布43 第二节 照明器的设计反射器件最普通的光学器件三种基本类型的反射器件定向反射遵守所有的反射定律精确的光学分布镜面铝是最常用的材料44 第二节 照明器的设计反射器件不同镜面材料的反射率材料 加工 反射率铝面 磨光和电镀 0.7镀铝金属面高纯铝 磨光和电镀 0.8银面 磨光和电镀 0.9玻璃和塑胶 覆铝 0.85-0.88铬 磨光

16、 0.65不锈钢 磨光 0.6045 第二节 照明器的设计反射器件散反射无光源的镜面象适度的视觉控制:光束柔和锤打，腐蚀，刷漆的普通镜面反射通常为散反射46 第二节 照明器的设计反射器件漫反射任何方向都有散射光无精确的光线控制无光泽的磨光金属或油漆面是最普通的漫反射表面发射器外型不是很重要反射器越深 , 光线间的相互作用以及吸收作用越大，效率越低。47外形各异的反射器件 反射器件的形状决定了光束图案 平面反射器: 通常用于装饰型灯具，主要用于图象的反射而非光线的控制 第二节 照明器的设计48外形各异的反射器件 反射器件的形状决定了光束图案 抛物线反射器 点光源放置在焦点位置将产生平行光束 第二

17、节 照明器的设计49外形各异的反射器件 点光源从焦点位置外移将产生会聚性光束，内移将产生发散性光束有具体尺寸的光源位于焦点将产生不同的散射光束，其决定于入射点到光源的距离 第二节 照明器的设计50外形各异的反射器件 要达到精确的光束控制 , 灯泡在反射器中的相对位置非常重要。如果位置有偏差，则光分布将完全不同 第二节 照明器的设计51外形各异的反射器件 平滑面反射器和小平面反射器平滑面反射器 : 窄光束小平面反射器 : 光束较宽 第二节 照明器的设计52外形各异的反射器件 球形反射器和抛物线反射器的结合将产生非对称光束分布外围光束强度将比中心光束强度要高 第二节 照明器的设计53折射器件利用光

18、的折射原理将透光材料做成灯具元件，改变光线前进方向，获得合理的光分布。透镜（a）凸透镜（b）凹透镜 第二节 照明器的设计54折射器件菲涅耳菲涅耳透镜原理透镜原理（a）平凸透镜（平凸透镜（b）菲涅耳透镜菲涅耳透镜 第二节 照明器的设计55折射器件通过光折射产生光分布材料通常为聚苯乙烯或丙烯酸聚合物 第二节 照明器的设计56遮光器件遮光装置的作用是减少眩光遮光装置:挡板和百叶: 通常用于荧光灯灯具遮光角 : 是指照明器出光沿口遮蔽光源体使之完全看不见的方位与水平线的夹角.内置格栅:位于灯泡上方的小水平平面，用于泛光灯。 第二节 照明器的设计57采用一些遮光器件，附加到灯具上去，从而达到增大灯具保护

19、角，达到减少眩光的目的。 常用的遮光器的结构 第二节 照明器的设计58光导纤维和导光管光导纤维的结构原理如图所示. 其芯体由透明材料制成，外包层材料的折射率比芯体稍低. 光线经过多次的全反射可从光纤的一端传到另一端. 在光导纤维中的全反射 第二节 照明器的设计59用于照明的光导纤维的发光形式有两种，如图所示. 图(a)为端发光，图(b)为侧发光. 光导纤维的两种发光形式 (a) 端发光；(b) 侧发光1 光发生器；2 光纤；3 终端发光头 第二节 照明器的设计60无论采用哪种光纤照明，都需有一个光发生器. 光发生器的原理如图所示. 光纤光发生器的结构原理 第二节 照明器的设计61导光管也是一种

20、远程传光系统，而且可以用来传输大的光通量. 现在常用的导光管有两种，一种是有缝导光管，另一种是棱镜导光管. 棱镜导光管结构示意图 (a) OLF的结构；(b) OLF卷成的导光管 第二节 照明器的设计con62一、按照明器的用途分类(一) 功能性照明器l 保护光源、提高光效、降低眩光l 装饰效果(二) 装饰性照明器l 美化环境、烘托气氛，照明器造型和光线色泽l 照明器效率、限制眩光 第三节 照明器的分类第三节 照明器的分类63二、按防触电保护方式分类n 根据防触电保护方式，照明器可分为0、I、II、III四类。n 从电气安全角度， 0类照明器的安全程度最低，I、II类较高， III类最高。 第

21、三节 照明器的分类等级主要性能应用0类基本绝缘防止触电适用空气干燥、尘埃少、木地板等条件下类易触及部分和外壳有接地装置 用于金属外壳的照明器,如投光灯、路灯、家庭灯等类 双重绝缘或加强绝缘适用环境差、人经常触摸的照明器类利用特低安全电压（交流有效值不超过50V）用于恶劣环境，如机床工作灯、儿童用灯等64三、按照明器的防尘、防水等分类n有多种外壳防护方式起到保护电气绝缘和光源的作用。采用特征字母“IP”加两个数字来表示照明器的防尘、防水等级。 n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

22、赖关系，有多种配合。有多种外壳防护方式起到保护电气绝缘和光源的作用。采用特征字母“IP”加两个数字来表示照明器的防尘、防水等级。 第三节 照明器的分类65四、按照照明器光通量在空间的分布分类 按灯具向上、向下两个半球空间发出的光通量的比例来分 第三节 照明器的分类66直接照明型 光通集中在下半球，有窄光、中宽光各种形式。 光的利用率高。 易获得局部地区高照度 顶棚较暗，产生眩光 适于高大空间的一般照明、厂房、大厅、体育馆等，常用的深照、中照、广照、嵌入式荧光灯、发光顶棚、点射灯等向上光通用向上光通用010向下向下10090特性配光曲线 第三节 照明器的分类67半直接照明型 漫射型 具有直-间接

23、照明特点，利用率中等、上下阴影得到改善，由于扩散作用，可减少眩光；反射率高能发挥好的效果，整个空间明亮 需要创造环境气氛和要求经济性比较好的场所：办公大厅、学校、饭店和家庭等； 常用各式玻璃灯具、开启式荧光灯、枝花吊灯等 向上光通用4060向下6040特性配光曲线 第三节 照明器的分类68半间接照明型 间接型 向下光占极少部分，光的利用率较低，顶棚较亮。绝大部分或全部光向上发射，整个顶棚变成二次发光体，光线柔和、没有阴影 适用于创造环境气氛为主，而不注重经济性能的场所：如反射型（金属）吊灯、暗槽反射灯、檐口照明等 向上光通6090向上光通90以上特性配光曲线 第三节 照明器的分类69五、按照明

24、器配光曲线分类特深照型、深照型、配照型、漫散型、广照型等 第三节 照明器的分类70六、按照明器结构特点分类结构特点开启型光源与外界空间直接接触(无罩)闭合型透明罩将光源包合起来，但内外空气仍能自由流通密闭型透明罩固定处加严密封闭，与外界隔绝相当可靠，内外空气不能自由流通防爆型符合防爆电气设备制造检验规程的要求，能安全地在有爆炸危险性介质的场所使用。有安全型和隔爆型。安全型在正常运行时不产生火化电弧；或把正常运行时产生的火化电弧的部件放在独立的隔爆室内隔爆型在照明器的内部产生爆炸时，火焰通过一定间隙的防爆面后，不会引起外部的爆炸防震型照明器采取防震措施，安装在有震动的设施上 第三节 照明器的分类

25、71 第三节 照明器的分类72七、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 第三节 照明器的分类con73照明设计的一个重要环节就是根据功能要求和环境条件，选择合适的照明器和装置，并将照明功能和装饰效果有机的协调和统一。基本原则n按配光曲线选择照明器合适的光特性n按使用环境条件选择照明器符合场地的环境要求n按经济效果选择照明器经济性 第四节 照明器的选用第四节 照明器的选用74一、按配光曲线选择 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，还应考虑照明器的装饰效果和经济

26、性。 （1）办公室和公共建筑 （2）高大建筑物 （3）要求垂直照度时 （4）室外照明 第四节 照明器的选用75二、按使用环境条件选择 （1）正常环境 （2）潮湿场所 （3）腐蚀性气体场 （4）爆炸危险场所 （5）较大震动场所 （6）易受机械损伤场所 （7）有装饰要求场所 （8）特殊场所 第四节 照明器的选用76三、按照明器的使用空间选择 见表4-12四、按经济效果选择 考虑初期投资和年运行费用（包括电费、更换光源费、维护管理费和折旧费等） 第四节 照明器的选用771、台灯和地灯 是以某种支撑物来支撑光源，从而形成统一整体的灯具台灯、地灯特点：功能性补充照明移动性移动功能装饰性活跃气氛、丰富空间

27、层次安全性使用要求 第四节 照明器的选用787980 第四节 照明器的选用81822、吊灯n照明的广普性功能性n具有一般照明的特点，得到轻松的环境气氛。n能使墙面、地面和顶棚均匀受光，并与重点照明结合使用，光线柔和、阴影减少。n装饰性突出艺术性n吊灯的造型和艺术形式在某种意义上决定了整个空间的艺术风格和装修挡次，体现一种综合性的艺术形式。 第四节 照明器的选用83848586n 调节和转换视空间环境n 满足视觉对空间环境概念的转换、调整人在心理上的视觉需要，改善室内空间的比例关系。n使灯具与整体空间的比例适宜，增加亲密感！ 薄薄 型型3m以下层高以下层高 厚厚 型型4m以上层高以上层高 匀称型匀称型34m