灯具光学讲义1

关于灯具光学讲义[1]

电磁波频谱图电磁波频谱图

常用380—780nm表示可见光的范围第2页,共84页，2024年2月25日，星期天平面角和立体角

α=

在光度学物理量的基本定义中都要引用到立体角这一概念，而且立体角在照明计算中也经常用到。lαAoB(a)sAA＇r(b)orΩ光度学的几个基本概念Ω=

平面角和立体角第3页,共84页，2024年2月25日，星期天辐射能和光辐射能（Qe）、辐通量（Φe）、辐强度（Ie）、辐照度（Ee）、辐亮度（Le）；对应的光度量定义：光能量（Qv）、光通量（Φv）、光强度（Iv）、光照度（Ev）、光亮度（Lv）；Km最大光谱光效能=683lm/W第4页,共84页，2024年2月25日，星期天眼睛处在明视觉条件下的光谱光效率曲线

作为光度量——客观评价的物理量，必须要规定和使用世界上认可并适用的标准人眼和它的光谱灵敏度数值，这就是目前已被公认的光谱光效率υ（λ）也称视见函数

00.20.40.60.81.0υ400500600700nmλ（）υλ第5页,共84页，2024年2月25日，星期天ΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2常用光度学单位及其相互关系光通量Φ（lm）光强I（cd）照度E（lx）

第6页,共84页，2024年2月25日，星期天常用的光度测量定律

a)照度的平方反比定律

E=

I垂直于光线传播方向的照度与光源在该方向的光强成正比，与光源到表面的距离的平方成反比。

注意：只有点光源才符合距离平方反比定律。(测试距离不应少于灯具出光口面最大尺寸的10倍。)

第7页,共84页，2024年2月25日，星期天b)照度的余弦定律：E=·cosθS1面：E1==；S2面：E2=；

∵

S1=S2cosθ∴

显而易见：E2=E1cosθ

将它与照度的平方反比定律结合起来就有：第8页,共84页，2024年2月25日，星期天c)余弦立方定律式中：I—点光源射向该点的光强；h—光源离该平面的高度；θ—平面法线与入射光线的夹角；—OA长度。E=·cosθ=·cos3θ

第9页,共84页，2024年2月25日，星期天屋边路边γA。。。。γA（，）（，）90BγBγB。c-γ坐标系统适合路灯的分布光度系统第10页,共84页，2024年2月25日，星期天国际照明学会推荐的分布光度C-γ坐标系统

第11页,共84页，2024年2月25日，星期天V-H坐标系统适合投光灯的分布光度系统第12页,共84页，2024年2月25日，星期天国际照明学会推荐的分布光度Β

-β坐标系统

第13页,共84页，2024年2月25日，星期天光度学中常用的坐标空间光强分布，可以通过三种方式：1、极坐标室内灯路灯2、直角坐标投光灯3、等光强图不对称配光旋转对称二个对称平面一个对称平面第14页,共84页，2024年2月25日，星期天极坐标第15页,共84页，2024年2月25日，星期天直角坐标第16页,共84页，2024年2月25日，星期天等光强曲线示意第17页,共84页，2024年2月25日，星期天等光强曲线第18页,共84页，2024年2月25日，星期天

灯具光度测试报告解读和在照明计算中的应用第19页,共84页，2024年2月25日，星期天道路灯具子午面配光曲线圆锥面配光曲线等光强曲线等照度曲线光通量利用系数曲线第20页,共84页，2024年2月25日，星期天子午面配光曲线圆锥面配光曲线光源：400WHPS第21页,共84页，2024年2月25日，星期天等光强曲线第22页,共84页，2024年2月25日，星期天IESNA路灯分类图第23页,共84页，2024年2月25日，星期天人行道边线1.0MH2.25MH3.75MH6.0MH2.75MH1.75MH1.0MH马路横跨线用圆形网图表示IESNA路灯分类第24页,共84页，2024年2月25日，星期天

灯具的纵向分布分为三种（供参考）：1、当最大光强点位于1.0和2.25MHTRL之间时，此灯具被归类为Short(S)分布，最大的灯具间隔是安装高度的4.5倍；2、在2.25和3.75MHTRL之间的，此灯具被归类为Medium(M)分布，最大的灯具间隔是安装高度的7.5倍；3、在3.75和6.0MHTRL之间称为Long(L)分布，最大的灯具间隔是安装高度的12倍。灯具的横向分布分为四类：1、当灯具位于或接近于道路边，50%最大光强的曲线位于参考轴的两边且屋边1.0M宽，路边1.0-MH宽，这种灯具被称作І类；2、50%最大光强的轨迹的横向宽度在路边1.75MHLRL以内，属于Ⅱ类；3、部分的或全部在路边1.75MH和2.75MHLRL之间，属于Ⅲ类；4、部分的或全部的在路边2.75MHLRL以外，属于Ⅳ类。第25页,共84页，2024年2月25日，星期天最大光强的垂直角度以上的光分布控制

IESNA眩光控制分类完全截光型

离开灯下点90°（r=90°）以上的所有角度的光强值为0，而且在离灯下点80°（r=80°）的位置每1000流明的光强值不超过100cd（10%）。围绕灯具的所有横向角度都要满足这个要求。截光型

离开灯下点90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光强值不超过25cd（2.5%），而且在离灯下点80°（r=80°）的位置不超过100cd（10%）的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角度。半截光型

离开灯下点90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光强值不超过50cd（5%），而且在离灯下点80°（r=80°）的位置不超过200cd（20%）的灯具是达到截光水平的。同样应用到围绕灯具的所有横向角度。第26页,共84页，2024年2月25日，星期天完全截光型灯具第27页,共84页，2024年2月25日，星期天安装高度修正系数k54.0062.7872.0481.5691.23101.00110.83120.69130.59140.51150.44160.39Eh=kE10等照度曲线后面例题第28页,共84页，2024年2月25日，星期天当灯具安装在9米高，求在马路上且垂直于马路纵向的方向上，离灯下点的水平距离13.5米的地方的照度值是多少？第29页,共84页，2024年2月25日，星期天求照度均匀度光通量利用系数曲线路灯头的仰角第30页,共84页，2024年2月25日，星期天光通量利用系数曲线示意第31页,共84页，2024年2月25日，星期天道路上照度均匀度=最小照度/平均照度平均照度=光源光通量×利用系数×维护系数灯间隔距离×路宽例题：道路宽10米，灯具的安装间隔是15米，灯的高度10米，求路面的平均照度是多少？用光通量利用曲线和等照度曲线计算照度均匀度第32页,共84页，2024年2月25日，星期天维护系数（K）维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。建筑物特征分类维护系数（K）

卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7第33页,共84页，2024年2月25日，星期天室内灯具光通比与距高比极坐标配光曲线空间等照度曲线平面等照度曲线利用系数CU概算曲线第34页,共84页，2024年2月25日，星期天

最大距高比:

A-A:1.2B-B:1.7

CIE分类:直接向上光通比:.0%向下光通比:63.0%灯具效率:63.0%

光通比与距高比第35页,共84页，2024年2月25日，星期天

CIE分类:直接向上光通比:.0%向下光通比:63.0%灯具效率:63.0%

第36页,共84页，2024年2月25日，星期天θ1/2——½照度角最大距高比:

A-A:1.2B-B:1.7第37页,共84页，2024年2月25日，星期天距高比：1.2距高比：1.7距高比：2.1第38页,共84页，2024年2月25日，星期天灯具描述：70WHPS；光源被垂直装在一个旋转对称反射器内极坐标配光曲线第39页,共84页，2024年2月25日，星期天例：在灯下6米，距灯下点3米的地方的照度有多大？空间等照度曲线第40页,共84页，2024年2月25日，星期天灯具描述：支架灯具；36W荧光灯管极坐标配光曲线第41页,共84页，2024年2月25日，星期天极坐标配光曲线示意第42页,共84页，2024年2月25日，星期天例：在灯下6米，c-0方向距灯下点3米的地方的照度有多大？平面等照度曲线第43页,共84页，2024年2月25日，星期天γ平面等照度曲线示意第44页,共84页，2024年2月25日，星期天流明法利用灯具的配光曲线或等照度曲线，按照灯具的布置方式直接计算室内各点的照度。逐点计算法利用灯具的配光曲线考虑到房间大小形状、房间中各个面的反射率和灯具布置方式后计算灯具直接射到工作面上的光通量和射到室内其它表面（包括墙、天花板、地板）后反射的光线再投到工作面上的光通量之和除以工作面的面积得到平均照度。照度计算第45页,共84页，2024年2月25日，星期天室空间比ＲＣＲRCR=5hRC(L+W)/L*W室内照明计算是把房间看作直六面体，能表征房间尺寸的表式就是室空间比（室指数）。越是低而宽敞的房子，可得到的光通利用率越高，越是狭而高的房间，光通利用率越低。第46页,共84页，2024年2月25日，星期天利用系数:

ρCC80705030100ρW5030105030105030105030105030100WDRCRCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρFC=200.75.75.75.73.73.73.70.70.70.67.67.67.64.64.64.631.68.65.63.66.64.62.63.62.60.61.60.59.59.58.57.56.1822.61.57.54.59.56.54.57.55.52.55.53.51.54.52.50.49.1763.54.50.47.53.49.46.52.48.46.50.47.45.49.46.44.43.1684.49.44.40.48.44.40.46.43.40.45.42.39.44.41.39.37.1605.43.38.35.43.38.34.42.37.34.40.37.34.39.36.33.32.1546.39.34.30.38.34.30.37.33.30.36.32.30.35.32.29.28.1457.35.30.26.35.30.26.34.29.26.33.29.26.32.28.26.24.1388.31.26.23.31.26.22.30.26.22.29.25.22.29.25.22.21.1319.28.23.19.28.23.19.27.22.19.26.22.19.25.22.19.18.12510.25.20.17.25.20.17.24.20.17.24.20.17.23.19.17.16.118利用系数CUΡcc——顶棚空间的反射系数;ρw——墙面的反射系数;ρfc——地板空间的反射系数;WDRC——墙面直接辐射系数

第47页,共84页，2024年2月25日，星期天平均照度=光源光通量×灯具数量×CU×维护系数/长×宽灯具数量=平均照度×长×宽/光源光通量×

CU×维护系数第48页,共84页，2024年2月25日，星期天维护系数（K）维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。建筑物特征分类维护系数（K）

卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压水银荧光灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7第49页,共84页，2024年2月25日，星期天利用系数法及灯具概算曲线应用例某电机装配车间，双侧开窗，采用钢筋混凝土多边形屋架，因此顶棚有效反射率ρcc是47%。下弦高度12M。屋内墙及大型屋面板均喷白，因此墙面平均反射率ρw是41.5%。地面为混凝土地坪水泥砂浆抹面，因此地面反射率ρf是20%。车间跨度W=18M，长度L=54M，柱距6M。试确定照明方案和灯数。1.照度的确定和灯型选择：设计要求该车间平均照度为90lx。拟选用D-16号GC5-B-4型深照型400W高压水银荧光灯，装于屋架下弦，工作面高度距地面0.8M。2.求室空间比：灯的计算高度为h=12-0.8=11.2MRCR=[5×11.2×(54+18)]/54×18=4.153.查D-16号灯具图表，用内插法求出利用系数u=0.371。该车间属于B类，维护系数K=0.7，光源光通F=20000lm应用公式N=90×54×18/（20000×0.371×0.7）=16.8个第50页,共84页，2024年2月25日，星期天

利用系数:

ρCC705030100ρW5030105030105030105030100RCRCOEFFICIENTSOFUTILIZATIONFORρFC=201.69.66.64.66.64.62.63.61.60.61.59.58.572.60.56.52.58.54.51.55.52.50.53.51.49.473.52.47.43.50.46.42.48.45.41.47.43.41.394.46.40.36.44.39.36.43.39.35.41.38.35.335.40.35.30.39.34.30.38.33.30.36.32.29.286.36.30.26.34.29.25.33.29.25.32.28.25.237.32.26.22.31.25.21.30.25.21.29.24.21.208.28.23.19.28.22.19.27.22.18.26.22.18.179.26.20.16.25.20.16.24.19.16.23.19.16.1510.23.18.14.22.17.14.22.17.14.21.17.14.13D-16号灯具利用系数表：第51页,共84页，2024年2月25日，星期天概算曲线第52页,共84页，2024年2月25日，星期天投光灯具直角坐标配光曲线等光强曲线区域光通量第53页,共84页，2024年2月25日，星期天穿过反射器母线，且含有最大光强的截面上V角和H角的配光曲线直角坐标配光曲线第54页,共84页，2024年2月25日，星期天半峰发散角——在选定的通过最大光强的平面上，两个为50%最大光强的光强之间的夹角半峰边角——在选定的通过最大光强的平面上，最大光强与50%最大光强之间的夹角灯的有效光束——光强大于或等于10%最大光强的所有光束称灯具的有效光束(IES定义)投光灯光度特性的三个定义第55页,共84页，2024年2月25日，星期天等光强曲线区域光通量第56页,共84页，2024年2月25日，星期天第57页,共84页，2024年2月25日，星期天旋转反射器的设计和计算第58页,共84页，2024年2月25日，星期天第59页,共84页，2024年2月25日，星期天第60页,共84页，2024年2月25日，星期天第61页,共84页，2024年2月25日，星期天第62页,共84页，2024年2月25日，星期天第63页,共84页，2024年2月25日，星期天M第64页,共84页，2024年2月25日，星期天第65页,共84页，2024年2月25日，星期天第66页,共84页，2024年2月25日，星期天第67页,共84页，2024年2月25日，星期天反射器轮廓上的斜线段光源光线增量间隔角度△θ出射光线增量角△α第68页,共84页，2024年2月25日，星期天第69页,共84页，2024年2月25日，星期天第70页,共84页，2024年2月25日，星期天表1计算光束中各环带的光通环带（度）中间角度的光强（cd）环带常数环带内光通0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821

总和2410（lm）第71页,共84页，2024年2月25日，星期天第72页,共84页，2024年2月25日，星期天表2计算光源各环带内的光通环带环带内中间角上的光强（cd）环带常数环带内光通△Fθ170-1802920.09528160-1702910.28382150-1602890.463134140-1502040.628185130-1403050.774236120-1303130.897281110-1203130.993311946100-1103061.05832490-1002901.09131680-902751.09130070-802811.05829760-702960.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.62818620-302920.46313510-202510.283710-101010.09510

总和

3700（lm）第73页,共84页，2024年2月25日，星期天表3光束光通与光源能提供的光通二者计算表环带（度）光束配光曲线修正后需要的光通由光源来的直接光通二者差值△Fα0-1079285110-202498216720-3046313432930-4068318549840-5067323643750-6047028118960-70174*17470-8025*25总和28169461870第74页,共84页，2024年2月25日，星期天表4不同θ或α角度内的光通量角度α∑△Fα角度θ∑△Fθ0

0

1051107(10×0.85×0.8=7)202182055(7+71×0.85×0.8=55)3054730147401045402735014825043360167160618