《建筑设备》-第十一章

第一节电气照明的基本知识一、电气照明的有关概念１.光和光谱光是一种电磁能辐射能,在空间以电磁波的形式传播.电磁波的波长不同其特性也不相同,波长为３８０~７８０nm的电磁辐射波为可见光,其作用于人的眼睛就能产生视觉.在可见光的区域里不同波长呈现不同的颜色,如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色.把光线中不同强度的单色光,按波长长短排列,称为光源的光谱.所谓光源,是指能产生可见光的辐射体,而电光源就是作为电气照明的光源.２.光通量(φ)下一页返回第一节电气照明的基本知识光源在单位时间内向周围空间辐射出的使人眼产生光感觉的能量称为光通量,单位为lm(流明).一般而言,光源向周围空间辐射出的能量只有波长在５５５nm时能够完全转变成光通量,其他波长的能量转变为光通量时都要乘以小于１的不同系数,而波长为３８０~７８０nm以外的能量是不能转变为光通量的.３.发光强度(I)光源在给定方向上单位立体角内辐射的光通量,称为光源在该方向上的发光强度,单位为cd(坎德拉).其是表征光源发光能力大小的物理量.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识４.照度(E)受照物体表面上单位面积接收到的光通量称为照度,单位为lx(勒克斯).被光均匀照射的平面照度为照度是一个很重要的物理量,照明设计的主要任务就是要给工作面提供足够的照度.我国在照明标准中对各种工作场合规定了必需的最低照明度.５.亮度(L)人眼对物体亮或暗的感觉取决于该物体在人眼视网膜上成像的照度,而不取决于该物体本身的照度.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识也就是说,确定物体明暗程度取决于两个因素:一是物体垂直于观察者方向上的平面上的投影面积(这决定了在视网膜上成像的大小);二是被照物体(可看作间接发光体)在该方向上的发光强度(这决定了像的面积上能接受多少光通量).由此可知,亮度是指被照物体在给定方向(如人眼的视线方向)单位投影面积上的发光照度,其单位为cd/m２(尼特)或cd/cm２(熙提).如图１１-１所示,亮度的计算公式为上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识６.光源的显色性和显色指数在人工光源的照射下,物体表面的颜色与该光源的光谱成分有关,不同的光源其光谱特性是各不相同的.所以,同一种颜色的物体在不同光谱的光源照射下,会显现出不同的颜色.例如,在低压钠灯照射下,许多物体的颜色都会变成棕色或黑色.光源对被照物体颜色显现的性质称为光源的显色性.为表征光源的显色性而引入光源的显色指数.光源的显色指数是指在待测光源照射下,物体的颜色与日光照射下该物体的颜色相符合的程度.若将日光的显色指数定为１００,则人工光源的显色指数一般小于１００;如果物体颜色失真越小,人工光源的显色指数越接近１００,光源的显色性能就越好.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识二、照明的方式与种类１.照明的方式(１)一般照明.一般照明是指在整个场所或场所的某部分照度基本均匀的照明.对于工作位置密度很大而对光源方向又无特殊要求,或工艺上不适宜装设局部照明位置的场所,宜单独使用一般照明.一般照明是电气照明的基本方式,在满足规定的照度条件下,其起着主要的作用.(２)局部照明.局部照明是为了提高局部工作场所的照度,或工作场所对照度方向有要求而设置的区域照明.局部照明器具可直接安装在工作场所附近,如车床上的照明灯.局部照明属于一种补充照明,整个工作场所不应只设局部照明而不设一般照明.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识(３)混合照明.混合照明又称为综合照明,其由一般照明和局部照明共同组成.对于工作场所需要高照度并对照射方向有特殊要求的场合,常采用混合照明方式.其主要特点是既可使一般工作场所获得较均匀的照度,又可使有特殊要求的工作场所获得较高的照度.２.照明的种类(１)工作照明.工作照明是为保证工作和生活能正常进行所需要的照明,包括室内和室外照明.其可以单独使用,也可以与事故照明、值班照明同时使用,但控制线路必须分开.(２)事故照明.当工作照明因事故而中断时,供暂时继续工作和疏散人员用的照明称为事故照明,也称为备用照明或应急照明.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识事故照明一般采用白炽灯(或卤钨灯),并布置在事故发生后仍需继续工作的场所以及主要通道和入口.若用于继续工作,其照度不应低于原照度的１０％;若用于疏散人员,其照度应保证工作人员安全走出房间所需要的照度(不应小于０.５lx)除此以外,还有一些其他形式的照明、如值班照明(在非生产时间内供值班人员所使用的照明)、警卫照明(为了警戒需要而沿警卫线装设的常用照明)、障碍照明(装在建筑屋顶上作为障碍标志用的照明)、艺术照明(建筑物内的装饰照明)、专用照明(水下照明、舞台照明)、立面照明(建筑物的泛光照明、广告灯、霓虹灯)等.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识三、照明的质量照明设计的目的就是尽可能建立满意的照明效果,创造舒适的照明环境.在量的方面,要在工作面上得到合适、均匀的照度;在质的方面,要解决炫光、阴影、光色等问题.(１)在照明设计中合理的照度和均匀度,一般是参照国家制定的照度标准选用照度值,然而在允许的范围内适当提高照度能使视觉条件提高,这有助于提高劳动生产率,同时,也保护了工作人员的视力.至于照度的均匀性,也不能忽视,如果照度的均匀性不好就容易导致视觉疲劳并产生不快感,从而破坏照明效果.因此,合理的照度和均匀度是照明质量的重要指标.上一页下一页返回第一节电气照明的基本知识(２)眩光的限制.眩光是由于亮度分布不均匀,或亮度变化幅度太大,造成观看物体时感觉不舒服或视力下降.严重的眩光可使人感到眩晕,轻微的眩光时间长了视觉功能也会下降,因此,有必要对眩光进行限制.限制眩光可采用降低灯具的表面亮度,用磨砂玻璃、漫射玻璃或格栅等限制眩光;对局部照明灯具,采用不透光的灯罩且保护角应大于３０°;对一般照明的灯具,正确选用其类型并选择好悬挂高度.(３)光源良好的显色性在需要正确辨色的场所,要采用显色指数高的光源,如白炽灯、卤钨灯、荧光灯等.在单一使用高压汞灯或高压钠灯的场合,其显色性不能满足要求时,可以采用两种光源混合使用提高其显色性.上一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具一、建筑照明常用的电光源在电气照明中,各种电光源可以根据其原理构造等特点分为两大类:一类是热辐射光源———利用电流将物体加热到白炽程度辐射发光,如白炽灯、卤钨灯等;另一类是气体放电光源———利用电流通过气体发光,如荧光灯、高压汞灯等.这类光源具有发光效率高、使用寿命长等特点,如节能的新能源H形荧光灯、环形荧光灯、三基色窄谱带荧光灯等.１.建筑照明常用的电光源类型(１)白炽灯.下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具白炽灯是靠电流通过灯丝时产生大量的热能,使灯丝温度升高到白炽的程度(２４００~３６００K)从而引起辐射发光的.其特点是结构简单、价格低廉、辐射光谱连续、显色性好、使用方便等,因而得到广泛应用;其缺点是光效低(热辐能只有２％~３％为可见光),且不耐震,寿命短.(２)卤钨灯.卤钨灯是在白炽灯泡中充入微量的卤化物(碘化物或溴化物),利用卤钨循环的作用有效地避免了玻壳的黑化,抑制了钨丝蒸发,灯的寿命延长了,光效也提高了(光效比白炽灯高３０％).卤钨灯与白炽灯一样使用方便,无须点燃附件.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具卤钨灯管在工作时温度较高(６００℃左右),不能太靠近易燃物;灯管则应尽量水平放置,使卤钨循环能顺利进行.同时,灯脚引入线应采用耐高温的导线,灯脚和灯座的接触应良好,以免灯脚温度过高而导致氧化.卤钨灯比白炽灯寿命长,但耐振能力更差.(３)荧光灯(日光灯).荧光灯(日光灯)是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电,发出少量的可见光和大量的紫外线,这些紫外线再激励管内壁涂覆的荧光粉发出可见光.与普通白炽灯相比,荧光灯具有光效高,寿命长的优点;但需要附件较多,不适合频繁启动的场合.同时,荧光灯显色性略差,特别其灯光有频闪现象,因此,不适合用在有辨色要求和有旋转运动的场合.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具随着技术的发展,历史悠久的荧光灯不断有新面孔出现,如U形和环形的荧光灯、高显色性的荧光灯、三基色荧光灯等.(４)高压汞灯.高压泵灯又称为高压水银荧光灯.常见高压汞灯有荧光高压汞灯、反射型荧光高压汞灯以及自镇荧光高压汞灯三种.高压汞灯的发光机理与荧光灯相同,不同的是灯内的汞蒸气压强较高,其值从一个大气压至数个大气压不等.因此,其光效就比较高,可达４０~６０lm/W.高压汞灯的寿命很长,其有效寿命(光通量输出衰减到７０％时)可达到５０００h左右,质量高的可达到２４０００h左右,但显色性差,平均显色指数为２０~３０.高压汞灯启动时不需要启辉器预热灯丝,但必须配备相应的镇流器与之串联使用.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具高压汞灯熄灭后不能立刻再启动,要过５~１０min后,才能再启动,因此,它不宜用在显色性要求高、频繁开关或者比较重要的场合.图１１-２所示为高压汞灯的结构示意图.(５)高压钠灯.高压钠灯是一种高气压的钠蒸气放电光源,其与高压汞灯的用法基本相同,因高压钠灯的辐射波的波长集中在人眼较灵敏的区域内,所以其光效比高压汞灯还要高,除此以外,其还具有寿命长、紫外线辐射少、透雾性好等优点.但其显色性较差,常用于道路等室外照明.(６)金属卤化物灯.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上,为改善光色与光效而发展起来的一种新型能源.其具有光色好、光效高及受电压波动影响小等优点,是目前比较理想的光源.金属卤化物灯是在汞灯里加进某些金属卤化物(如碘化钠、碘化铊)并控制适当的浓度,制成各种不同光色的金属卤化物灯.目前常用的金属卤化物灯有钠铊铟灯,其灯内充有碘化镝－碘化铊,它的光色很好,类似日光,显色指数可达８５以上.另外,还有其他各种金属卤化物灯,如高压铟灯、卤化铝灯等.金属卤化物灯可用于室内和室外照明.(７)长弧疝灯.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具疝灯是惰性气体放点弧光灯,疝气在高压下放电能产生很强的白光,接近连续光谱,与太阳光十分相似,固有“小太阳”之称.疝灯的特点是点燃的瞬间既能达到８０％的光输出,发光效率达２２~５０lm/W,光色一致性好,工作稳定,受环境温度影响小,寿命大致为１０００~５０００h.疝灯由于其光色接近天然日光,故适合于需要正确辨色的场合,又因其功率大,亮度高,故适合于广场、车站等大面积照明.２.建筑照明常用电光源的特性电光源的主要性能指标有光效、寿命、色温、显色指数、起动性能等.实际选用电光源时,一般首先考虑光效、寿命,其次才考虑显色指数、起动性能等.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具我国目前生产的常用光源主要特性见表１１-１,供选用光源时参考.３.建筑照明常用电光源的选择建筑的照明光源应根据被照场所的具体情况及对照明的要求合理地选择,通常考虑以下几点:(１)在要求显色性高或在照明开关通断频繁,或需要及时点亮和防止电磁波干扰的场所宜采用白炽灯或卤钨灯.(２)对于照度及显色性要求高的场所,如设计室、图书馆、教室、印刷车间等宜采用荧光灯.(３)灯具的悬挂高度,大于４m以上考虑采用卤钨灯和高压汞灯.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具(４)一般性生产车间.辅助车间、仓库、厂区道路等优先考虑价廉的白炽灯.但由于白炽灯光效低、寿命短,可使用气体放电灯取代白炽灯做建筑一般照明.(５)在同一场所,当采用一种光源的显色性达不到照明要求时,可考虑采用两种或多种光源的混合照明,以提高发光效率和保证有较好的光色.二、建筑常用灯具及布置方案１.建筑常用灯具的特性光源和灯罩结合在一起称为灯具或照明器.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具不用灯罩的灯是很少见的,这是因为灯罩能防止刺眼的眩光,营造一个舒适的照明环境.同时,灯罩能将光通量重新分配,提高了光源的利用率,更重要的是千姿百态的灯罩能美化环境,令人心情愉快.灯具的特性一般可用以下三个指标来描述:(１)光强分布曲线.光强分布曲线也称为灯具的配光曲线.其表明了灯具的光强在空间的各个方向是如何分布的.该曲线的形态与灯罩的材料、灯罩的形状是密切相关的.配光曲线习惯上用极坐标来表示.图１１-３所示为配照型光强分布曲线图.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具由图１１-３可见,该灯具在０°的光强最大,而在９０°光强最小,即为零.需要指出的是,为了便于比较灯具的配光特性,配光曲线是按光通等于１０００lm的假想光源绘制的.(２)保护角.保护角的定义如图１１-４所示,其是灯丝(或发光体)的最边缘一点与灯罩边界的连线同灯丝中心的水平线之间的夹角.保护角是衡量灯罩保护人眼不受光源照明部分直射耀眼的程度.保护角越大,眩光作用越小,但保护角不能太大,照明的保护角一般要求为１５°~３０°.(３)灯具的效率.灯具的光通量与光源光通量之比,称为灯具的效率.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具在灯罩重新分配光源的光通时,引起了部分光通的损失,所有灯具的效率通常为０.５~０.９.该值常用来评价灯具的经济型,其值大小也与灯具的材料性质、形状以及光源的中心位置有关.２.建筑常用灯具的分类灯具的分类方法有多种,目前建筑常用灯具的分类,主要以灯具的配光曲线以及结构特点来分类.(１)按配光曲线形状分类.１)正弦分布型.光强是角度的正弦函数,θ为９０°时光强最大,如GC１５－A散照型防水防尘灯.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具２)广照配光型.最大光强分布在０°~９０°,在较大的平面上形成比较均匀的照度,如G３－A光照型建筑灯.３)均匀配光型.光强在各方向相等,如乳白色玻璃圆球灯.４)余弦配光型.光强是角度的余弦函数,θ为０°时的光强最大,如GC１－A型建筑配照灯.５)深照配光型.光通量和最大光强集中在０°~３０°的狭小立体角之内,如GC５－A深照型建筑灯.图１１-５给出了上述几种灯具的配光曲线.因为上述几种配光曲线均在下半部,而且左右对称,故只绘出其右下部分(０°~９０°)的曲线.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具(２)按灯具结构特点分类,见表１１-２.(３)按CIE国际配光分类.国际照明学会(CIE)采用的配光分类法,是以灯具上半部和下半部发出光通量的百分比为依据,共分为五类,见表１１-３.３.建筑常用灯具的选择灯具的选择很重要,如果选择不当,可能会使电能消耗增加,装置费用上升,甚至影响生产的安全.灯具选择时:首先考虑从照度上要满足生产条件,尽量选用光效高、寿命长,直接配光的灯具,以达到合理利用光通量和减少电能消耗的目的.其次考虑灯具的种类与使用的环境相匹配.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具在一般的场所,尽量选用开启型的灯具,以得到较高的效率.相对湿度大于８５％的潮湿场所,宜采用防潮型的灯具;有爆炸危险的场所,宜采用防爆型的灯具.再次考虑灯具的安装高度以及安装是否简便,更换灯泡是否容易.最后还要考虑经济性,即灯具的投资费用及年运行维护费用.目前我国市场上的灯具品种、规格繁多,尚无统一标准,具体选用时可参考相应的技术手册和产品说明书.图１１-６给出了几种建筑常用灯具的外形和符号,以供参考.４.室内灯具的布置方案灯具的布置就是确定灯具在房间的空间位置.灯具的布置对照明质量有很大的影响.上一页下一页返回第二节建筑照明使用的电光源和灯具对灯具布置的要求是:首先要保