电气照明技术.ppt

1、照明工程,信电学院：谢秀颖 电话邮箱：,照明工程,第一章 照明技术的基本知识,绪 论,第二章 照明电光源,第三章 照明灯具,第五章 照明光照设计,第四章 照度计算,第六章 照明电气设计,第七章 电气照明施工图设计,绪 论,主要内容:,二、照明工程课程简介,一、电气照明的发展,三、教学环节及考核方法,四、主要参考书及教学资源,照明工程,目的：以照明为主 特点：采用单一种 类光源，照 明质量较差,1、电气照明的发展大致经历三个阶段,一、电气照明的发展（1-1）,绪论,第一阶段,传统照明,第二阶段,混光照明,第三阶段,绿色照明,目的：节能、提高照明质量 特点：用两种及以上种

2、类的 光源，照明质量高且 节能,目的：节能、环保、提高照明质量 特点：推广使用高效、寿命长、安 全和性能稳定的照明电器产 品, 充分利用天然光, 以改善 提高人们工作学习生活条件 和质量, 从而创造一个高效、 舒适、安全、经济、有效的 环境并充分体现现代文明,课程性质：电气工程与自动化等专业的专业技术课 建筑类院校的特色课程,基本内容：建筑照明的基本知识 基本计算 设计方法,基本要求：,二、照明工程课程简介（1-1）,绪论,光、视觉、颜色等概念 电光源、灯具特性 照明方式、种类及质量,照度计算和电气计算,光照设计的基本原则 电气设计的基本原则,1、掌握电气照明工程的基本理论及基本知识,2、掌握

3、电气照明工程的计算方法,3、熟悉建筑照明工程设计原则(国家设计标准及设计规范) 掌握建筑照明的一般设计方法,熟悉建筑照明工程的施工知识，提高工程意识,1、教学环节 理论教学：32学时（2-8周） 实践教学：课程设计1周（18周）,2、考核方法 课程考核：平时成绩(作业、测验、考勤等)占20% 考试成绩(开卷笔试)占80% 课设考核：课程设计说明书占50%，设计图纸占50%,三、教学环节及考核方法（1-1）,绪论,电气照明技术（第二版）,中国电力出版社,2008,建筑照明设计标准,中国建筑工业出版社,2004,绿色照明工程实施手册,中国建筑工业出版社,2003,实用照明工程设计,天津大学出版社,

4、2003,网络资源：0 课程教学大纲、电子教案、教学进度表 综合练习 课程设计教学大纲、指导书,四、主要参考书及教学资源（1-1）,绪论,第一章 照明技术的基本知识,第一节 光,第二节 光与视觉,第三节 光源的颜色,第四节 绿色照明,照明工程,主要介绍:,一、光和光谱,二、常用的光度量,三、光的辐射,小 结,第一节 光,四、物质的光学性质,第一章,一、光和光谱（6-1）,1、光的概念,物理概念：,光泛指能产生视觉的辐射能,能量的一种形式,本质是电磁波电磁辐射,照明工程中的概念：,1-1,可见光,电磁波谱及可见光谱,电磁波谱及可见光谱:,一、光和光谱（6-2）

5、,1-1,波长范围：380nm780nm,特点:波长不同具有不同的颜色感觉,红 橙 黄 绿 青 蓝 紫,2、光谱辐射通量及其能量分布,光谱辐射通量,定义：物体单位时间内发射或接收的辐射能量,瓦特(W),注意：照明工程中,强调辐射通量为辐射源在给定波长无限小 范围内产生的辐射通量与该波长之比,瓦特/米（W/m）,一、光和光谱（6-3）,1-1,种类：连续光谱 线光谱,定义：光源的辐射能量随波长变化的规律,光谱能量分布,能量分布只出现在有限几个波长上,在宽广的波长范围内有不间断能量分布,光谱能量分布曲线：,连续光谱,线光谱,一、光和光谱（6-4）,1-1,3、光谱光效率,定义：不同波长的可见光的视

6、觉灵敏度,明视觉光谱光效率： m555nm时，V()1，555nm时，V()1,暗视觉光谱光效率： m507nm时，V ()1， 507nm时，V ()1,一、光和光谱（6-5）,1-1,光谱光效率曲线:,一、光和光谱（6-6）,1-1,1、光通量,定义：单位时间内光辐射能量的大小,符号：,单位：流明（lm）,意义：从视觉感受出发描述光源的发光能力,二、常用的光度量（4-1）,1-1,2、发光强度(光强),定义：单位立体角的光通量,符号：I,单位：坎德拉（cd）,意义：从视觉感受出发描述光源光通量在空间的分布情况,二、常用的光度量（4-2）,1-1,3、照度,定义：被照物体表面上每单位面积所接

7、收的光通量,符号：E,单位：勒克斯（lx）,意义：照明设计的依据建筑照明设计标准,二、常用的光度量（4-3）,1-1,4、亮度,定义：单位投影面积上的发光强度,符号：L,单位：坎德拉/平方米（cd/m2）,意义：描述发光面或反光面亮度分布情况，与照明舒适 性密切相关,二、常用的光度量（4-4）,1-1,1、辐射的产生,基态：离原子核最近的电子所处的最稳定的状态,激发态：电子被激发迁移到与其能量相当的能级所处的状态,去激发跃迁：被激发的电子由激发态迁移到基态，或由高能 级的激发态迁移到低能级的激发态,光的辐射：在去激发跃迁时电子释放能量所形成的辐射,1）相关概念,三、光的辐射（5-1）,1-1,

8、2）辐射举例,3）人工光源的辐射,热辐射,常用形式,气体放电,电致发光,基态,激发态,去激发跃迁,三、光的辐射（5-2）,1-1,当物体被加热到高温时，组成它的原子因 大量的相互作用而被激发所产生的光辐射,在电场作用下,载流子在气体或蒸汽中产生运动而使电流通过气体或蒸汽的过程,电流通过固体物质(半导体)所产生的发光现象,2、热辐射,其能量分布为具有连续光谱成分的复合光,1）黑体辐射,辐射特点: 温度总能量迅速增加 温度最大值偏向短波 5000K时最大值接近可见光,三、光的辐射（5-3）,1-1,2）钨丝辐射,辐射特点: 分布曲线形状与黑体辐射相似 温度可见光增加速度快 同温度下功率峰值更偏向可

9、见光,吸收比为1的物质,地球上熔点最高的金属,3655K,钨丝在可见光区域内的选择辐射率较黑体高,弧光放电,3、气体放电,低压弧光放电,种类,高压弧光放电,三、光的辐射（5-4）,1-1,辉光放电,能量主要以线光谱为主,能量由强的线光谱和 弱的连续光谱组成,4、电致发光,半导体的能带(能级)：,满带:电子的能量为基态水平,导带:电子的能量为激发态水平,禁带:满带和导带之间的间隙,局部能级:掺杂后产生的特殊能级,辐射特点：,线光谱，或一定波长范围内密集的线光谱，或连续光谱,激发态,非滞留,正常态,掺杂,三、光的辐射（5-5）,1-1,1、光的吸收,光在介质中传播时，其强度越来越弱的现象,吸收比：

10、被介质吸收的光通量与入射光通量i之比,符号：,公式：,四、物质的光学性质（7-1）,1-1,2、光的折射和透射,1）光的折射,注意：光疏光密:i 光密光疏:i,折射定律： 入射角与折射角正弦之比是一个常数：,四、物质的光学性质（7-2）,1-1,光射向透明或半透明材料表面时,部分光线透过该材料的现象,透射比：透过材料的光通量与入射光通量i之比,2）光的透射,公式：,符号：,定向透射,扩散及 混合透射,四、物质的光学性质（7-3）,1-1,透射种类：定向透射、扩散透射,散透射,漫透射,混合透射,定向 透射,漫透射,3、光的反射,光射向非透明物体表面时,部分光射回原介质的现象,反射比：被物体反射的

11、光通量与入射光通量i之比,反射种类：定向反射、扩散反射、混合反射、全反射,符号：,公式：,常用材料反射比：表1-3，设计时可查,四、物质的光学性质（7-4）,1-1,定向和扩散反射:,混合反射:,定向+漫,定向扩散+漫,定向+定向扩散,四、物质的光学性质（7-5）,1-1,定向,定向扩散,均匀漫散,全反射：,注意：,临界入射角A： 使90的入射角,从光密介质射向光疏介质时才有可能产生全反射现象,四、物质的光学性质（7-6）,1-1,4、物质的光谱选择性,彩色表面在与它色彩相同的光谱区域内，光谱反射系数最大,结论：,四、物质的光学性质（7-7）,1-1,即:有色彩表面对与它色彩相同波长的光的反射

12、能力最强,本节小结:,第一节 光,一、光和光谱 可见光、光谱能量分布、光谱光效率等基本概念,二、常用的光度量 光通量、光强、照度及亮度的含义、符号、单位及应用,三、光的辐射 人工光源的辐射原理：热辐射、气体放电、电致发光,四、物质的光学性质 物体对光的吸收、反射、透射等现象 物质的光学性质对照明的影响,第一章,主要介绍:,一、视觉过程,第二节 光与视觉,二、视觉特性,三、视觉功效（自学）,小 结,第一章,1、产生视觉的条件,光在眼中的路径： 角膜前房晶状体玻 璃体视网膜的感光细胞,2、视觉产生的过程 光线成像、调节系统视网膜分解视紫质刺激神经末 梢生物电流大脑视觉,一、视觉过程（1-1）,1-

13、2,柱状:能感受暗光刺激,但不能分辨颜色 锥状:能感受强光刺激,且能分辨颜色,1、暗视觉、明视觉和中介视觉,暗视觉(杆状视觉)：当视场亮度在106102cd/m2时，杆状细胞工作，锥状细胞不工作的视觉状态,明视觉(锥状视觉)：视场亮度超过10cd/m2时，锥状细胞工作为主的视觉状态,中介视觉：视场亮度在10210cd/m2时，杆状细胞和锥状细胞同时起作用的视觉状态,二、视觉特性（5-1）,1-2,2、视觉阈限,含义： 能引起光觉的最低限度的光量 用亮度来度量又称为亮度阈限,实验证明: 绝对视觉阈限约为106cd/m2 但人只能忍受不超过106cd/m2的亮度,二、视觉特性（5-2）,1-2,明

14、适应：视野亮度由低向高变化时的视觉适应过程,暗适应：视野亮度由高向低变化时的视觉适应过程,注意： 当视场内明暗急剧变化时，人眼不能很快适应而视力下降 工程实践中的某些场合，应考虑明暗适应的过渡照明，以保 证一定的视力要求,3、明适应和暗适应,二、视觉特性（5-3）,1-2,定义： 视野内由于亮度分布或亮度范围不适宜，或存在极端的对比， 以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象,眩光分类方法和种类:,光幕反射:由视觉对象的规则反射引起其对比的降低,评价方法,不舒适眩光:产生不舒适感,但不一定降低视觉可见度,失能眩光:降低视觉对象可见度,产生特点,直接眩光:由视野中存在的发光体所产生

15、的眩光,反射眩光:由视野中的反射引起的眩光,4、眩光,二、视觉特性（5-4）,1-2,对于视觉特性，人与人的感觉是不同的,5、个人差别,引起个人差别的主要原因是年龄,二、视觉特性（5-5）,1-2,本节小结:,一、视觉过程：产生视觉的条件和视觉产生的过程,二、视觉特性：视觉特性与照明的关系,第二节 光与视觉,第一章,主要介绍:,一、颜色的形成,二、颜色的基本特性,三、表色系统（自学）,四、光源的颜色,小 结,第三节 光与颜色,第一章,含义：发光体发出的光所形成的颜色,1、光源色,2、物体表面色,含义：物体(非发光体)表面的颜色 由被该表面的反射光所呈现的知觉色,通常分,单色光：颜色取决于单色光

16、的波长光谱色,复合光：颜色取决于复合光的光谱能量分布,入射光的光谱能量分布,物体色取决于,物体表面的反射比,一、颜色的形成（1-1）,1-3,彩 色：黑白系列以外的各种颜色,非彩色：黑、白及介于两者间深浅不同的灰色,1、色调（色相）,颜色分,可见光谱不同波长的光在视觉上的表现,2、彩度,颜色的深浅程度,3、明度,颜色的明暗程度,注意： 彩色系列：具有完整的三个特性 黑白系列：只有明度 彩度为0 没有色调,二、颜色的基本特性（1-1）,1-3,黑白系列:黑、深灰、中灰、浅灰、白,彩色系列:紫、蓝、绿、黄、橙、红,1、常用光源的光谱能量分布,热辐射光源 白炽灯、卤物灯 具有连续的光谱,气体放电光源

17、 荧光灯、HID灯 具有强的线光谱 弱的连续光谱,四、光源的颜色（4-1）,1-3,2、光源的色温,色温 当某一种光源的色品与某一温度下的完全辐射体(黑体)的色 品完全相同时，完全辐射体(黑体)的温度即为这种光源的色温 度，简称色温。符号为Tc，单位为开(K),相关色温 当某一种光源的色品与某一温度下的完全辐射体(黑体)的色 品最接近时，完全辐射体(黑体)的温度即为这种光源的相关色 温。符号为Tcp，单位为开(K),四、光源的颜色（4-2）,1-3,3、光源的色表,色表含义：光源的表观颜色,光源的颜色分类（CIE） ：,四、光源的颜色（4-3）,1-3,与光源的色温有关,4、显色性,显色性：照

18、明光源对物体色表的影响，该影响是由于观察者 有意识或无意识地将它与标准光源下的色表相比较而产生的,显色指数：在具有合理允差的色适应状态下,被测光源照明物体的心理物理色与标准光源照明同一色样的心理物理色符合程度的度量,四、光源的颜色（4-4）,1-3,取决于光谱能量分布，用显色指数来描述,特殊显色指数Ri 一般显色指数Ra,规定： 标准光源显色指数为100,显色指数分,工程上多用,本节小结:,一、颜色特性 色调、彩度、明度 彩色系列与黑白系列的区别,二、光源的颜色特性 光源的色表(色温)和显色性(显色指数) 光源的颜色特性对照明质量的影响,第三节 光与颜色,第一章,主要介绍:,一、实施绿色照明的

19、目的,二、绿色照明计划,三、绿色照明与照明节能的关系,第四节 绿色照明,第一章,我国,一、实施绿色照明的目的（3-1）,1-4,伴随人们对工作和生活居住环境的要求越来越高，照明的数 量和质量将不断提高，能源的消耗必然会不断增加,是节约能源、保护环境，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明,1、节约能源,我国能源供应特点：总量丰富,人均贫乏 分布不均,耗能量大 污染严重,效率低下,实施绿色照明对节约能源将起到非常重要的作用,水能资源：世界第一 煤炭探明可采储量：世界第三 02年电力装机容量：世界第二 人均能源消费量50%世界均值,能源消费量世界排序：一次能源消费量第2、

20、煤炭产量第1、发电量第2、原油消费量第2,CO2排放量：世界第2 能源利用效率与国际平均值相比：加工、运输到终端利用效率低10%，发电用煤低30%40%，单位产值能耗为3.38倍,我国能耗现状： 工业能耗、交通能耗、建筑能耗呈“三足鼎立”之势,占能源消耗总量的27.8% 以电耗为主(空调、照明),照明用电量正以每年近15%的速度不断递增,照明用电约占总发电量的11%14%左右,且基本以低效照明为主,一、实施绿色照明的目的（3-2）,1-4,2、保护环境,建筑照明主要来源于电能转换的光能 电能主要来源于石化燃料的燃烧,石化燃料的燃烧所产生CO2等温室气体会破坏地球的臭氧层、 严重污染人类的居住环

21、境,实施绿色照明,节约照明用电,我国生产的电力有75%是以燃煤为基础 山东省4422万kW装机总容量中的 99%以上是火电机组,我国尤为严重：,我国处在工业化和城镇化快速发展阶段, 要在2020年内保持GDP 年均增长7%以上, 将面临巨大的资源约束瓶颈和环境恶化压力,注意：建筑用能排放的CO2占到全球排放总量的1/3,温室气体排放量居世界第2，占世界温室气体排放总量的14%,发电容量投资重要的经济效益 CO2的排放量重要的环保意义,一、实施绿色照明的目的（3-3）,1-4,3、提高照明质量,绿色照明是节约能源、保护环境，有益于提高人们的生产、 工作、学习效率和生活质量，并且保护身心健康的照明

22、,绿色照明不是以取消或减少照明来节约能源、保护环境，而 是要以尽可能小的能量来营造所需要的视觉环境或照明效果,绿色照明是通过推广高效节能、寿命长、安全和性能稳定的 电光源、灯具、电器附件以及调光控制附件组成高效照明系 统，确保照明质量，实现终端节电,伴随人们对工作和生活居住环境的要求越来越高 照明的数量和质量将不断提高,组织：吸收部分企业和国家单位为成员单位，实现了政府与私 营企业之间的相互合作,二、绿色照明计划（3-1）,1-4,1、美国绿色照明计划简介,目标：提高照明效率减少50%照明用电量及5%的环境污染,1991年由美国环保署首先提出,必须与国家环保署签订实施备忘录，并承担照明设施现状调查及照明设施改造任务,2000多个成员单位 的5亿万m2的场所 安装高效节能产品,每年节电23亿kWh,每年减少160万t温室气体的排放,节省电费1.9亿美元，回收了改造费用,美国的绿色照明计划在第1个5年间取得了显著的成果,第1个5年取得效果：,目标： 节约电力，“九五”期间实现终端照明节电220亿kWh 减少环境污染 建立节电照明器具的市场推广体系照明节电市场化 大力提高节电照明器具的产品质量,完善质量标准和认证体系,