《工厂照明》PPT课件.ppt

1、第八章 工厂照明,第一节 电气照明的基础知识 照明按其光源方式分，有自然照明（自然采光）和人工照明两大类。 合理的电气照明，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活量，保 护身心健康。 照明技术的有关概念 1. 光，光谱和光通量 光 光是物质的一种形态，是一种波长比毫米无线电波短又比X射线长的电 磁波，而所有电磁波都具有辐射能。 （2) 光谱 在电磁波的辐射谱中，光谱的大致范围包括： (1)红外线，波长为780nm1mm； (2)可见光，波长为380780nm； (3)紫外线，波长为1380nm。 可见光又可分为：红（red，640780nm）、橙（orange，600640nm）、黄（yel

2、low，570600）、绿（green，490570nm）、青（indigo，450490nm）、蓝（blue，430450nm）和紫（violet，380430nm）等七种单色光。,（3）、 光通量 光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量，简称光通（luminous flux），符号为，单位为lm（流明）。 2. 光强及其分布特性 （1）、发光强度 发光强度，简称光强，是光源在给定方向的辐射强度，符号为I，单位为cd（坎德拉）。 对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，它在各个方向的发光强度均等，其值为,（8-1）,式中为光源在立体角内所辐射的总光通量。 空间立体角

3、 ，其中 为球的半径，A为与相对应的球面积。,续上页,图 灯具的配光曲线 a）绘在极坐标上的配光曲线（配照灯） b）绘在直角坐标上的配光曲线（投光灯）,（2）、配光曲线 配光曲线即发光强度分布曲线，是在通过光源对称轴的一个平面上绘出的灯具发光强度与对称轴之间角度 的函数曲线。 对一般照明灯具，配光曲线绘在极坐标上，如图a所示。其光源采用光通量为1000lm的假想光源。而对于聚光很强的投光灯，由于其光强集中在一个很小的空间角内，因此其配光曲线一般绘在直角坐标上，如图b所示。,（2）亮度 发光体（受照物体对人眼可看作是间接发光体）在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度，用符号L表示，单位为cd/

4、m2。 如图8-1所示，该发光体表面法线方向的光强为I，而人眼视线与发光体表面法线成角，因此视线方向的光强Icos，而视线方向的投影面SScos，由此可得发光体在视线方向的亮度为,3照度和亮度 （1）照度 受照物体表面的光通密度称为照度，用符号E表示，单位为勒克（lx）。 当光通量均匀地照射到某物体表面上（面积为S）时，该平面上的照度值为 ES （8-2）,图8-1 亮度概念说明,L I aSIcosScosI /S (8-3) 可见，发光体的亮度值实际上与视线方向无关。,4物体的光照性能和光源的显色性能,(四) 物体的光照性能 当光通投射到物体上时，一部分光通 从物体表面反射回去，一部分光通

5、 被物体所吸收，而余下的一部分光通 则透过物体，如图所示。,为表征物体的光照性能，特引入以下三个参数： (1) 反射比又称反射系数，其定义是反射光通 与总投射光通之比，即 (2) 吸收比又称吸收系数，其定义是吸收光通 与总投射光通之比，即 (3) 透射比又称透射系数，其定义是透射光通 与总投射光通之比，即,图 物体的光照性能说明,续上页,以上三个参数之间有下列关系： 在照明技术中应特别注重反射比这一参数，因为它直接影响到工作面上的照度。,表所列为各种情况下墙壁、顶棚及地面的反射比近似值，供参考。,（2）光源的显色性能同一颜色的物体在具有不同光谱的光源照射下，能显出不同的颜色。光源对被照物体颜色

6、显现的性质，叫做光源的显色性。,为表征光源的显色性能，特引入光源的显色指数这一参数。光源的显色指数R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，而将日光与其相当的参照光源显色指数定为100。因此物体颜色失真越小，则光源的显色指数越高，也就是光源的显色性能越好。 白炽灯的一般显色指数为9799，荧光灯的为7990，显然荧光灯的显色性要差一些。,二 照明方式和种类,1照明方式 在工厂企业或变电所中，照明方式可分为一般照明、局部照明和混合照明。 （1）一般照明 供照度要求基本上均匀的场所的照明。 （2）局部照明 仅供工作地点（固定式或便携式）使用的照明。 （3）混合照明 一般

7、照明和局部照明组成的照明。,2照明的种类 照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明等。 （1）工作照明 正常工作时的室内外照明。 （2）事故照明 正常照明熄灭后供工作人员暂时继续作业和疏散人员使用的照明。 （3）值班照明 非生产时间内供值班人员使用的照明 （4）警卫照明 警卫地区周界的照明 （5）障碍照明 在高层建筑上或基建施工、开挖路段时，作为障碍标志用的照明。,第二节 常用照明光源和灯具,照明光源和灯具是照明器的两个主要部件，照明光源提供发光源，灯具起固定光源的作用。,一. 照明光源 根据光源的工作原理主要分有两大类： 一类是热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯等； 一类

8、是气体放电光源，如氙灯、钠灯等。气体放电光源按放电形式又可分为辉光放电（如霓虹灯）和弧光放电（如荧光灯、钠灯）。,1热辐射光源 利用物体加热时辐射发光的原理所制成的光源称为热辐射光源。目前常用的热辐射光有： （1）白炽灯 其发光原理为灯丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。,（2）卤钨灯 卤钨灯是在灯泡中充入微量的卤化物，利用卤钨循环的作用，使灯丝蒸发的一部分钨重新附着在灯丝上，以达到既提高光效又延长寿命的目的。,为了使灯管温度分布均匀，以保持卤钨循环的正常进行，卤钨灯要求水平安装，其偏差不大于40。,卤钨循环:,图 白炽灯结构图 1-玻壳 2-灯丝（钨丝） 3-支架（钼线） 4-电极（

9、镍丝） 5-玻璃芯柱 6-杜美丝（铜铁镍合金丝） 7-引入线（铜丝） 8-抽气管 9-灯头 10-封端胶泥 11-锡焊接触端,图 卤钨灯结构图 1-灯脚 2-钼箔 3-灯丝（钨丝） 4-支架 5-石英玻管（内充微量卤素）,所谓“卤钨循环原理”是这样的：当灯管（或灯泡）工作时，灯丝（钨丝）的温度很高，从而蒸发出钨分子，使之移向玻管内壁。一般白炽灯泡之所以会逐渐发黑也就是这一原因。而卤钨灯由于灯管内充有卤素（碘或溴），因此钨分子在管壁与卤素作用，生成气态的卤化钨。卤化钨就由管壁向灯丝迁移。当卤化钨灯丝的高温（1600以上）区域后，就分解为钨分子和卤素，钨分子就沉淀在灯丝上。当钨分子沉淀的数量等于灯

10、丝蒸发出去的钨分子数量时，就形成相对平衡状态。这一过程就称为“卤钨循环”。由于卤钨灯内存在卤钨循环，所以其玻管不易发黑，灯丝也不易烧断，也因此其光效比白炽灯高，使用寿命也大大延长。,2气体放电光源 利用气体放电时发光的原理所做成的光源称为气体放电光源。目前常用的气体放电光源有5种。,（1）荧光灯 荧光灯的结构如图10-7所示。它是利用汞蒸气在外加电压作用下产生电弧放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励管内壁涂覆的荧光粉，使之再发出大量的可见光。二者混合光色接近白色。,图 荧光灯结构图 1-灯头 2-灯脚 3-玻璃芯柱 4-灯丝（钨丝，电极） 5-玻管（内壁涂荧光粉，充惰性气体） 6-汞

11、（少量）,荧光灯工作时，其灯光将随着加在灯管两端电压的周期性交变而频繁闪烁，这就是“频闪效应” 。频闪效应可使人眼发生错觉，使观察到的物体运动显现出不同于实际运动的状态，甚至可将一些由同步电动机驱动的旋转物体误为不动的物体，这是安全生产不允许的。因此在有旋转机械的车间里，不宜使用荧光灯。如果要使用荧光灯，则必须设法消除其频闪效应。 消除频闪效应的方法很多，最简单的方法，是在该灯具内安装两根或三根荧光灯管，而各根灯管分别接到不同相位的线路上。,（2）高压汞灯(高压水银荧光灯) 高压汞灯的结构图如图8-2所示。它是低压荧光灯的改进产品，属于高气压的汞蒸汽放电光源。,高压汞灯的外玻壳内壁涂有荧光粉，

12、它能将汞蒸汽放电时辐射的紫外线转变为可见光，以改善光色，提高光效。,图是一种需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图。另外一种是自镇流高压汞灯，它利用钨丝作镇流器，并将钨丝装入高压汞灯的外玻壳内，工作时镇流钨丝一方面限制放电管电流，同时也发出可见光。,图8-2 高压汞灯结构图 1-支架及引线 2-启动电阻 3-启动电源 4-工作 电源 5-放电管 6-内不应光负涂层 7-外玻壳,图 需外接镇流器的高压汞灯的工作线路图,高压汞灯的光效较高，寿命较长，但启动时间较长，显色性较差。,（3）高压钠灯 高压钠灯的结构图如图8-3。它是利用高压钠蒸汽放电工作的，光呈淡黄色。其工作线路图和高压汞灯类似。 高压钠灯

13、照射范围广、光效高、寿命长（比高压汞灯高一倍）紫外线辐射少、透雾性好，但显色性也较差，启动时间（48分钟）和再次启动时间（1020分钟）也较长，对电压波动反应较敏感。,图8-3 高压钠灯结构图 1-主电极 2-半透明陶瓷放电管（内充钠、汞及氙或氖氩混合气体） 3-外玻壳（内壁涂荧光粉，内外壳间充氮） 4-消气剂 5-灯头,（4）金属卤化物灯 金属卤（碘、溴、氯）化物灯是在高压汞灯的基础上为改善光色而发展起来的新型光源，不仅光色好，而且光效高，受电压影响也较小，是目前比较理想的光源。,以上高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯，统称高强度气体放电（HID）灯。在高强度气体放电灯中，高压汞灯特别是自镇流

14、高压汞灯的光效最低，因此从节能考虑，宜尽量以高压钠灯或金属卤化物灯取代高压汞灯。,（5）氙灯 氙灯为惰性气体弧光放电灯，高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，和太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之美称。适用于广场、车站和大型屋外配电装置等。,各种照明光源的主要技术特性 光源的主要技术特性有光效、寿命、色温等等，有时这些技术特性是相互矛盾的，在实际选用时，一般先考虑光效高、寿命长，其次再考虑显色指数、启动性能等次要指标。 各种照明光源的主要技术特性见表，供对照比较。,新型电光源 随着科学技术的不断发展和社会进步的需要，已有的电光源性能不尽完美，如今世界各国都在积极地开发新材料、新技术，不

15、断地改进各种不同特色的电光源，进一步降低电能消耗，研制出多种新型电光源。,表 常用照明光源的主要技术特性比较,二 灯具,光源与其配用的灯具（这里主要指灯罩）统称为照明器。灯具的作用是固定和保护光源，以及装饰和美化环境。,1工厂常用灯具的类型 裸露的灯泡所发出的光线是射向四周的，为了充分利用光能，加装灯罩后使光线重新分配，称为配光。按灯具的配光特性来进行分类的方法有两种：一是传统的分类法；一是国际照明委员会（CIE）提出的分类法。,传统分类是根据灯具的配光曲线(为了表示光源加装灯罩后，光强在各个方向的分布情况而绘制在对称轴平面上的曲线，如图形状进行分类： 1）正弦分布型 光强是角度的正弦函数，且

16、当90时光强为最大。如GC15-A、B-1型散照型防水防尘灯。,图 配光曲线示意图 1-正弦分布型 2-广照型 3-漫射型 4-配照型 5-深照型,4）配照型 光强是角度的余弦函数，且当0时光强为最大。如GC1-A、B-1配照型工厂灯。 5）深照型 光通量和最大光强值集中在030间的立体角内。如GC5-A、B-2深照型工厂灯。 6）特深照型 光通量和最大光强值集中在015的狭小立体角内。如JS300镜面深照型工厂灯。,CIE（国际照委会）分类是根据灯具向下和向上投射光通量的百分比进行分类： 1）直接照明型 灯具向下投射的光通量占总光通量的90100，而向上投射的光通量极少。 2）半直接照明型

17、灯具向下投射的光通量占总光通量的6090，向上投射的光通量只有1040。,2）广照型 最大光强分布在500900间，可在较广面积上形成均匀照度。如GC3-A、B-1广照型工厂灯。 3）漫射型 各角度光强基本一致。如JXD1-2乳白色玻璃圆球灯。,续上页,3）均匀漫射型 灯具向下投射的光通量和向上投射的光通量差不多相等，各为4060之间。 4）半间接照明型 灯具向上投射的光通量占总光通量6090，向下投射的光通量只有1040。 5）间接照明型 灯具向上投射的光通量占总光通量的90100，而向下投射的光通量极少。,图中： a）配照型工厂灯 b）广照型工厂灯 c）深照型工厂灯 d）斜照型工厂灯（弯灯

18、） e）广照型防水防尘灯 f）圆球型工厂灯 g）双罩型工厂灯 h）机床局部照明灯,表8-1 工厂常用的几种灯具的外形和图形符号,2灯具的布置 （1）室内布置方案 布置要求：保证最低的照度及均匀性；光线的射向适当，无眩光、阴影；安装维护方便；布置整齐美观，并与建筑空间协调；安全、经济等。,1）一般照明的布置 通常有两种，即均匀布置（灯具布置与设备位置无关）和选择布置（灯具布置与设备位置有关）。其中均匀布置比较美观均匀，所以一般照明用得较多。 均匀布置的灯具可排列成正方形或矩形或菱形，如图8-4所示。,图8-4 均匀布置的灯具可排列成正方形或矩形或菱形,续上页,矩形布置时，也应尽量使灯距 相接近。

19、为了使照度更加均匀，可将灯具排列成菱形，如图8-4b所示。等边三角形的菱形布置，即 时，照度分布最为均匀。,灯具间的距离，应按灯具的光强分布、悬挂高度、房屋结构及照度要求等多种因素而定。为了使工作面上获得较均匀的照度，灯间距离 与灯具在工作面上的悬挂高度之比 （简称距高比）一般不宜超过各类灯具所规定的最高距高比。例如GC1-A、B-2G型工厂配照灯的最大允许距高比为1.35(参看附录表10),其余灯具的最大距高比可查有关设计手册或产品样本。 从使整个房间获得较为均匀的照度考虑,最边缘一列灯具离墙的距离 (见图8-4)为:靠墙有工作面时,可取 ；靠墙为通道时,可取 ；其中 为灯具间距离，对于矩形

20、布置，灯间距离可取其纵向和横向的几何平均值。,2）事故照明的布置 供继续工作用的事故照明，其在主要工作面上的照度，应尽可能保持原有照度的3050。一般做法为：若为一列灯具，可采用事故照明和工作照明相间布置，或与两个工作灯具相间布置；若为两列灯具，可选其中一列为事故照明，或每一列均相间布置事故照明；若为三列灯具，可选其中一列为事故照明或在边旁两列相间布置事故照明。,（2）室内灯具的悬挂高度 室内灯具不宜过高或过低。过高，降低工作面上的照度且维修不方便；过低，容易碰撞且不安全，另一方面要产生眩光，降低人眼的视力。表8-2给出了一般照明灯的悬挂高度最小值。,表8-2 室内一般照明灯具距地面的最低悬挂

21、高度,第三节 照度计算,一 照度的计算 当工业企业照明用的灯具形式、光源类型等已初步确定后，就需要计算各工作面的照度，从而来确定灯泡的容量和数量，或对已确定了容量的某点进行照度校验。,1利用系数的概念 利用系数（用u表示）是指照明光源投射到工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比。它可用来表征光源的光通量有效利用的程度。 利用系数的计算公式为： ue/n (10-8）,照度是决定照明效果的重要指标。在一定范围内，照度增加会使视觉能力提高，同时使经济性下降。,式中，e为投射到工作面上的总光通量；为每盏灯发出的光通量；n为灯的个数,利用系数值的大小与很多因素有关，灯具的悬挂高度越高、光效越高，则

22、利用系数越高；房间的面积越大，形状越接近正方形，墙壁颜色越浅，则利用系数就越高。,（1） 先计算 RCR 如图8-5所示，一个房间按受照情况不同可分三个空间：上面为顶棚空间，即从顶棚至悬挂的灯具开口平面的空间；中间为室空间，即从灯具开口平面至工作面的空间；下面为地板空间，即工作面以下至地板的空间。对于装设吸顶式或嵌入式灯具的房间，则无顶棚空间；而工作面为地面的房间，则无地板空间。,室空间比按下式计算： 式中 为室空间高度； 为房间长度； 为房间宽度。,（8-9）,图8-5 室空间高度示意图,房间的受照空间特征“室空间比”（RCR ）,2、利用系数的确定,利用系数值由,墙壁、顶棚和地面的反射比,

23、来确定。,使用何种灯具,（2）.查表确定墙壁、顶棚和地面的反射比,表8-4 顶棚、地面和墙壁的反射系数近似值,（3）明确使用何种灯具。（以YG1-1荧光灯具为例）,查表可定YG1-1荧光灯具的利用系数值,YG1-1荧光灯具利用系数表,3计算工作面上的平均照度,当已知房间的长宽、室空间高度、灯型及光通量时，可按下式计算平均照度 Eavun/S （8-10） 式中，u为利用系数；n为灯的个数；为每盏灯的光通量；S为受照工作面积（矩形房间即为长宽乘积）。,由于灯具在使用期间，光源本身的光效要逐渐降低、灯具也会陈旧脏污、被照场所的墙壁和顶棚也有污损的可能，从而使工作面上的光通量有所减少，因此在计算工作

24、面上的实际平均照度时，应计入一个小于1的灯具减光系数K，即工作面的实际平均照度为： EavuKn/A （8-11） 减光系数K的值可查表8-5。,4计算工作面上的实际平均照度,假设已知工作面上的平均照度标准，并已确定灯具型式和光源功率时，则可由下式确定灯具光源数：,表8-5 减光系数值,.,1）根据灯具的布置，确定室空间高度；2）计算室空间比RCR；,5利用系数法的计算步骤,3）确定反射系数（查表8-4）； 4）确定利用系数u（由RCR值和反射系数查手册）； 5）根据有关手册或表10-6查出布置灯具的光通量； 6）根据有关手册或表10-5查出减光系数K； 7）计算平均照度和实际平均照度。,8-

25、3,解：（1）确定布置方案 查表8-2可知，150W200W的白炽灯最低距地悬挂高度为3m，故可设灯具的悬挂高度为0.5m，则室空高度为,例 有一机械加工车间长为32m，宽为20m，高为5m，柱间距4m。工作面高度为0.75m。采用GC1-A-1型工厂配照灯（电光源型号为PZ220-150）作车间的一般照明。车间的顶棚有效反射比c为50，墙壁的有效反射比w为30%.试确定灯具的布置方案,并计算工作面上的平均照度和实际平均照度。该车间的照度标准为75lx。,50.750.53.75m,则灯具间的合理距离为,初步确定灯具布置方案如图8-6所示。 该布置方案的实际灯距为,（2）用利用系数法计算照度

26、计算室空间比RCR：,.,确定利用系数 查表8-3可知：c50，w30，RCR1时0.79；c50，w30，RCR2时0.66。运用插入法可知c50，w30，RCR1.523时u0.722 确定布置灯具的光用量 查表8-6可知，普通照明用的白炽灯200W，其光通量2920lm。 确定减光系数 查表8-5可知，机械加工车间的K0.7,计算结果满足照度要求。,图8-6 灯具布置方案,第四节 照明供配电系统,一 照明供电网络 照明供电网络由馈电线、干线和分支线组成。如图8-7。,图8-7 照明线路的基本形式,二 照明供电方式的选择,1正常照明 一般由动力与照明共用的变压器供电，如图10-17a，在照

27、明负荷较大的情况下，照明也可采用单独的变压器供电。当生产厂房的动力采用“变压器-干线”供电，对外有低压联络线时，照明电源接于变压器低压侧总开关之后；对外无低压联络线时，照明电源接于变压器低压侧总开关之前，如图10-17b；当车间变电所低压侧采用放射式配电系统时，照明电源接于低压配电屏的照明专用线上，如图10-17c。对电力负荷稳定的厂房，动力与照明可合用供电线路，但应在电源进户处将动力与照明线路分开，如图8-8（d）。,2事故照明 供继续工作使用的事故照明（备用照明）应接于与正常照明不同的电源，当正常照明因故停电时，备用照明电源应自动投入。有时为了节约照明线路，也从整个照明中分出一部分作为备用

28、照明，但其配电线路及控制开关应分开装设。,我国照明供电一般采用380/220V三相四线中性点直接接地的交流网络供电。,3局部照明 机床和固定工作台的局部照明可接自动力线路，移动式局部照明应接至正常照明线路。 4室外照明 应与室内照明线路分开供电，道路照明、警卫照明的电源宜接至有人值班的变电所低压配电屏的专用回路上。当室外照明的供电距离较远时，可采用由不同地区的变电所分区供电。,10.4.3 照明供电系统图 常用的照明供电系统有图8-8所示几种。 对正常照明，一般情况下都采用图8-8a的动力与照明共用电力变压器供电的照明供电系统，其二次侧的电压为380/220V。若动力负荷会引起对照明不容许的电压偏移或波动，在技术经济合理的情况下，可采用有载调压电力变压器、调压器或照明专用变压器供电；在负荷较大时（如高照度的多层厂房，大型体育设施等），照明也可采用单独的变压器供电。,图8-8b为“变压器-干线”式供电。当生产厂房的动