第7章+建筑照明设计

1、建筑电气,第 7 章建筑照明设计,7.2 常见电光源,第7章 建筑照明设计,7.1 基本概念,7.4 照明的基本要求,7.3 照明灯具分类及特性,7.5 照明的一般计算方法,了解常见的电光源；照明灯具的分类、人工照明标准；,本章要求：,理解光源的度量与单位；灯具布置和要求；,掌握常见的电光源的特性参数与选择；照明灯具的主要特性和照明质量的衡量指标；掌握照明计算中的利用系数法。,第7章 建筑照明设计,照明分为自然照明（天然采光）和人工照明两大类。电气照明由于具有灯光稳定，易于控制、调节及安全、经济等优点，而成为现代人工照明中应用最为广泛的一种照明方式。 电气照明在人们的生活和工作中是不可缺少的，

2、良好的照明度对提高工作效率、保证安全生产和保护人们的视力等方面都有重要的作用。,随着现代化科学技术的发展，各种新型光源越来越广泛地应用于各种民用建筑之中，为现代人们的生活带来无穷乐趣。但各种不合理的电气照明设计，也给人们日常生活带来诸多不便，被现今人们称之为“光污染”。因此了解电气照明的基本概念，掌握基本设计知识和方法，合理的设计电气照明，对于建筑电气设计人员来说是非常重要的。,照明设计，特别是现代高层建筑的电气照明设计，与装饰工程有着密切韵关系，它不仅应用光学和电学方面的知识，还涉及建筑学、生理学和美学等方面，是一门综合性的技术。,7.1 基 本 概 念,7.1.1 光源的度量与单位,（1）

3、光通量,人眼所感觉到的光是电磁波谱中很窄的一部分，它的波长范围约在380760nm之间，这段波长的电磁波称为可见光；波长在10380nm之间的光称紫外光；波长在78034000nm之间的光称为红外线，也称红外光。,一个光源不断地向周围辐射能量，在辐射的能量中，有一部分能量使人的视觉产生光的感觉。光源在单位时间内，向周围空间辐射的使视觉产生光感觉的能量的总和，称为光通量，用表示，单位是流明(lm)。,常用光源的光通量,（2）发光强度（光强）,由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀，大小也不相等，例如：同一个光源有、无灯罩被照面所得到效果是不同的，故为了表示辐射体在不同方向上光通量分布特性，需引进

4、光通量的角密度概念，即发光强度，简称光强。 用符号I表示，单位是坎德拉(cd)。,发光强度是指光源在某一特定方向上单位立体角（单位球面度）内的光通量。,式中： d光源在d立体角内所辐射出的光通量(lm)； d微小立体角(sr)，等于与之对应的封闭圆锥面面积s与该球面半径r2比值。,I = d/d 1cd = 1lm/sr,（3）照度 照度是表示物体被照亮的程度的物理量。 当光通量投射到物体表面时，可以把表面照亮，照度就是照射到物体表面的光通量与物体表面面积S的比值，即 E=/S 照度的单位是勒克斯(lx)，面积的单位是平方米(m2)。 若被照面积是1m2，照射的光通量是1lm，则被照面上的照度

5、就是1lx。,（4）亮度 亮度是一个单位表面在某一方向上的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此方位所看到发光面面积之比，用L表示，单位为坎德拉每平方米(cdm2)，也称尼特(nt)。,光通量、发光强度、照度 和亮度示意图,光通量说明发光体发出的光能的光能数量。,发光强度是表明发光体在某方向发出的光通量密度，它表征了光通量在空间的分布状况。,照度表示被照面接受的光通量密度，用来鉴定被照面的照明情况。,亮度表示发光体单位表面积上的发光强度，它表征了一个物体的明亮程度。,7.1.2 光与视角 （1）光与视觉,人眼睛能否清楚地识别物体，与下列条件有关： 1.物体的明亮程度及其背景的亮度对比； 2.物

6、体的颜色、色对比以及光的颜色； 3.物体的大小和视距的视角大小； 4.观察时间的长短。,表明眼睛能识别细小物体程度的尺度称为视力。 视力：两个点若处在刚刚能识别出来的时候，那么这两点到眼睛的连线的夹角称为视角。其倒数1/即为视力。,过高的亮度或强烈的亮度对比，则会引起眼睛的不舒适，而造成视力下降，这种现象称为眩光。,在照明条件急剧变化的情况下，视觉过程需要适应。 明适应：从黑暗中进入明亮的环境时，眼睛需2min恢复视力。 暗适应：从明亮处进入暗的环境时，需要30-40min恢复视力。,（2）明视照明的基本条件,良好的光环境使人具有舒适感，反之，在恶劣的照明条件下会使人感到不适，长时间后还会引起

7、视觉疲劳和全身疲劳，良好的明视需要具备以下几个方面的条件： 合理的照度水平，并具有一定的均匀度； 适宜的亮度分布； 必要的显色性； 限制眩目作用。,合理的照度水平，并具有一定的均匀度,照度是决定物体明亮程度的间接指标（直接指标为亮度），用它来评价工作方面上的光线是否充足比用亮度要方便得多。 因此在一般场合以照度水平作为照明质量最基本的技术指标之一。,由于在影响视力的因素方面，最重要的是被识别物体的尺寸和它同背景亮度的对比程度，所以通常按照这两个指标把视觉工作分成若干等级。 例如，把视觉工作分为粗糙、中等、精密、高度精密、极精密、特别精密等；把亮度对比分为大、中、小等，然后规定出对每个等级的照度

8、要求。,我国现行的工厂照度标准为工业企业照明设计标准，民用建筑照度标准为建筑电气设计技术规程中推荐的一般照明照度水平。前者规定的是最低照度值，后者规定的是平均照度值。,为了减轻眼睛对于照明条件的频繁适应所造成的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度（最低照度/平均照度）：工作区的照度均匀度不宜低于0.6，非工作区的照度不宜低于工作区照度的1/5。,要创造一个良好的、舒适的光环境，室内的亮度就需要有适宜的分布。对于一般的明视照明，通常是以适宜的亮度对比和正确选择墙面与顶棚的反射系数，作为设计应达到的要求。 一般推荐：视觉作业亮度与视觉作业相邻环境的亮度比为3:1；顶棚上的照度为水平照度的0

9、.3-0.9，墙面的照度为水平照度的0.5-0.8；一般高度的房间以及采用嵌入式灯具时，顶棚的反射系数应大于70%；照度很高的房间，墙面的反射系数可在40%-60%之间，地面的反射系数可在20%-30%之间。,适宜的亮度分布,在视觉作业时，还应根据辨别颜色的不同的要求，合理地选择光源的显色性。 光源的显色性是光源的光色特征之一，其另一特性是色表。 光源发光的颜色称为光源的色表，它可用“色温”等表示。（见书） 光源的显色性是其光谱特性在被照物体上所产生的颜色效果。 光源显示性的优劣主要是取决于它的光谱分布，所以长期以来使用基于被测光源与基准光源的光谱分布相比较的方法。（见书）,必要的显色性,眩光

10、：直接眩光与反射眩光。,限制眩目作用,产生眩光的主要因素：1.周围暗，此时眼睛能适应的亮度很低；2.光源的亮度很高；3.光源靠近视线；4.光源的表观面积和数量。,按照在建筑中所起主要作用的不同，可将建筑照明系统分为视觉照明系统和气氛照明系统两大类。 （一）视觉照明系统 是指在自然采光不足之处或夜间，提供必要的照度，满足人们的视觉要求(属生理要求)，以保证所从事的生产生活正常进行而采用的照明系统。,7.1.3 建筑照明系统的分类,根据具体的工作条件，又可分为工作照明、事故照明和障碍照明三种。 （1）工作照明 是保证人们的工作和生活正常进行所采用的照明。工作照明是电气照明中的基本类型。在建筑内，正

11、常情况下需要照明的全部空间所采用照明都是工作照明。警卫照明和检修设备而使用的移动照明等均为工作照明。,（2）事故照明 是当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作或人员疏散用的照明。 事故照明又包括备用照明和应急照明 备用照明 是供人们暂时继续工作用的事故照明，应在下列场所采用： 当工作照明故障，由于工作中断或误操作将引起火灾、爆炸、人员中毒等严重危险的场所。如锅炉房、烘气站；可能引起生产过程长期破坏的场所，如电子计算机房；重要的生产车间，如水泵房等。,应急照明 是供人员安全疏散用的事故照明。应在下列场所采用： 工作人数超过60人的生产车间，或当工作照明熄灭后由于生产继续进行或人员通行容易发生事

12、故的地方；工作人数超过50人的生产车间或影剧院、大礼堂等公共场所；供人员往外疏散的通行房间、楼梯、太平门等处。 应急灯应涂成红色或注上箭头，文字说明等标记。,事故照明应采用能瞬时可靠点燃的白炽灯或卤钨灯。若事故照明平时作为工作照明的一部份经常点燃，而且当发生事故时不需要切换事故照明电源的情况下，也可采用其它电光源。,（3）障碍照明 是装设于高大建筑物的顶部，作为飞行障碍标志的照明。 凡高于50m的建筑物均应装设障碍灯，高于100m的烟囱除在顶部装设外，还应在其二分之一高处安装障碍灯，灯下应设平台以便维护。一般高层建筑物只在顶端装设。水平面积较大的高层建筑物或集群高层建筑物，尚应在外侧转角的顶端

13、装障碍灯，灯下也应设维修平台。每盏灯不应小于100W。最高端的障碍灯不得少于两盏。,（二）气氛照明系统 是指创造和渲染某种气氛和人们所从事的活动相适应(即满足人们的心理要求)而采用的照明系统。包括建筑彩灯和专用彩灯。,（1）建筑彩灯 节假日夜晚用于装饰整幢建筑物的照明系统。 节日彩灯 用来显示建筑物的艺术造型，以增添节日之夜的欢乐气氛。 泛光照明 是以高强度气体放电灯作为泛光灯，装在邻近的房屋和装置上，从不同角度照射主建筑。光线均匀，有层次，可达到理想的艺术效果。 （2）专用彩灯 是满足各种专门需要的气氛照明。如喷泉照明、舞池照明等,7.2 常见电光源,一、电光源的种类,按其工作原理分为两大类

14、,（一）热辐射光源,利用电能使物体加热到白炽的程度而发光 的光源，如白炽灯、卤钨灯,（二）气体放电光源,利用气体或蒸气的放电而发光的光源，如 荧光灯、荧光高压汞灯等了。,照明电光源的具体分类见下页图：,7.2.1 常见电光源,热辐射光源 （白炽灯）,气体放电 光源,二、常用电光源,1.白炽灯,（1）构造、原理,白炽灯是第一代光源，它由玻壳、灯丝、芯柱、灯头等组成，它将灯丝加热到白炽的程度，利用热辐射发出可见光。,（2）特点,优点：构造简单、使用方便、显色性好、可调光、 瞬间点燃、无频闪。 缺点：发光效率低、寿命短、怕振动，对电压波动 比较敏感。,2.卤钨灯,（1）构造、原理,卤钨灯是在白炽灯基

15、础上改进而得。卤钨灯主要由电极、灯丝、石英灯管组成。卤钨灯有单端引出和双端引出两种，构造如下页图所示。,白炽灯的钨丝在热辐射过程中蒸发并附着在灯泡内壁，使灯泡射出伪光通愈来愈低。为了减缓这种进程，通常在灯泡内充以惰性气体(卤族元素)，利用“卤钨循环”以抑制钨丝的蒸发。,为维持正常的卤钨循环，管形卤钨灯工作时需水平安装，倾角不得大于4。，以免缩短灯的寿命；另外耐震性差；对电压波动比较敏感。,（2）特点,它与白炽灯比较,光效提高30%，寿命增长50%，一般达1500小时。卤钨灯具有体积小、功率大、能够瞬时点燃、可调光、无频闪效应、显色性好和光通维持性好等特点。,这种灯多用于较大空间、要求高照度的场

16、所，也适用于电视转播摄像照明。,3.荧光灯,（1）构造、原理,荧光灯是第二代光源，它是一种低压汞蒸气放电灯。,直管式荧光灯的外形如下页图所示。荧光灯管的主要部件是灯头、热阴极和内壁涂有荧光粉的玻璃管。热阴极为涂有热发射电子物质的钨丝，玻璃管在抽真空后充入气压很低的汞蒸气和惰性气体氩。在管内壁涂上不同的荧光粉，则可制成月光色、白色、暖白色以及三基色荧光灯。,开关频繁会缩短灯管寿命，电压偏移对荧光灯的寿命和光效影响较大，环境温度和湿度对荧光灯的工作影响大。,（3）特点,荧光灯具有表面亮度低，表面温度低，光效高，寿命长，显色性较好，光通分布均匀等特点。它被广泛用于进行精细工作、照度要求高或进行长时间

17、紧张视力工作的场所。,高压汞灯又称高压水银灯，是一种较新型的电光源。高压汞灯主要优点是发光效率高、寿命长、省电、耐震。,4.高强度气体放电灯,高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯都属于高强度气体放电灯，其结构外形见下页图，它们主要由灯头、玻璃外壳、放电管和附件等几部分构成,（1）高压汞灯,缺点：1、光谱能量分布不连续，集中在几个窄区段上，显色性能较差。因此，常用于空间高大的建筑物中且不需要分辨颜色的大面积照明场所，如广泛用于街道、广场、车站、施工工地等大面积场所的照明； 2、对电源电压的偏移非常敏感，u-5%，-15%； 3、启动过程长（4-8min），熄灭后不能立刻再启燃，需停1-2min。,钠

18、灯分为低压钠灯和高压钠灯，是利用钠蒸气放电的气体放电灯，它具有光效高、耐震、紫外线辐射小、寿命长、透雾性好、亮度高等优点。适合需要高亮度和高光效的场所使用，如交通要道、机场跑道、航道、码头等场所的照明用。 缺点：1、显色性差；2、启动时间长（4-8min） 3、对电压偏移非常敏感。,（2）钠灯,（3）金属卤化物灯,金属卤化物灯是第三代光源。其优点是发光效率高、光色好，适用于电视摄影、印染、体育馆及需要高照度、高显色性的场所。,金属卤化物灯主要由一个透明的玻璃外壳和耐高温的石英玻璃管组成。壳和管之间充入氮气及其他惰性气体、汞蒸气和金属卤化物(碘化钠、碘化铊、碘化铟等)，目前常用的金属卤化物有镝灯

19、、钠铊铟灯等。,金属卤化物灯,特点：放电时，产生很强的白光，其光谱接近太阳光；功率大，显色性好，能瞬时启动，耐震等优点。 有一定的紫外辐射和较强的红外辐射，因此光效低，寿命短；启动时电压比工作时电压高得多，所以需要触发器启动；人不能长时间靠近，需装设虑光玻璃。 因此，适用于作大面积场所照明，如高大厂房、广场、海港和机场等。,7.2.2 常见电光源的部分特性参数,光源的主要参数有色温、显色指数、色调及发光效率等,7.2.3 光源选择 按照明要求选择光源 按环境条件选择光源 按经济合理性选择光源,7.3 照明灯具分类及特性,照明设计的一个重要环节就是根据照明要求和环境条件，选择合适的照明器或照明装

20、置，达到照明功能和装饰效果的协调和统一。 控照器（灯罩）和光源配套组成照明灯具。,灯罩的作用： 1.重新分配光源产生的光通量； 2.限制光源的眩目作用； 3.和光源配合起一定装饰作用； 4.安装盒固定光源； 5.保护光源遭机械破坏。,7.3.1 照明灯具分类,（一）按光源情况分 （1）按类型：白炽灯、卤钨灯、荧光灯等。 （2）按数目：普通灯具、组合灯具等。 （二）按控照器情况分 （1）按结构形式：开启式、保护式、密闭式、防爆式、隔爆式。 （2）按配光曲线：直射型、半直射型、漫射型、反射型、半反射型。,开启式：光源和外界环境直接接触的普遍灯具，照明效率高。 保护式：透光罩把光源包围起来的照明器。

21、但罩内外空气自由流通，尘埃易进入透光罩内。（走廊吸顶灯） 密闭式：与外界可靠地隔离，内外空气不流通。防潮型、防水防尘型（浴室、厨房、有水蒸气的车间） 防爆式：严格密闭，使周围环境中的爆炸性气体进步了照明器内，可避免照明器工作时产生火花而引起爆炸。用于在不正常情况下有可能发生爆炸危险的场所。 隔爆式：结构特别坚实，即使发生爆炸也不易破裂用于在正常情况下可能发生爆炸的场所。,以灯具上半球和下半球发射的光通量占照明器输出光通量的比例进行分类。 直射型：照明器由反光性良好非透明材料制成。如：搪瓷、抛光吕、铝合金板、镀银镜面。特点：效率较高，90%以上的光通量都分配到灯具的下部，上射光通量几乎没有，故顶

22、棚很暗，光线方向性强，易产生较重的阴影。 半直射型：灯具用半透明的材料制成，控照器为下敞口型（碗罩型）。特点：使较多的光线（60%-90%）直接照射到工作面上，改善空间环境得到适当的亮度，改善房间内的亮度比。,漫射型：控照器为闭合型，由漫射透光材料做成。上射光通量和下设光通量基本相等的照明器。乳白玻璃球形照明器属于典型的漫射型。特点：造型美观、光线均匀柔和但光损失较多、光利用率较低。 半反射型（半间接型）：控照器上部分用透明材料或敞口，下部分材料是漫射性材料制成，60%-90%光通量向上部分配。特点：由于上射光通量的增加，增强了室内散射光的照明效果，使光线更加均匀柔和，容易积灰，导致照明器的效

23、率的下降。,反射型（间接型）：控照器为上开口型， 90%以上的光通量向上部分配。特点：减弱阴影、减弱眩光、光线极其柔和，光损失大，不经济。,（三）按材料的光学性能分（不详解）,反射型灯罩主要由金属材料制成，可分为： A.漫反射型 B.走向反射型 C.定向漫反射型 折射型灯罩 透射型灯罩 A.浸透射型 B.定向散射透射型用磨砂玻璃等材料制成。 按安装方式,图7.5 灯具安装方式,吸顶型、嵌入顶棚型、悬挂型（线吊型、链吊型、管吊型）、枝形组合型、附墙型、嵌墙型,7.3.2 主要特性,（1）配光曲线,一个光源配上了灯罩后，其光通就要重新分配，称为灯具的配光。灯具的配光以配光曲线来表示。 配光曲线形象

24、地描述了光强在空间各个方向上的分布情况。 对于大部分灯具来说，这种曲线是三维空间的，而且是旋转对称的。为了表达上的方便，人们往往取其平面图形来代表，并用极坐标绘制。,（2）光效率,（3）保护角,h：发光体至灯罩下缘的高度差。 c: 灯罩开口边缘与发光体最远边缘（灯丝）的水平距离。,7.3.3 灯具布置和要求,图7.8 灯具的竖向布置图,hc-垂度 h-计算高度 hp-工作面的高度 hs-悬吊高度 距高比：L / h 当实际布灯距高比等于或略小于相应合理距高比时，即认为布灯合理。,7.4 照明的基本要求,照明设计的步骤：在进行照明设计时，要正确规划照明系统，首先要确定所采用的照明方式和照明种类、

25、数量，以达到照度标准的要求，在此基础上再考虑照明质量问题。,照明的设计目的：根据具体场合的要求，正确地选择光源和照明器，确定合理的照明方式和布置方案，在节约能源和资源的条件下，获得一个良好的、舒适愉快的工作学习和生活的环境。,7.4.1 人工照明标准,照度标准是关于照明的数量和质量的要求，最主要和最基本的是指照明的数量，即指工作面上的照度值，因此在照度标准中主要是规定工作面上的照度。国家根据有关规定和实际情况，制定了各种工作场所的最低照度值或平均照度值。,我国现行的照度标准：,工业建筑照度标准,民用建筑照度标准,我国执行的最低照度标准：即保证工作面上照度最低的地方和视觉工作条件差的地方应达到的

26、照度标准。这种标准有利于保护劳动者的视力和提高劳动生产率。,（1）工业建筑照度标准,（2）民用建筑照度标准,根据各类建筑的不同活动或作业类别将照度标准值规定为高、中、低三个值。设计人员应根据建筑等级、功能要求和使用条件，从中选取适当的标准，一般情况下应取中间值。,7.4.2 照明质量 （1）照度的均匀度,在视觉内，照度不均匀很容易引起视觉疲劳，所以应力求在工作面周围的照度均匀。照度的均匀性是用照度均匀度来衡量的。,照度均匀度，是指在工作面上最低照度与平均照度之比，即,影响照度均匀度的因素：与布灯距离比L/h有关。要达到较满意的照度均匀度，只须实际布灯的距高比小于所选用照明器的最大允许距高比，就

27、能满足照度均匀度的标准要求。 最大允许距高比是考虑了经济的年电能消耗和设备投资的条件下，并具有一定的照度均匀性而定出 。,（2）亮度分布,在设计工作中，为了使室内环境能获得适当的亮度分布，同时又避免繁琐的计算工作，通常用亮度比和墙面、顶棚、地板等反射比来作为设计应达到的要求。（见书）,在视野内有合适的亮度分布是舒适视觉的必要条件。,（3）眩光的限制 1）直射眩光的限制 采用具有一定保护角的灯具 限制光源的亮度 减少会形成眩光的光源面积 增加眩光源的背景亮度,2）反射眩光的限制,尽量采用低亮度的光源或灯具，使反射影像的亮度随之降低。 力求光源处在优选的位置上，使视觉工作不处于任何光源同眼睛形成的

28、镜面反射角内。,图7.9 避免反射眩光影响的办法,工作房间内采用无光泽的表面，以减弱镜面反射。 增加光源数量，使引起反射的光源在工作面上形成的照度在总照度中所占的比例减小，从而使反射眩光的影响减弱。,3）减弱光幕反射,（4）光源的显色性,照明设计时，应根据照明场所对颜色辨别的要求合理地选择光源的显色性。,当使用一种光源不能满足光色要求时，可采用两种或两种以上光源混光的办法。发挥单一光源的各自优点，避免其缺点，以提高光效，改善光色，达到节能和扩大使用范围的目的。 从表7.18的混光来看，它即发挥了高压汞灯光效高的优点，也利用了白炽灯显色性好的特点，而且采用不同的光通比还可达到不同的效果。,（5）

29、频闪效应的消除,电光源在采用交流电源时，光源发出光通量也随之作周期性变化。其变化程度用波动深度来衡量，即,消除频闪效应的办法,（6）照度的稳定性 1）照度补偿,2）电源的电压波动限制 3）光源的固定,（7）光源的光色和配合,光源的光色有两个含义：一个是人眼观看到光源所发出的光的颜色，这称为色表，色表又以色温来表示；另一个是光源的显色性，通常以一般显色指数来表示。,7.5 照明的一般计算方法 平均照度的计算 点照度的计算,单位容量法,利用系数法,7.5 照明的一般计算方法,7.5.1 照明计算的目的和方法 （一）照明计算的目的 其目的是使空间获得符合视觉要求的亮度分配，使工作面上达到适宜的亮度标

30、准。故照明计算的实质是进行亮度的计算。因亮度计算相当困难，故以直接计算与亮度成正比的照度值，从而间接反映亮度值使计算简化，因而所谓照明计算，实际是做照度计算。,（二）照明计算的方法 照明计算的方法很多，但从计算工作的内容和程序上可分为两类： （1）已知照明系统和照度标准，求所需光源的功率和总功率，用以进行照明的设计。 （2）己知照明系统和光源的功率与总功率，求在某点产生的照度，用以进行照明的验算。 无论哪一种方法，都很难做到完全符合照度标准。一般认为工作面上任何一点的照度不低于最低照度(照度标准值)，不超出20%就算正确，就认为布灯合理，满足要求。,目前国内在一般照明工程中常用的照明计算方法，大体分为两大类： 平均照度的计算 平均照度的计算适合于进行一般均匀照明的水平照度计算，只可求出被照面上的平均照度，而求不出其上的照度分布，可用于进行照明工程的设计。 点照度的计算 点照度计算法可求出工作面任何一点的照度，也可求出其上的亮度分布，这种方法多用于进行照明的验算。,7.5.2 单位功率法,（一）估算法 （1）计算建筑总用电量 式中：P 建筑物(或功能相同的所有房间)的总用电量（kW） w 单位建筑面积安装功率（Wm2），可查表 S 建筑物(或功能相同的所有房间)的总面积（m2）,（2）求出每盏灯泡的瓦数(灯数为n盏),(二)单位