建筑电气照明技术

建筑电气照明技术4.1基本知识4.2建筑电气照明装置4.3建筑电气照明设计基础4.4常用照明装置的安装4.5应急照明的设置4.1基本知识(1)与所有物质一样，光也是一种物质，是物质的一种存在形式，是能引起视觉的辐射能，它以电磁波的形式在空间传播。可见光的波长在380~780纳米(nm)范围内，不同波长的光给人的颜色感觉不同，如图4.1所示。(2)光谱光源辐射的光往往由许多波长的单色光组成，把光线中不同强度的单色光按波长长短依次排列，称为光源的光谱。4.1.1照明技术的基本概念(3)光通量光源在单位时间内，向周围空间辐射出的、使人眼产生光感觉的能量，称为光通量，用符号Φ表示，单位为流［明］(lm)。人们通常以电光源消耗1W电功率所发出的流明数(lm／W)来表征电光源的特性，称为发光效率，简称光效。电光源的光效越高越好。人眼对可见光中波长为555nm的黄绿色光最灵敏，波长离555nm越远(如波长较长的红光和波长较短的紫光)灵敏度越低，所以光通量与光辐射的强弱及其波长都有关系。(4)发光强度发光强度是表征光源(物体)发光光源在某一特定方向上单位立体角内(每球面度，球的面积为4πR2所张球面度为4π）辐射的光通量，称为光源在该方向上的发光强度(简称光强)，用符号I表示，单位为坎［德拉］(cd)。如图4.2所示，对于向各方向均匀辐射光通量的光源，各方向的光强相等，其值为：I(5)照度对被照物体表面而言，它单位面积上所接受的光通量，称为该被照面的照度，照度用符号E表示，单位为勒［克斯］（lx被光均匀照射的平面照度为：表4.1给出了一些情况下的照度。ES(6)亮度某一物体(或发光体)的表面亮度是该物体单位面积向视线方向发出的发光强度。亮度用符号L表示，其单位为坎［德拉］每平方米(cd/m2)。由于物体在各个方向的亮度不一定相同，因此常在符号L的右下角注明角度，用以表示与物体表面法线成α角方向的亮度。物体的亮度越大，人们就会感到它越亮。cosILS(7)色温色温是电光源的技术参数之一。当光源的发光颜色与黑体(能吸收全部光能的物体）加热到某一个温度所发出的光的颜色相同时，称该温度为光源的颜色温度，简称色温。(8)显色性和显色指数同一物体在不同的光源照射下，显示出不同的颜色，光源对被照物体颜色呈现的真实程度称为光源的显色性。对同一物体，在被测光源的光照射下呈现的颜色，与在标准光源的光照射下呈现的颜色的一致程度愈高，Ra则愈大，显色性愈好。表4.2所列是常用电光源的一般显色指数Ra。(9)频闪效应电光源在采用交流电源供电时，由于交流电做周期性的变化，因而电光源所发出的光通量也随之做周期性的变化。这就会使人眼产生闪烁的感觉。在采用气体放电灯作为照明光源时，若被照物体处于转动状态，且转动频率刚好是电源频率的整倍数时，则转动的物体看上去就如没有转动一样。这种在以一定频率变化的光照射下，观察到的物体运动显现出不同于其实际运动的现象，称为频闪效应。频闪效应易使人产生错觉而造成事故。(10)反射率当光通量投射到被照面后，一部分被反射，一部分透过被照面，一部分则为被照面所吸收。这就是在相同照度下，不同物体有不同亮度被物体反射的光通量中Φ′与射向物体的光通量Φ之比，叫做反射率或称反射系数ρ建筑物内墙壁及顶棚、地面的反射率的近似值如表4.3所示。图4.1电磁波谱图4.2发光强度的定义表4.1一些情况下照度值被照物体表面照度值（lx）无月夜晚的地面上0.002月夜里的地面上0.2中午太阳光下的地面上100000晴天室外太阳散射光(非直射)下的地面上1000白天采光良好的室内100～500表4.2常用电光源的一般显色指数Ra光源显色指数Ra光源显色指数Ra白炽灯97高压汞灯22～51日光色荧光灯80～94高压钠灯20～30白色荧光灯75～85金属卤化物灯60～65暖白色荧光灯80～9060～65卤钨灯95～99镝灯85以上表4.3墙壁及顶棚、地面的反射率的近似值反射面性质反射率(%)反射面性质反射率(%)抹灰并大白粉刷的顶棚和墙面70～80混凝土地面10～25砖墙或混凝土面(石灰、大白)喷白50～60钢板地面10～30墙、顶棚为水泥砂浆抹面30沥青地面11～12混凝土屋面板30无色透明玻璃8～10红砖墙30（1）照明方式①一般照明在整个场所或场所的某部分照度基本上均匀的照明。对于工作位置密集而对光照方向又无特殊要求，或工艺上不适宜装设局部照明装置的场所，宜使用一般照明。②局部照明局限于工作部位的固定的或移动的照明。对于局部地点需要高照度并对照射方向有要求时，宜采用局部照明。③混合照明一般照明与局部照明共同组成的照明。对于工作位置需要较高照度并对照射方向有特殊要求的场所，宜采用混合照明。4.1.2照明方式及种类按照明的功能①工作照明正常工作时使用的室内外、值班②事故照明当工作照明由于电气事故而断电后，为了继续工作或从房间内疏散人员而设置的照明。③值班照明在非生产时间内为了保护建筑物及生产的安全，供值班人员使用的照明。④障碍照明装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。⑤装饰照明装饰照明是为美化和装饰某一特定空间而设置的照明。⑥艺术照明艺术照明是通过运用不同的灯具、不同的投光角度和不同的光色制造出一种特定空间气氛的照明。另外，在照明的空间布置上①整体照明为照亮整个场地，照度基本上均匀的照明。对于工作位置密度很大而对光照方向又无特殊要求，或受工艺技术条件限制不适合装设局部照明的，宜采用整体照明。②局部照明局限于工作部位的固定或移动的照明。局部照明只能照射有限面积，对于局部地点需要高照度时或对照射方向有要求时可装设局部照③混合照明由整体照明与局部照明共同组成的照明。是在整体照明的基础之上再加局部照明，有利于节约能源。混合照明在现代室内照明设计上应用非常普遍，如商场、展览馆、医院等。(1)照度标准照度标准就是指工作面应有合适在民用建筑照明设计中，应根据建筑性质、建筑规模、等级标准、功能要求和使用条件等选定照度值。（2）照明的质量良好、舒适的光环境，是靠高质量的照明效果达到的，而高质量的照明效果又必须是对受照环境中的照度、亮度、眩光、阴影、显色性、稳定性等因素全面正确的处理才能实现。4.1.3电气照明的基本要求在确定被照环境所需照度水平时，必须在考虑被观察物的大小尺寸,要使电气照明达到良好的质量，①照度均匀与稳定性②适当的亮度分布③限制眩光和减弱阴影④光源的显色性(3)照明的经济性在照明设计中既要保证足够的照度，又要注意节约电能。4.2建筑电气照明装置1）电光源的分类按电光源的发光原理电光源主要分为两大类。(1)热辐射光源是当物体受热且热能足够大，使原子或分子发生激烈的相互碰撞而激发产生的光的发射。电光源是利用电流将物体加热到白炽程度而产生的光。属于热辐射光源的灯有白炽灯、卤钨灯。4.2.1电光源的分类及参数（2）放电光源放电是指在电场作用下，载流子在气体(或蒸气)中产生和运动，而使电流通过气体(或蒸气)的过程。这个过程导致光的发射，可作为光源，即放电光源。这种光源具有发光效率高、使用寿命长等特点，很有发展前途。按放电媒质①气体放电灯。是利用气体中的放电发光，例如氙灯、氖灯等。②金属蒸气灯。是利用金属蒸气(如汞蒸气、钠蒸气等)中的放电，而主要由金属蒸气产生光，例如按放电形式①辉光放电灯。这种灯由辉光放电产生光。放电要有阳极和阴极。放电时，阴极温度不高，但要②弧光放电灯。是由弧光放电产生光。阴极工作在较高的温度下，又叫热阴极灯，如荧光灯、汞灯、钠灯等。2）电光源的参数(1)额定电压和额定电流光源在预定要求下工作所需要的电压和电流分别叫做额定电压和额定电流，额定值下工作具有最好的效果。(2)额定功率灯泡(或灯管)在额定电流下工作所消耗的功率叫额定功率。(3)发光效率灯泡(或灯管)所发出的光通量Φ与消耗的功率P之比叫发光效率，记作η，即：(4)寿命光源的寿命是指光源从初次通电工作的时候起到其完全丧失或部分丧失使用价值的时候止的全部点燃时间。寿命又分两种：①全寿命②有效寿命P(5)光色光色包括色表和显色性两个方面。色表指光源本身发光的颜色，即从外观上看到的光的颜色。而显色性则反映被照物体所体现出的颜色。1）白炽灯2）卤钨灯3）荧光灯4）高压气体放电灯5）金属卤化物灯6）氙灯4.2.2常用电光源1）白炽灯靠电能将灯丝加热到白炽状态而发光。(1)白炽灯的构造白炽灯的构造如图4.3所示，它主要由玻璃外壳、灯丝、支架、引线和灯头组成。灯丝一般都用钨丝制成。白炽灯的发光原理就是当钨丝通过电流时，产生大量的热，使灯丝温度升高到白炽的程度(2400～3000K)而发光。(2)白炽灯的工作特性①电流和功率白炽灯的电流决定于灯泡的供电电压和灯丝电阻。灯泡的容量用功率来表征，白炽灯的功率等于流过灯丝的电流和工作电压的乘积。②光通量输出白炽灯在运行中，其光通量的输出随电网电压的变化而急剧地变化。(3)发光效率灯泡的发光效率，钨丝白炽灯的发光效率比较低，一般仅有10lm／W(4)寿命平均寿命是许多灯泡寿命的算术平均值。一般白炽灯的平均寿命为1000h(5)光色白炽灯所发的光与日光相比仍有一定的差(6)灯泡温度白炽灯所消耗的电能首先变为热能，其中有很小一部分又转变为可见光，所以白炽灯玻(7)亮度白炽灯丝亮度很高，这样的亮度能够造成眩光。为了减少灯泡的表面亮度，有些灯泡其玻璃壳用磨砂玻璃或乳白玻璃制造。2）卤钨灯卤钨灯除在灯泡内充入惰性气体外还充入有少量的卤族元素(氟、氯、溴、碘)，这样对防止玻壳黑化具有较高的效能。（1）卤钨灯的结构为了使管壁处生成的卤化物处于气态，管壁温度要比普通白炽灯高得多，相应地卤钨灯的玻壳尺寸就要小得多，温度也高得多，因而必须使用耐高温石英玻璃或高硅氧玻璃。（2）卤钨灯的光特性卤钨灯是在石英玻璃管内封进钨丝，充进惰性气体和微量的磷或溴，制成双端引出型卤钨灯。种卤钨灯，由于卤钨循环作用，而能防止管壁发黑，改进了灯的工作特性，使灯的光效比普通白炽灯有显著的提高(约为18~21lm／W)。由于卤钨灯的充气压力比普通白炽灯高，所以寿命指数较低，并且容易受振动、冲击而产生机械断丝。显色性好，一般显色指数为Ra＝97，色温为3000～3200K。3）荧光灯荧光灯属于放电光源，是靠低压汞蒸气放电，利用放电过程中的电致发光和荧光质的光致发光，形成光源。它的优点是：结构简单、制造容易、价格便宜并且发光效率高、光色好、寿命长。常见的普通荧光灯是圆形截面的直长玻璃管子。在管子两端各放一个电极。荧光灯的典型结构如图4.4所示。（1）荧光灯需要镇流器和启辉器才能正常工作。它的接线如图4.5所示。（2）荧光灯的工作特性荧光灯的电流分为额定工作电流和额定启动电流两项。额定工作电流根据灯管功率、灯管结构和电流密度而定。额定启动电流是启动时预热灯丝的电流，它比额定工作电流大。在工作电流下，灯管上产生的电压降是荧光灯的管电压。4）高压气体放电灯（1）高压汞灯高压汞灯又名高压水银灯，它是靠高压汞蒸气放电而发光。这里所说的“高压”是指工作状态下的气体压力为1～5个大气压，以区别于一般低压荧光灯。高压汞灯的优点是光效高、寿命长、省电、①高压汞灯的结构与工作过程高压汞灯的结构分外镇流高压汞灯和自镇流高压汞灯两种。外镇流高压汞灯的构造如图4.6所示。②高压汞灯的工作特性a光通量输出和发光效率一般所说的光通量输出和发光效率是指点燃100h以后的数值。目前高压汞灯的发光效率为40～60lm／W。b光色高压汞灯的光色为淡蓝－绿色，缺乏红色成分c寿命在运用中影响寿命的因素主要有：（1）启动次数；（2）启动电流和工作电流。(2)钠灯与汞灯一样也是靠放电而发光。如在灯管内放入适量的钠和惰性气体，就成为钠灯。钠灯具有省电、光效高、透雾能力强等特点。钠灯分为高压钠①高压钠灯的电路原理简图如图4.7。②低压钠灯低压钠灯具有很高的发光效率，可超过150lm/W。5）金属卤化物灯也是一种气体放电灯。这种灯的优点是：发光体小，光色和日光相似，显色性也较高，光效也较高，达70lm/W(1)普通的金属卤化物灯外形和结构