光源的性能及选择照明灯具

照明技术1.1光的基本概念1.2光的度量1.3照明发展简史1.4常用照明光源与灯具1.1光的基本概念•1光的基本性质•2光的电磁理论•3光的量子理论•4人眼的视觉1光的基本性质•1.光是能量存在的一种形式。•2光在没有任何中间媒质的情况下，也能传播。•3.光在同一介质（或无介质）中，传播路线将是直线，称为光线。•4.光是一种人类眼睛可以见的电磁波，光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。2光的电磁理论•1.光的电磁波理论认为光是一种能在空间以直线传播的电磁波。•2.光是一种横波。•3.所有电磁波在真空中传播时具有相同的速度。•4.不同电磁波在真空中振动频率与波长不同。•5.电磁波在介质中传播，传播速度将随介质而改变。•6.光的电磁波理论可以解释光的干涉﹑衍射等。•7.将电磁波按波长排列可以绘出波普图。干涉衍射光谱图人眼最容易感觉的光谱段光谱图3光的量子理论•1.量子理论认为光是由辐射源发出的粒子流。•2.光微粒的最小存在单位是光量子，它具有能量和动量，在空间占有一定的位置，并作为一个整体在空间移动。•3.光子与其它实物粒子不同，它没有静止质量•4.量子理论可以解释光的吸收﹑散射及光电效应。•视觉是一种物理现象更是一种生理现象。•1.产生视觉的主要条件是有光线射入眼睛。•2.光落在视网膜上，视细胞吸收光能，产生生物电流，经过大脑综合处理产生视觉。•3.视觉的强弱取决于目标发射的光强度。•4.能引起视觉的最低限度的光量叫亮度阈值；一般来说亮度越大越有利于视觉，但亮度太大会灼伤视网膜。•5.眼睛要辨别物体总要把它与背景相对比，物体与背景有差异才能识别。这种差异有两种：一种是颜色的不同，另一种是亮度的不同。4人眼的视觉1.2光的度量基本度量单位1.光通量2.发光强度3.照度4.亮度5.光源的显色性能6.色温1.光度量的方法•光的度量主要有两种方法：•第一种方法是用辐射度学的物理量来度量。辐射度学是纯客观的物理量，不考虑人的视觉。•第二种方法是用光度学的物理量来度量光。它是考虑了人的视觉效果的生理物理量。•光谱光效率：在同样环境条件下，辐射通量相同时波长不同的光视觉效果是不同的。人们具有最大视觉效果的波长处光谱光效率为1。在明亮条件下555nm波长视觉效果最佳，在昏暗条件下507nm波长视觉效果最佳。常用词头符号E艾1018a阿10-18P拍1015f飞10-15T太1012p皮10-12G吉109n纳10-9M兆106µ微10-6k千103m豪10-3h百102c厘10-2da十101d分10-12.光通量光通量（luminousflux），光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人产生光感的能量,用符号Φ表示，其单位为流明（lm）。光通量的实质是用眼睛来衡量光的辐射通量，与光辐射的强度及其波长有关。光效（lm/W），电光源每消耗1瓦功率所发出的流明数。光效是衡量电光源性能优劣的重要指标，光效越高越好。电光源的普遍发光效率都是不高的，这是因为输入光源的电功率不能全部转化为电磁辐射通量，而电磁辐射通量中又只有一部分落在可见光区的缘故。3.发光强度光源在某一特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（luminousintensity），用符号I表示，单位为坎德拉（cd），简称光强。光强是反映电光源发光强弱程度的物理量。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，其各个方向的发光强度相同，其值为（10.1.1）式中Φ——光源在立体角Ω内所辐射的总光通量；Ω——空间立体角，，S为Ω相对应的球面积，r为球半径。I2/rS4.照度照度（illuminance）是表征被照面上光的强弱的物理量，用受照物体单位面积上的光通量表示。照度的符号为E，单位是勒克斯（lx）。如果光通量均匀地投射到面积为S的表面上，则该表面的光通量为SE5.亮度发光体在视线方向单位投影面上的发光强度称为亮度（luminace），用符号L表示，单位为cd/m2。图10.1.1所示发光体在视线方向的亮度为:SISISILcoscos6.光源的显色性能光源对被照物体颜色显现的性质称为光源的显色性能。物体的颜色以日光或与日光相当的参考光源照射下的颜色为准。光源的显色性能用被测光源照明时与由参考光源照明时物体颜色相符程度，显色指数（）来衡量。日光的显色指数为100，白炽灯的显色指数为97～99，荧光灯的为75～90。R显色性显色性7.色温当光源发射出的光的颜色与黑体（能吸收全部光能的物体）在某一温度时发出的光的颜色相同时，该温度就称为光源的色温，符号为T，单位是开尔文（K）。暖色光暖色光的色溫在3300K以下，暖色光與白熾燈相近，紅光成分較多，能給人以溫暖，健康，舒適的感受。適用與家庭，住宅，宿舍，賓館等場所或溫度比較低的地方。冷白色光又叫中性色，它的色溫在3300K到5300K之間，中性色由於光線柔和，使人有愉快，舒適，安詳的感受。適用與商店，醫院，辦公室，飯店，餐廳，候車室等場所。冷色光又叫日光色，它的色溫在5300K以上，光源接近自然光，有明亮的感覺，使人精力集中。適用與辦公室，會議室，教室，繪圖室，設計室，圖書館的閱覽室，展覽櫥窗等場所。色温国际制度基本单位单位数量符号米meter长度lengthm千克kilogram质量masskg秒second时间times安培ampere电流electriccurrentA开kelvin温度temperatureK摩尔mole数量amountofmattermol坎德拉candela发光强度luminousintensitycd1.3照明简史•1早期照明•2近代照明早期照明•1篝火始于60万年前猿人发明用火。火种来源：雷电、火山喷发、陨石坠落等自然现象形成的森林火灾。二十万年前人类发明了摩擦取火。•2油灯始于一万年前，经历了没有灯芯的油灯发展到了有灯芯的油灯。•3蜡烛始于2200年前。用凝固的动物油脂内加灯芯制成。为了用于室外照明，给它加了一个挡风设备形成了灯笼。•4气灯始于19世纪初。通过煤气燃烧，使钍、铈等金属氧化物制成的纱罩炽热发光。5近代照明方式都有一个共同的特点-----用火。不管形式有多大的改进它们都无法摆脱两个致命的缺点：污染空气和容易失火。近代照明1808年英国科学家戴维用通电的碳棒发明了炭弧灯。1879年爱迪生研制出实用炭丝灯。1909年美国人柯里奇研制出钨丝灯。1933年高压汞灯在荷兰问世。1938年实用荧光灯研制成功。1944年德国制造出了氙灯。1959年碘钨灯问世。1961年美国制造出高压钠灯。1970年金属卤化物灯开始使用。1.4常用照明光源与灯具照明光源1.光源的分类2.光源的性能及选择照明灯具1.灯具的光学特性2.灯具的结构3.灯具的选择4.室内灯具的悬挂高度5.灯具的布置照明光源•光源的分类常用的电光源按发光原理可分为热辐射光源和气体放电光源两类。1.热辐射光源：利用物体加热时辐射发光的原理所制造的光源。如白炽灯、卤钨灯等。2.气体放电光源：利用电场作用下气体放电发光的原理所制造的光源。如荧光灯、高压汞灯、高（低）压钠灯、金属卤化物灯和氙灯等。（1）白炽灯白炽灯是靠电流加热钨丝到白炽程度引起热辐射发光的,结构见图10.2.1。其特点是构造简单，价格低，显色性好，有高度的集光性，便于光的再分配，使用方便，适于频繁开关。缺点是光效低，使用寿命短，耐振性差。（2）卤钨灯卤钨灯是利用卤钨循环的原理，在白炽灯中充入微量的卤化物，结构见图10.2.2，白炽灯灯丝蒸发出来的钨和卤元素结合，生成的卤化钨分子扩散到灯丝上重新分解，使钨又回到灯丝上，从而既提高了灯的光效又延长了使用寿命。管形卤钨灯必须水平安装，并且应当与易燃物保持一定距离。卤钨灯的耐震性也较差，不适于在振动较大的场所使用，更不能作为移动式光源来使用。（3）荧光灯荧光灯是一种低压汞蒸气弧光放电灯，结构如图10.2.3所示，汞蒸气放电时发出可见光和紫外线，紫外线又激励管内壁的荧光粉而发出可见光，两者混合光色接近白色。外荧光灯要与镇流器（或称稳压器）一起使用，将工作电流限制在额定值。荧光灯的优点是光效高，寿命长，显色性好；但需要附件多，不宜用于需要频繁启动的场合。（4）高压汞灯高压汞灯是低压荧光灯的改进产品，如图10.2.4所示，它的光效约比白炽灯高三倍，寿命也长，启动时无需加热灯丝，故只需镇流器。缺点是显色性差，启动慢，对电压要求较高，也不宜频繁启动。（5）高压钠灯结构见图10.2.5，高压钠灯利用高压钠蒸气放电发光，其辐射光的波长集中在人眼较敏感的区域内。具有照射范围广，寿命长，紫外线辐射少，透雾性好等优点。但显色性差，对电压波动较敏感。（6）金属卤化物灯金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上发展起来的，它克服了高压汞灯显色性差的缺点。在高压汞灯内添加了某些金属卤化物，通过金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供金属蒸气，金属原子在电弧中受电弧激发而辐射发光。它具有光色好、光效高、受电压影响小等优点，是目前比较理想的光源。选择适当的金属卤化物并控制相对比例，便可制成各种不同光色的金属卤化物灯。（7）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，与太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之称。氙灯特别适合作广场等大面积场所的照明。（8）LED绿色照明灯具1LED高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。2LED长寿命：LED光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。3LED利环保：LED是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。LED绿色照明灯具•光源的性能及选择各种常用电光源的主要性能见表10.2.1。•光源的性能及选择从表中可以看出，这些性能指标之间有时是相互矛盾的，在选用电光源时首先应考虑光效高、寿命长其次再考虑显色指数、启动性能以及其他次要指标最后综合考虑环境条件、初期投资与年运行费用光源的性能及选择选择照明光源时，一般考虑如下因素。（1）对于一般性生产车间、辅助车间、仓库和站房，以及非生产性建筑物、办公楼和宿舍、厂区道路等，优先考虑选用投资低廉的白炽灯和简座日光灯。（2）照明开闭频繁，需要及时点亮、调光和要求显色性好的场所，以及需要防止电磁波干扰的场所，宜采用白炽灯和卤钨灯。（3）对显色性和照度要求较高，视看条件要求较好的场所，宜采用日光色荧光灯、白炽灯和卤钨灯。（4）荧光灯、高压汞灯和高压钠灯的抗振性较好，可用于振动较大的场所。（5）选用光源时还应考虑到照明器的安装高度。白炽灯、荧光灯适宜的悬挂高度为2～4m，高压汞灯为5～18m，卤钨灯为6～24m。对于灯具高挂并需要大面积照明的场所，宜采用金属卤化物灯、高压钠灯和氙灯。（6）在同一场所，当采用的一种光源的光色较差时，可考虑采用两种或多种光源混合照明。•光源的性能及选择•照明灯具灯具是灯泡和灯罩的总称。1.灯具的光学特性灯具的光学特性主要体现在光强分布（配光曲线）、遮光角（保护角）和灯具的效率等指标上。照明灯具（1）配光曲线灯具在空间各个方向上的光强的分布情况用配光曲线来描述。配光特性是衡量灯具光学特性的重要指标。常见的灯具的配光曲线有正弦分布型、光照型、漫射型、配照型和深照型五种形状,如图10.2.6所示。照明灯具（2）效率灯具射出的光通量与光源发出的光通量的比值称为灯具的效率。灯具的效率一般在0.5～0.9之间，其大小与灯罩材料与形状、光源的中心位置有关。照明灯具（3）遮光角遮光角又称为保护角，指的是灯具出光沿口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角，如图10.2.7所示。其值一般在15。～30。之间。2.灯具的结构结构型式结构