LED与室内照明设计

LED与室内照明设计2013LED系列职业培训主讲：岑松原LED室内照明灯具种类、特性与应用1照明系统设计方法应用——室内照明经典案例2LED室内照明设计趋势及挑战3室内照明质量0.2光度、色度0.1光度、色度及室内照明质量（1）眼球的结构眼球的组织结构示意图眼球的光学结构原理示意图（2）视网膜结构及视觉机理•视杆细胞分布在黄斑以外，外段含有光化学物质视紫质。当暴露在光线下时，分解或漂白，释放能量并发出冲动传递至大脑，其感光阈值比较低，适合在暗淡的光线中视物。•视锥细胞分布于中央凹和黄斑区，含视青质，分别对红蓝绿三色敏感视网膜的组织结构示意图（3）视神经对光亮度的响应•暗视觉0.01~0.005cd/m2主要是视杆细胞参与；•中间视觉0.01~2cd/m2视杆细胞与视锥细胞共同参与；•亮视觉2cd/m2以上视锥细胞参与；视神经对光亮度的响应从亮处进入暗处时，在一段时间内完全看不到视觉对象，过一会由于眼睛感度逐渐升高看到视觉对象--暗适应；暗适应通常在30分钟左右完成视神经对光亮度的响应当从暗处突然到明处时，开始感觉非常刺眼，过一会才能看清视觉对象--明适应；明适应时间短，5~15分钟内即完成视神经对光亮度的响应韦伯比韦伯比与适应亮度（4）眼球对光谱的响应视网膜感光器的分光吸收曲线鲤鱼视网膜的视锥细胞电势响应眼球对光谱的响应光视效曲线明视觉Vs暗视觉光度与色度•由于人眼能适应不同的光强度，因此人眼不能精确地测量光强度，光强度的测量必须有某种适合的标准光源。•这个标准已于1948年被确定，称为坎德拉(candela,cd)，1坎德拉等1cm2的黑体在铂熔化温度1773℃时所发射出来的1／60光强度。光度与色度立体角定义图光度与色度•光强单位：坎德拉（cd）符号：I•含义：光强是光源明亮度的评价量。它是光源在指定方向上的微小立体角内发出的光通量dΦ与该微小立体角的比值光度与色度光通量单位：流明（lm）符号：Ф光计测参量的基础含义：1W功率的波长为555nm的绿光光通量为683流明，其他波长的光按照视效曲线折算。光度与色度•照度单位：Lux或lm/m2符号：E含义：被照射面上明亮度的评价量，包含任意点P的微小面积dA上的入射的光通量与dA的比值光度与色度•亮度（定义1）单位cd/m2符号：L含义：光源任意点P的亮度是包含该点的微小面积在给定方向上的发光强度dI，与其微小面积dA在该方向垂直平面上投影面积的比值光度与色度•亮度（定义2）单位cd/m2符号：L含义：受光面上的任意点P看到的光源亮度L，为通过该点在观看方向垂直平面上的照度dE，与以此点为顶点，以光源为底所形成椎体的立体角dΩ的比值•光谱人眼可见光波长范围360～830nm，对于特定的可见光，以光波长为横坐标，对应功率为纵坐标，绘制得到的图形称为光谱图典型白光LED光谱光度与色度•色坐标光度与色度•色温单位：K•含义：反映白光色调的指标，由暖色调—冷色调对应的色温由低变高美国国家标准委员会(ANSI)的色温划分22光度与色度光度与色度•普通显色指数符号：Ra•含义：光对被照射物体的色彩呈现和色彩还原能力，•最大值为100（日光、白炽灯），荧光灯的Ra由60～98普通显色指数光谱图高显色指数光谱图24照度对人体的影响照度：被照面（物体）单位面积所受到的光通量，单位：lx。1.与视力、生产率、事故率有密切关系，在一定范围内提高照度会提高视力和生产率，降低事故率。2.照度增加，电能消耗和成本增加，不同工作场合，选择适当的照度：照度太低易造成疲劳和精神不振照度太高刺激太强引起过度兴奋、眩光25照度与视力的关系1.照度低，视功能低2.照度增加到1000lx后，视功能提高不明显；00.511.522.531.E-021.E-011.E+001.E+011.E+021.E+031.E+041.E+05视力/a.u.照度/Lux视力Vs照度26照度的心理感受舒适度，2000Lx最适宜；一般1000Lx称为较合适的照度环境。0102030405060708090100100200100020001000020000照明满意度/%照度/Lux照明满意度Vs照度太暗满意太亮27照度与工作效率、故障率的关系照度大于500Lx，曲线开始趋于平坦，500～1000Lx，连续工作的室内合适照度51525354555657585951002004006008001000对生产因素的影响/%照度/Lux生产因素Vs照度工作效率事故疲劳次品28合理照度的确定•CIE《室内照明指南》：刚好辨认人脸特性，约1cd/m2亮度，相当于水平面照度20Lx。--通道及非工作房间最低照度；•不需要特别费力即辨认脸部特征，10～20cd/m2亮度，约200Lux的水平照度--200Lux连续工作所需最低照度。29照度均匀性的要求国标规定：工作区域的一般照明均匀度不小于0.7；一般分区照明，室内通道和非工作区域照度值不小于工作区域照度的1/5；局部照明与一般照明共用时，工作面照度值为总照度值的1/3～1/20，且不宜低于30Lux；30亮度对人体的影响亮度与视觉的关系：人眼对物体的明暗感觉不取决于物体照度，而取决与物体在人眼视网膜上成像的照度，即亮度；被观察物需要一定的亮度，且亮度与背景亮度需有一定的差别才能看清物体；对比度。视觉：L＜0.01cd/m2：暗视觉；＞2cd/m2：明视觉。在两者之间，中间视觉。亮度L：光源在给定方向上光强与其在垂直于该方向平面上的投影面积之比。cd/m2,光源或表面明亮程度31对比度背景亮度越高，看清物体所需要的时间就越短适当增加对比度，比单纯增加工作面照度更能有效提高视觉灵敏度，且比较经济；00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.010.1110100辨识时间/s背景亮度/cd10.00132普金耶现象明视觉下，黄绿光（555）最明亮，红、蓝光暗。暗视觉下，青绿光（507）最明亮，红色、橙色光发暗。青、蓝色系在明视觉下明度低，在暗视觉下明度反而提高，橙色则反之。--普金耶现象。33合理亮度的分布合适亮度分布是舒适视觉的必要条件亮度分布变化大，人眼易疲劳；亮度过分均匀分布，降低物体清晰度，且室内过于呆板，阴暗感。地域办公室车间工作对象与相邻周围之间（例如书与桌子间）3:13:1工作对象与离开较远表面之间（例如书与墙壁）5:110:1照明器与其附近之间20:1视野中的任何位置40:1亮度比的推荐值（美国IES）34暗适应从亮处进入暗处时，在一段时间内完全看不到视觉对象，过一会由于眼睛感度逐渐升高看到视觉对象--暗适应；暗适应通常在30分钟左右完成35明适应当从暗处突然到明处时，开始感觉非常刺眼，过一会才能看清视觉对象--明适应；明适应时间短，几分钟内即完成36频闪效应的产生及抑制光通量随交流电源周期性交变而变化，人眼产生明显闪烁感觉，称为频闪效应，易使人产生错觉而导致事故；光通量的波动程度用波动深度来表示：波动深度小于25%时，频闪效应可忽略不计。37眩光对人体的影响眩光：在视野内因看到亮度过高的发光体或视野内的光泽表面反射高亮度发光体的光线引起的视觉障碍。根据眩光的形成原因：直接眩光和间接眩光；根据眩光对视觉不同影响：不舒适眩光和失能眩光；根据眩光产生的机理：反射眩光和光幕眩光。光源γ间接眩光区直接眩光区严重眩光区45°70°90°0°包括：1、强烈亮度刺激造成视网膜反应饱和，产生不完全响应；2、视网膜组织受刺激过大失去控制，造成功能发挥不完全；3、角膜、水晶体等光散射，眼球内形成光幕，导致重影；4、强烈的亮度刺激造成瞳孔缩小，控制系统反应失控；38眩光的评价方法光顶棚整体评价：大于45度角亮度小于500cd/m2评价方法简写/描述采用国家眩光指数法GI英国、比利时，北欧，南非视觉舒适概率法VCP美国、加拿大亮度曲线法欧洲各国及日本亮度限制——遮光角法澳大利亚CIE眩光指数法CGICIE眩光防护法亮度曲线与遮光角法的结合中国39眩光评价与测量Lvl—灯具在人眼睛上产生的光幕亮度，Lve—环境光产生的光幕亮度，单位cd/m2GR公式、系数进行修正。40直接眩光的限制等级限制等级作业或活动类型A级（很高质量）很严格视觉作业，如电子元件、精密仪表装配、绘图室B级（高质量）视觉要求搞作业，视觉要求中等但要求高度集中注意力的作业，如机电装配、实验室等C级（中等质量）视觉要求和集中注意力要求中等的作业，并且工作人员有一定程度的流动性，如机械加工车间，办公室等D级（低质量）视觉要求和注意力要求低的作业，工作人员在有限区域内频繁走动，如焊接车间等E级（很低质量）工作人员不限于一个工作岗位，而是来回走动，并且视觉要求低的房间；不是由同一批人连续使用的房间，如仓库、走道等41光源色度对人体的影响色温：光源的色坐标落在黑体线上某点，该点所对应的黑体的温度。不落在黑体上，相关色温。名称色温范围说明暖色光3300K以下暖色光与白炽灯相近，红光成分较多，能给人以温暖，健康，舒适，比较想睡的感受。适用与家庭，住宅，宿舍，宾馆等场所或温度比较低的地方。冷白色光（中性色）3300K到5300K之间中性色由于光线柔和，使人有愉快，舒适，安详的感受。适用与商店，医院，办公室，饭店，餐厅，候车室等场所。冷色光（日光色）5300K以上光源接近自然光，有明亮的感觉，使人精力集中及不容易睡着。适用与办公室，会议室，教室，绘图室，设计室，图书馆的阅览室，展览橱窗等场所。42色温与照度舒适感的关系12510205010020050010002000200030004000500060007000街道照明生活、学校、办公照明商业照明舒适区照度/Lux色温/K43显色指数显色指数：物体在被测光源照明下所显现的颜色的真实程度。与标准光源（黑体或太阳光）比较。显色水平显色指数适用场所1ARa≥90颜色匹配、颜色检验、医疗诊断、画廊等1B90Ra≥80印刷、食品、油漆、纺织工业、客房、卧室、绘图室、商店、医院等II80Ra≥60机电装配、表面处理、控制室、办公室、体育馆、候车室、休息室等III60Ra≥40机械加工、热处理、铸造车间、行李房等IV40Ra≥20粗加工工业、仓库等44显色指数与照度的关系相同照度下，显色性好的光源比显色性差的光源感觉上要明亮，因而在选用显色指数较差的光源时，应适当提高照度水平，其比例系数如下：显色指数300E500E30080Ra601.201.2560Ra401.301.4045光辐射安全1、CIES009/E:2002/IEC62471-2006/GB/T20145-2006“灯和灯系统的光生物安全”，就LED产品的紫外线、可见光与红外线辐射，进行危害性的评估，2、研究人体安全的辐射限制值，研究皮肤和眼睛的光化学紫外危害、眼睛的近紫外危害、视网膜蓝光光化学危害、视网膜无晶状体光化学危害、视网膜热危害、弱视觉刺激、红外辐射危害、皮肤热危害。46光辐射安全光辐射安全灯具分类47光辐射安全48光辐射相关危害限值（CIES009/E:2002）49不同组别的灯具允许照射时间（IEC62471）照明质量•适当的照度水平•适宜的亮度分布•宜人的光色和良好的显色性•没有眩光干扰•正确的投光方向与完美的造型立体感照明质量——照度水平•视觉功效•视觉满意度•经济水平和能源的有效利用照度对于非工业区，如交通区和休息空间，要考虑定向和视觉舒适度的要求，不能用视觉功效来确定照度水平照明质量——照度水平照明质量——照度水平•室内照明并非越均匀越好，适当的照度变化能形成比较活跃的气氛。但是，工作岗位密集的房间也应保持一定的照度均匀度•室内照明的照度均匀度通常以一般照明系统在工作面上产生的最小照度与平均照度之比表示，它不应小于0.7；•工作房间中非工作区的平均照度不应低于工作区平均照度的1/3•直接连同的两个相邻的工作房间的平均照度差别不应大于5：1；照度均匀度照明质量——亮度分布•室内亮度分布是由照度分布和表面反射比决定的。视野内的亮度分布不适当会损害视觉