光照计算

第3章建筑照明系统1第3章建筑照明系统内容提要及学习要求：电气照明是现代人工照明极其重要的手段，是现代建筑的重要组成部分。本章主要介绍电气照明的基本概念；常用电光源特点和灯具种类；建筑的照明种类和照度标准、灯具的选择及布置；照度常用计算方法和电气照明设计一般过程。通过学习要求掌握照度计算和电气照明设计。3.1照明基本知识照明是人们生活和工作不可缺少的条件，良好的照明有利于人们的身心健康，保护视力，提高劳动生产率及保证安全生产。照明又能对建筑进行装饰，发挥和表现建筑环境的美感，因此，照明已成为现代建筑中重要的组成部分之一。为更好地理解电气照明设计，必须掌握照明技术的一些基本概念。3.1.1常用的光学物理量光是能引起视觉的辐射能，它以电磁波的形式在空间传播。光的波长一般在380～780nm范围内，不同波长的光给人的颜色感觉不同。描述光的量有两类：一类是以电磁波或光的能量作为评价基准来计量，通常称为辐射量；另一类是以人眼的视觉效果作为基准来计量，通常称为光度量。在照明技术中，常常采用后者，因为采用以视觉强度为基础的光度量较为方便。1．光通量是指光源在单位时间内，向空间辐射出的使人产生光感觉的能量称为光通量，以字母“Φ”表示，单位为流明（lm），是表征光源特性的光度量。2．光强度简称光强，是指单位立体角内的光通量，以符号Ia表示，是表征光源发光能力大小的物理量。Ia=dΦ/dω式中ω——给定方向的立体角元；Φ——在立体角元内传播的光通量，lm；Ia——某一特定方向角度上的发光强度，cd（坎德拉）。光强度的单位为坎德拉，单位代号为cd，它是国际单位制中的基本单位。3．照度被照表面单位面积上接收到的光通量称为照度，用E表示，单位为勒克斯（lx），是表征表面照明条件特征的光度量。E=Φ/S式中S——被照表面面积，m2；Φ——被照面入射的光通量，lm。1勒克斯相当于每平方米面积上，均匀分布1lm的光通量的表面照度，所以，可以用lm/m2为单位，是被照面的光通密度。1lx照度量是比较小的，在这样的照度下，人们仅能勉强地辨识周围的物体，要区分细小的物体是困难的。为对照度有一些感性认识，现举例如下：（1）晴天的阳光直射下为10000lx，晴天室内为100～500lx，多云白天的室外为1000～10000lx；（2）满月晴空的月光下约0.2lx；（3）在40W白炽灯下1m远处的照度为30lx，加搪瓷罩后增加为73lx；第3章建筑照明系统2（4）照度为1lx，仅能辨识物体的轮廓；（5）照度为5～10lx，看一般书籍比较困难，阅览室和办公室的照度一般要求不低于50lx。3.1.2照明质量指标1．光源的色温与显色性光源的发光颜色与温度有关，当温度不同时，光源发出光的颜色是不同的。因此光源的发光颜色常用色温这一概念来表示，所谓色温是指光源发射光的颜色与黑体（能吸收全部光辐射而不反射、不透光的理想物体）在某一温度下发射的光的颜色相同时的温度，用绝对温标K表示。光源的显色性是指光源呈现被照物体颜色的性能。评价光源显色性的方法，用显色指数表示。光源的显色指数越高，其显色性越好。一般取80～100为优，50～79为一般，当小于50为较差。光源的色温与显色性都取决于辐射的光谱组成。不同的光源可能具有相同的色温，但其显色性却有很大差异；同样，色温有明显区别的两个光源，但其显色性可能大体相同。因此不能从某一光源的色温作出有关显色性的任何判断。光源的颜色宜与室内表面的配色互相协调，比如，在天然光和人工光同时使用时，可选用色温在4000～4500K之间的荧光灯和气体光源比较合适。2．眩光眩光是由于视野中的亮度分布或亮度范围不合适，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象。眩光对视力的损害极大、会使人产生晕眩，甚至造成事故。眩光可分成直接眩光和反射眩光两种。直接眩光是指在观察方向上或附近存在亮的发光体所引起的眩光。反射眩光是指在观察方向上或附近由亮的发光体的镜面反射所引起的眩光。在建筑照明设计中，应注意限制各种眩光，通常采取下列措施：（1）限制光源的亮度，降低灯具的表面亮度。如采用磨砂玻璃、漫射玻璃或格栅。（2）局部照明的灯具应采用不透明的反射罩，且灯具的保护角（或遮光角）≥30°；若灯具的安装高度低于工作者的水平视线时，保护角应限制在10°～30°之间。（3）选择合适的灯具悬挂高度。（4）采用各种玻璃水晶灯，可以大大减小眩光，而且使整个环境显得富丽豪华。（5）1000W金属卤化物灯有紫外线防护措施时，悬挂高度可适当降低。灯具安装选用合理的距高比。3．合理的照度和照度的均匀性照度是决定物体明亮程度的直接指标。在一定的范围内，照度增加可使视觉能力得以提高。合适的照度有利于保护人的视力，提高劳动生产率。照度标准是关于照明数量和质量的规定，在照明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订了各种工作场所的最低照度值或平均照度值，称为该工作场所的照度标准。这些标准是进行照度设计的依据，《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定的常见民用建筑的照度标准（lx）见表3.1。表3.1常见民用建筑的照度标准（lx）建筑类型房间或场所参考平面及高度照度标准值居住建筑卫生间餐厅、厨房卧室起居室0.75米水平面0.75米水平面0.75米水平面0.75米水平面100100～15075～150100～300公共建筑（办公室）资料、档案室0.75米水平面200第3章建筑照明系统3普通办公室、会议室、接待室、前台、营业厅、文件整理复印、发行室高档办公室设计室0.75米水平面0.75米水平面0.75米水平面实际工作面300300500500商业建筑一般商店营业厅、一般商店营业厅高档商店营业厅、高档超市营业厅收款台0.75米水平面0.75米水平面台面300500500旅馆建筑客房层走廊客房西餐厅、酒吧间、咖啡厅中餐厅、休息厅、厨房、洗衣房多功能厅、门厅、总服务台地面0.75米水平面0.75米水平面0.75米水平面0.75米水平面5075～300100200300影剧院建筑门厅观众厅观众休息厅排演厅化妆室地面0.75米水平面地面地面0.75米水平面200100～200150～200300150～500公用场所照明门厅走廊、流动区域楼梯、平台自动扶梯厕所、盥洗室、浴室、电梯前厅休息室、储藏室、仓库车库地面地面地面地面地面地面地面100～20050～10030～7515075～15010075～200除了合理的照度外，为了减轻因频繁适应照度变化较大的环境而对人眼所产生的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度，照度均匀度是指工作面上的最低照度与平均照度之比值。《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定：室内一般照明照度均匀度不应小于0.7，而作业面邻近周围的照度均匀度不应小于0.5。房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3。4．照度的稳定性为提高照明的稳定性，从照明供电方面考虑，可采取以下措施：（1）照明供电线路与负荷经常变化大的电力线路分开，必要时可采用稳压措施。（2）灯具安装注意避开工业气流或自然气流引起的摆动。吊挂长度超过1.5米的灯具宜采用管吊式。（3）被照物体处于转动状态的场合，需避免频闪效应。3.2常用照明电光源和灯具3.2.1常用电光源在照明工程中使用的各种各样电光源，按其工作原理可分为两大类：一类是热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯等；另一类是气体放电光源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯等。1．热辐射光源（1）白炽灯白炽灯是最早出现的光源，它是利用电流流过钨丝形成白炽体的高温热辐射发光。白炽灯具有构造简单、使用方便，能瞬间点燃、无频闪现象、显色性能好、价格便宜等特点，第3章建筑照明系统4但因热辐射中只有几～十几%为可见光，故发光效率低，一般为7～19流明/瓦。由于钨丝存在有蒸发现象，，故寿命较短，平均寿命为1000小时，抗震性能低。为减少钨丝的蒸发，40瓦以下的灯泡为真空灯泡，40瓦以上则充以惰性气体。白炽灯结构如图3.1所示。图3.1白炽灯的结构1—玻璃泡壳2—钨丝3—引线4—钼丝支架5—杜美丝6—玻璃夹封7—排气管8—芯柱9—焊泥10—引线11—灯头12—焊锡触点白炽灯用途很广，除普通白炽灯外，还有磨砂灯、漫射灯、反射灯、装饰灯、水下灯、局部照明灯。白炽灯的灯头有螺口和插口两种。普通白炽灯参数见表3.2所示。表3.2普通照明灯泡型号及参数灯泡型号额定值极限值外形尺寸(mm)平均寿命（h）电压(v)功率(w)光通量(lm)功率(W)光通量(lm)D螺口式灯头插口式灯头L不大于L不大于PZ220-152201511016.1956111010851000PZ220-252522026.5183PZ220-404035042.1301PZ220-606063062.9523PZ220-1001001250104.51075PZ220-1501502090156.5179781175—PZ220-2002002920208.52570PZ220-3003004610312.54057111.5240PZ220-5005008300520.07304PZ220-10001000186001040.516368131.5281注：1、灯泡可按需要制成磨砂、乳白色及内涂白色的玻壳，但其光参数允许较表中值降低使用：磨砂玻壳降低3%，内涂白色玻壳降低15%，乳白色玻壳降低25%。2、外形尺寸：D为灯泡外径；L为灯泡长度。使用白炽灯的注意事项：①应按额定电压使用白炽灯，因为电压的变化对白炽灯的寿命和光效影响较大。如电压高出其额定电压值5%时，白炽灯的寿命将缩短50%，故电源电压偏移不宜大于±2.5%。②白炽灯的钨丝冷态电阻比热态电阻小得多，所以起燃时电流约为额定值的6倍以上。③白炽灯发热的玻壳表面温度较高。其温度近似值见表3.3所示。表3.3白炽灯玻璃壳表面温度近似值表第3章建筑照明系统5白炽灯额定功率（W）15254060100150200300500玻壳表面温度（ºC）426494111120151147.5131178（2）卤钨灯由于白炽灯的钨丝在热辐射的过程中蒸发并附着在灯泡内壁，从而使发光效率减低，寿命缩短。为减缓这一进程，人们在灯泡内充以少量的卤化物（如溴、碘），利用卤钨循环原理来提高灯的发光效率和寿命。图3.2为卤钨灯的结构示意图。a)b）图3.2卤钨灯外形a）两端引出b）单端引出卤钨循环作用是从灯丝蒸发出来的钨在灯泡内与卤素反应形成挥发性的卤化钨，因为灯泡内壁温度很高而不能附着其上。通过扩散、对流，当到了高温灯丝附近又被分解成卤素和钨，钨被吸附在灯丝表面，而卤素又和蒸发出来的钨反应，如此反复使灯泡发光效率提高30%，寿命延长50%。为使卤钨灯泡内壁的卤化钨能处于气态，而不至于有钨附着在灯泡内壁上，灯泡壁的温度要比白炽灯高很多（约600度），相应灯泡内气压也高，为此灯泡壳必须使用耐高温的石英玻璃。卤钨灯的光谱能量分布与白炽灯相近似，也是连续的。卤钨灯具有体积小、功率大、能瞬间点燃、可调光、无频闪效应、显色性好、发光效率高等特点，故多用于较大空间和要求高照度的场所。如电视转播照明、摄影、绘图等场所。卤钨灯的缺点是抗震性差，在使用中应注意以下几点：①为保持正常的卤钨循环，故对管形灯应水平放置，倾角范围±4º。②不宜靠近易燃物，连接灯脚的导线宜用耐高温导线，且接触要良好。③卤钨灯灯丝细长又脆，要避免受震动或撞击，也不宜作为移动式局部照明。2．荧光灯俗称日光灯，是一种低压汞蒸气弧光放电灯。它是利用汞蒸气在外加电压的作用下产生弧光放电时发出大量的紫外线和少许的可见光，再靠紫外线激励涂覆在灯管内壁的荧光粉，从而再发出可见光来。由于荧光粉的配料不同，发出可见光的光色下不同，常见荧光灯的构造如图3.3所示。在真空的玻璃管体内充入一定量的稀有气体，并装入少许的汞粒，管内壁涂覆一层荧光粉。管的两端分别装有可供短时间点燃的钨丝，在荧光灯正常工作时又作第3章建筑照明系统6为电极用。图3.3荧光灯的结构1