建筑物理课件光学3

孙凤明2020/2/26第九章建筑照明1河北工程大学建筑学院孙凤明孙凤明2020/2/26第九章建筑照明2第九章建筑照明人工光源灯具人工环境设计光环境实例孙凤明2020/2/26第九章建筑照明3人们对天然光的利用，受到时间和地点的限制。建筑物内不仅在夜间必须采用人工照明，在某些场合，白天也要用人工照明。建筑设计人员应掌握一定的照明知识，以便能在设计中考虑照明问题，并能进行简单的照明设计。在一些大型公共或工业建筑设计中，能协助电器专业人员按总的设计意图完成照明设计，使建筑功能得到充分发挥，并使室内显得更加美观。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明4第一节人工光源一、电光源的类别现代照明用的电光源可以分为两大类：热辐射光源与气体放电光源：白炽灯热辐射光源卤钨灯荧光灯荧光高压汞灯金属卤化物灯气体放电光源钠灯氙灯紧凑型荧光灯无电极荧光灯（QL灯）孙凤明2020/2/26第九章建筑照明5光源的基本特性从照明应用的角度对光源的性能有以下要求：①高光效——用少量的电获得更多的光；②长寿命——耐用，光通衰减小；③光色好——有适宜的色温和优良的显色性能；④能直接在标准电源上使用；⑤接通电源后立即燃亮；⑥形状小巧，结构紧凑，便于控光。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明61．光通量表征灯的发光能力，以流明值表示。能否达到额定光通量是考核灯质量的首要评判标准。2．光效灯发出的光通量与它消耗的电功率之比，单位lm/W。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明73．寿命灯的寿命以小时计，通常有两种指标：（1）有效寿命——灯在使用过程中光通量逐渐衰减。从灯开始使用至灯的光通量衰减到初始额定光通量的某一百分比（通常是70%～80%）所经过的点燃时数叫有效寿命。超过有效寿命的灯继续使用就不经济了。白炽灯、荧光灯多采用有效寿命指标（图4－3）。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明8（2）平均寿命——一组试验样灯从点燃到有50%的灯失效（50%保持完好）所经历的时间，称为这批灯的平均寿命。高强放电灯常用平均寿命指标（图4－4）。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明9图9－1灯的光衰曲线孙凤明2020/2/26第九章建筑照明10图9－2灯的寿终曲线孙凤明2020/2/26第九章建筑照明114．平均亮度灯的发光体的平均亮度以cd/m2表示。5．灯的色表指灯光颜色给人的直观感受，有冷、暖与中间色之分，以色温或相关色温为数量指标。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明126．显色指数显色性能的定量指标。7．灯的启燃与再启燃时间8．电特性电源电压波动对灯的其他参数的影响。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明13二、热辐射光源热辐射光源工作原理是，当金属被加热到1000K以上时，就发出可见光。温度越高，可见光在总辐射中所占比例越大。人们利用这种原理制造的照明光源称为热辐射光源。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明141、普通白炽灯普通白炽灯的基本组成部分是灯丝、外玻壳、充入气体与灯头（图9－3）。图9－3普通白炽灯灯丝充入气体外玻壳灯头孙凤明2020/2/26第九章建筑照明152．卤钨灯图9－4管状的碘钨灯孙凤明2020/2/26第九章建筑照明163．反射性白炽灯图9－5反射型白炽灯a----压封玻璃；b----吹制玻璃（抛物面反射器）；c----吹制玻璃（半球形反射器）孙凤明2020/2/26第九章建筑照明17图9－6反射性白炽灯•a----抛物面反射型白炽灯；•b----椭球面反射型白炽灯孙凤明2020/2/26第九章建筑照明18三、气体放电光源1、荧光灯荧光灯是一种低压汞放电灯。直管型荧光灯的构造如图9－7所示。灯管两端各有一个密封的电极，管内壁有低压汞蒸气及少量帮助点燃的氮气。灯管内壁涂有一层荧光份，当灯管两个电极加上电压以后，由于气体放电产生紫外线，紫外线激发荧光份发出可见光。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明19图9－7荧光灯的构造荧光粉的成分决定荧光灯的光效和颜色。使用宽频带卤磷酸盐荧光粉的普通荧光灯，光效可达45lm/W，比白炽灯高5倍，其色表与显色性也有更多的选择。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明202、高压汞灯高压汞灯的构造如图9-8所示。灯管用石英玻璃制造，内充一定数量的汞和少量氩气，灯管内的压力为2～6个大气压。在主电极附近有一个辅助电极帮助灯启燃，所以除镇流器外，不需要另加启动设备。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明21图9－8荧光高压汞灯的结构自镇流荧光高压汞灯孙凤明2020/2/26第九章建筑照明22汞灯启动需要4～7分钟才能达到全光通。一旦熄灭，再启动也需要同样长的时间。光效高、寿命长、光色差，使其通常仅用于街道、施工现场等场所。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明233、金属卤化物灯金属卤化物灯与高压汞灯的结构类似，只是在放电管内又添加了金属碘化物．如碘化钠、碘化铝、碘化钢、碘化执、碘化铺等。金属卤化物灯与汞灯相比，不仅提高了光效，显色性也有很大改进。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明24金属卤化物的品种很多，但是好的颜色一致性问题尚未得到很好的解决，这限制了它的应用。目前，金属卤化物灯主要用在体育照明、广场照明，它能发出近似日光的强烈白光。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明254、高压钠灯高压钠灯是目前一般照明应用的电光源中光效最高（120lm/W）、寿命最长（20000小时）的灯。灯的放电管用半透明的多晶氧化铝陶瓷管制做，这种陶瓷管能在700℃的高温下不受钠蒸气的腐蚀，并有很好的透光性能。高压钠灯主要靠金属钠蒸气发光，同时在放电管内也充入少量的汞以助于提高光效和改进光色。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明26图9－9高压钠灯结构孙凤明2020/2/26第九章建筑照明27紧凑型荧光灯的发光原理与荧光灯相同，区别在于以三基色荧光粉代替普通荧光灯使用的卤磷化物荧光粉。具有光效高、结构紧凑（灯管、镇流器、启辉器组成一体化）、显色性好等优点，近年来倍受广大消费者青睐。是一种极具发展前景的节能光源。其外形见图9－10。5、紧凑型荧光灯（节能型荧光灯）孙凤明2020/2/26第九章建筑照明28图9－10紧凑型荧光灯外形孙凤明2020/2/26第九章建筑照明29孙凤明2020/2/26第九章建筑照明306、其它放电光源钠灯、氙灯、无电极荧光灯（QL灯）等参见教材及其它资料。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明31小结1、现在照明通用的电光源有两大类：一类是热辐射光源，有白炽灯、卤钨灯。另一类是气体放电光源，包括低压荧光灯和高强度气体放电灯（HID灯），其中有高压钠灯、金属卤化物灯和高压汞灯等。热辐射光源的电光转换效率很低，未来的趋势是被小型气体放电灯代替。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明322、光效、寿命和显色性是电灯首要的技术指标。从现有灯种的性能来看，紧凑型荧光灯最具发展前途。金属卤化物灯在完善地解决光色，一致性问题以后，可能会有更快的发展。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明333．表9－9（P210）列出光环境照明常用电光源的性能和最近的发展。其它详细情况可参见其它资料。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明34第二节灯具灯具是光源、灯罩及其附件的总称。灯具可分为装饰性灯具和功能性灯具两大类，因此灯具的作用有：①固定和保护灯，将灯与电源连接；②控制和分配灯光，实现需要的光分布；③美化环境。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明35一、灯具的光特性照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明：①配光曲线；②遮光角；③灯具效率。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明361．配光曲线通常，我们用极坐标图来表示照明灯具的光强分布。以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度在三维空间里用失量表示出来，连接矢量的端点，即构成一个封闭的光强体。当光强体被通过轴线的平面截割时，在平面上获得一封闭的交线。此交线以极坐标的形式绘制在平面图上，就是灯具的配光曲线，见图9－11。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明37图9－11光强体与配光曲线孙凤明2020/2/26第九章建筑照明38配光曲线上的每一点，表示灯具在该方向上的发光强度。因此知道灯具对计算点的投光角α，就可查到相应的发光强度，利用照度与发光强度的关系公式就可求出点光源在计算点上形成的照度。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明39为了使用方便，通常配光曲线均按光源发出的光通量为1000lm来绘制。当实际光源发出的光通量不是1000lm时，对查出的发光强度，应乘一修正系数，即实际光源发出的光通量与1000lm之比。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明40图9－12是扁圆吸顶灯的外形和它的配光曲线。对于非对称配光的灯具，则用一组曲线来表示不同垂直剖面的配光情况。荧光灯灯具常用二根曲线分别给出平行于灯管（“‖”符号）和垂直于灯管（“⊥”符号）剖面的光强分布孙凤明2020/2/26第九章建筑照明41图9－12扁圆吸顶灯外形及其配光曲线孙凤明2020/2/26第九章建筑照明42【例9－1】有两个扁圆吸顶灯，距工作面4.0m，两灯相距5.0m。工作台布置在灯下P1和两灯之间P2（见图9－13）。如光源为100W白炽灯，求P1、P2点的照度（不计反射光影响）。【解】P1点照度灯Ⅰ在P1点形成的照度按点光源三区的照度计算，找出式中各项值。α＝0o时，从图4－20查出I0＝130cd，灯至工作面距离为4.0m。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明43则E1＝cos0o×130/42＝8.125(lx)灯Ⅱ在P1点形成的照度cosα＝4/√41,α＝51o，I51＝90cd。灯Ⅱ至P1点的距离为√41mE1＝90×cos510/41＝1.3(lx)P1点照度为两灯形成的照度和，并考虑灯泡光通量修正1250/1000,则孙凤明2020/2/26第九章建筑照明44E1＝(8.125＋1.3)×(1250/1000)＝12(lx)P2点照度灯Ⅰ、Ⅱ与P2的位置相同，故两灯在P2点形成的照度相同。cosα＝4/√22.25，α＝32o，I32＝110cd，灯至P2的距离为√22.25，E2＝(110/22.25)cos32o＝4.19(lx)P2点的照度为：2×4.19×(1250/1000)＝10(lx)孙凤明2020/2/26第九章建筑照明45图9－13例9－1灯具布置孙凤明2020/2/26第九章建筑照明462．遮光角光源亮度超过16sb时人眼就不能忍受，而100W的白炽灯灯丝亮度高达数百sb，人眼更不能忍受。为了降低或消除这种高亮度表面对眼睛造成的眩光，给光源加上一个不透光材料做的灯罩，可以收到十分显著的效果。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明47为了说明某一灯具的防止眩光范围，可用遮光角这一水平夹角来衡量。它是指灯罩边沿和发光体边沿的连线与水平线所成的夹角（图9－14）。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明48图9－14灯具的遮光角（a）普通灯泡；（b）乳白灯泡；（c）遮光格片孙凤明2020/2/26第九章建筑照明49当人眼平视时，如果灯具和眼睛的连线和水平线的夹角小于遮光角，则看不见高亮度的光源。当灯具位置提高，和视线形成的夹角大于遮光角，虽可看见高亮度的光源，但夹角较大，眩光程度已大大减弱。当灯罩用半透明材料做成，即使有一定遮光角，但由于它本身具有一定亮度，仍有可能成为眩光光源，故应限制其表面亮度值。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明503．灯具效率灯具效率是在规定条件下测得的灯具发出光通量与灯具内部的全部光源在灯具内按规定条件点燃时发射的总光通0之比，以符号表示，即：0孙凤明2020/2/26第九章建筑照明51显然小于1。其值取决于灯罩开口的大小和灯罩材料的光反射比、光透射比。灯具效率值一般用实验方法测出列于灯具说明书中。附录给出灯具出厂时按规定应具备的光特性资料。孙凤明2020/2/26第九章建筑照明52二、灯具分类照明灯具习惯以安装方式命名、分类，如吊灯、吸顶灯、嵌入式暗灯、壁灯、台灯、落地灯等等。这种分类方法不能反映