第4章-建筑照明系统

第4章建筑照明系统学习目标：了解建筑电气照明的基本知识，掌握建筑电气照明工程设计的基本内容，包括电光源及其灯具的特性及选型、照度计算、建筑物内及建筑物外照明设计的基本原理；能够进行照明电气线路的设计。内容框架：第1节照明系统概述第2节光源灯具的选择第3节照明配电设备第4节照度计算第5节照明系统设计第6节照明系统的实例重点/难点：照度计算、照明系统设计。第1节照明系统概述1．1照明的基本物理量1．光通量光通量－－光源在单位时间内，向外辐射出使人眼产生光感觉（可见光）的能量，符号为Φ，单位为流明(lm)。是说明光源发光能力的基本量。通常该参数在产品出厂的技术参数表中给定。例如220V/40W普通白炽灯的光通量为350lm，而220V/40W荧光灯的光通量大于2000lm，是白炽灯的几倍，即光源光通量越大，人们对周围环境的感觉越亮。辐射通量――光源在单位时间内向四周空间辐射的能量，它由各种不同波长的辐射通量组成。可见光一般指：能引起视觉的电磁波，波长范围约在0.78μm红光到0.38μm紫光之间。第1节照明系统概述2．发光强度发光强度――光源在给定方向上、单位立体角(单位球面度)内辐射的光通量，符号为I，单位为坎德拉(cd)。发光强度是表征光源(物体)发光强弱程度的物理量。工程上，光源或光源加灯具的发光强度常见于各种配光曲线图，表示了空间各个方向上光强的分布情况。第1节照明系统概述3．照度照度――被照物体表面单位面积接收到的光通量，符号为E，单位为勒克司(lx)。照度不考虑被照面的性质(反射、透射和吸收)、不考虑观察者在哪个方向，因此它只表明被照物体上光（被照射）的强弱，并不表示被照物体的明暗程度。第1节照明系统概述在照明工程设计中，常常要根据技术参数中的光通量以及国家标准给定的各种照度标准值进行各种灯具样式、位置、数量的选择。第1节照明系统概述4．亮度亮度――光源在给定方向单位投影面积上的发光强度。符号为L，单位：尼特(nt)。人眼对明暗的感觉不是取决于物体上的照度，而是取决于物体在眼睛视网膜上成像的照度。“亮度”是衡量照明质量（明暗程度）的一个重要依据。第1节照明系统概述5．色温色温是电光源的技术参数之一。色温――当光源的发光颜色与黑体(能吸收全部光能辐射而不反射、不远光的理想物体)被加热到某一温度所发出的光的颜色相同时的该温度。色温用绝对温度表示，绝对温度等于摄氏温度加273K。例如温度为2000K的光源发出的光呈橙色，3000K左右呈橙白色，4500～7000K近似白色。例如：白炽灯的色温为2400～2900K。第1节照明系统概述光源有颜色，就会带给人们冷暖感觉，这种感觉可由光源的色温高低确定。通常色温小于3300K时产生温暖感，大于5000K时产生冷感，3300K至5000K时产生爽快感。所以在照明设计安装时，可根据不同的使用场合，采用具有不同色温的光源，使人们身在其中时获得最佳舒适感。冷暖感觉：暖色----红色、橙色和黄色产生温暖的感觉；冷色----青绿、青蓝、青紫颜色产生凉爽的感觉；中性色----黑、白、灰。第1节照明系统概述第1节照明系统概述6．显色性和显色指数光源的显色性――同一颜色的物体在具有不同光谱能量分布的光源照射下，显出不同的颜色，即光源对被照物体颜色显现的性质。光源的显色指数――指在待测光源照射下的物体的颜色．与在另一相近色温的黑体或日光参照光源照射下相比，物体颜色相符合的程度。符号为Ra。颜色失真越少，显色指数越高，光源的显色性好。国际上规定参照光源的显色指数为100。第1节照明系统概述第1节照明系统概述7．发光效率发光效率――简称为光效。针对照明灯而言，是指光源发出的总光通量与电灯消耗电功率的比值，也就是单位功率的光通量。例如：一般白炽灯的发光效率约为7.1～17lm/W，荧光灯的发光效率约为25～67lm/W，荧光灯的发光效率比白炽灯高。发光效率越高，说明在同样的亮度下，可以使用功率小的光源，即可以节约电能。第1节照明系统概述小结以上常用的光度单位，从不同的侧面表达了物体的光学特征。光通量----针对光源而言的，表征了发光体辐射光能的多少，不同的发光体具有不同的能量；发光效率----针对光源而言的，表示了光源发光的质量和效率，根据这个参数可以判别光源是否节能；发光强度----针对光源而言的，表明光通量在空间的分布状况，工程上用配光曲线图加以描述；照度----是针对被照物而言的，表示被照面接受光通量的面密度，用来鉴定被照面的照明情况；亮度----表示发光体在视线方向单位面积上的发光强度，它表明物体的明亮程度。光源显色性和色温----是光源的两个重要颜色指标。第1节照明系统概述1．2照明方式照明方式----指照明设备按其安装部位或使用功能构成的基本制式。有工业企业照明和民用建筑照明。《工业企业照明设计标准》（GB50034—92）适用于生产车间、工业企业辅助建筑、厂区露天工作场所和交通运输线路等；《民用建筑照明设计标准》（GBJ133—90）适用于图书馆、办公楼、商店、影院剧场、旅馆、铁路旅客站、港口旅客站、体育场、体育馆和住宅。第1节照明系统概述按照明设备安装部位区分：建筑物外照明建筑物内照明建筑物外照明(使用功能分)：建筑物泛光照明道路照明区街照明公园和广场照明溶洞照明水景照明第1节照明系统概述建筑物内照明（按使用功能分）1．一般照明不考虑特殊部位的需要，照亮整个场地，照度比较均匀。如仓库、办公室、会议室、教室、候车室、营业大厅等。可有分区照明，以节约能源。2．局部照明局限于工作部位的固定或移动的照明。如车间内机床灯、商店橱窗的射灯、办公桌上的台灯等整个场所不应只设局部照明而不设一般照明。3．混合照明一般照明与局部照明共同组成的照明。其一般照明的照度不低于混合照明总照度的5％～10％。第1节照明系统概述1．3照明种类（按光照形式的不同分类）直接照明---灯具的90%～100%的光通量直接投射到工作面上。常用于整体环境照明，裸露装设的白炽灯、荧光灯。半直接照明---60%～90%的光通量。均匀漫射照明---40%～60%的光通量。半间接照明--10%～40%的光通量。间接照明---10%以下的光通量。定向照明---光线从某一特定方向投射到工作面。重点照明---为突出特定的目标。漫射照明---投射在工作面的光在任何方向上均无明显差别。泛光照明---由投光灯来照射某一情景或目标，且照度比其周围照度明显高。第1节照明系统概述1．3照明种类（按照明用途的不同分类）正常照明――正常工作时，一般可以单独使用。应急照明――为正常照明因故障，供事故情况下的照明。有备用照明、安全照明、疏散照明等。值班照明――可利用正常照明或应急照明小的一部分。警卫照明――警戒。障碍照明――航空障碍标志，采用能穿透雾气的红光灯具。标志照明――借助照明以图文形式告知人们通道、位置、场所、设施等信息。景观照明――有装饰照明、庭院照明、喷泉照明、节日照明等。第2节光源灯具的选择2．1电光源人类最早发明的电光源是弧光灯和白炽灯。1807年英国的戴维制成了碳极度弧光灯。1878年，美国的布拉许利用弧光灯在街道和广场照明取得了成功。1879年10月22日，美国著名电学家和发明家爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯，揭开了电应用于日常生活的序幕。随着科学技术突飞猛进的发展，各种新光源产品不仅在数量上，而且在质量上也产生了质的飞跃。发光效率高，显色性好，使用寿命长的新型电光源产品不断应用于建筑照明中。本节主要介绍热辐射电光源、气体放电光源等电光源的工作原理、技术参数以及比较和应用。第2节光源灯具的选择2．1电光源分类：第2节光源灯具的选择1．光源型号GB2796—8l规定了白炽灯和气体放电灯的型号标准。白炽光源的型号命名：例如PZ220-100-E27，PZ表示普通照明；220表示额定工作电压220V；100表示额定功率100W；E表示螺口式灯头（B表示插口）；27表示灯头直径为27mm。第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择气体放电光源的型号命名：例如：YH40RR，YH表示环形荧光灯管，40表示额定功率40W，RR表示日光色。命名举例详见表2-27。第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择光源的相关参数：额定电压――指光源及其附件组成的回路所需电源电压的额定值。额定功率――指光源自身及其附件消耗的功率之和。起动时间――指光源接通电源开始至光源发出的光通量达到稳定值时所需的时间。有效寿命――指光源光通量衰减到初始值的70％时的寿命。全寿命――指光源从开始使用到无法使用的寿命。平均寿命――指光源有效寿命的平均值。第2节光源灯具的选择2．热辐射光源热辐射光源――利用物体通电使之发热到白炽状态而发光的原理所制造的光源。其功率因数接近1。白炽灯：靠钨丝白炽体的高温热辐射发光；显色性好；只有极少部分为可见光，其发光效率低；抗震性较差；灯丝发热蒸发出的钨分子在玻璃泡上有黑化现象；平均寿命一般达1000h；电源电压变化会直接影响其使用寿命和发光效率；常用在建筑物室内照明和施工工地的临时照明。第2节光源灯具的选择白炽灯分类按其用途和使用场合分：普通白炽灯、装饰灯、舞台灯、照相灯、信号灯、指示灯；按定向发光性能分：聚光灯、反射灯；按玻璃壳特性分：磨砂灯、涂白灯、乳白灯、彩色灯；按是否充入气体分：真空灯、充气灯；按使用电压高低分：市电灯、低压灯、经济灯等，低压灯额定电压12~36V，经济灯电压在1.5~8V。结构灯头、玻璃泡、支架、钨丝及惰性气体构成。第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择第2节光源灯具的选择卤钨灯：发光原理在白炽灯的基础上改进,就是卤钨灯泡内所填充的气体含有部分卤族元素或卤化物。当充入卤素物质的灯泡通电工作时，从灯丝蒸发出来的钨，在灯泡壁区域内与卤素化合，形成一种挥发性的卤钨化合物。卤钨化合物在灯泡中扩散运动，当扩散到较热的灯丝周围区域时，卤钨化合物分解成卤素和钨，释放出来的钨沉积在灯丝上，而卤素再继续扩散到温度较低的灯泡壁区域与钨化合，形成卤钨循环。卤钨循环有效地抑制了钨的蒸发，延长了卤钨灯的使用寿命，有效的改善了普通白炽灯的黑化现象，同时还进一步提高了灯丝温度，获得较高的光效，减小了使用过程中光通量的衰减。第2节光源灯具的选择特点：有碘钨灯、溴钨灯，是在白炽灯泡中充入微量的卤化物，提高发光效率。发光效率比白炽灯高30％。为使卤钨循环顺利进行，卤钨灯必须水平安装，倾斜角不得大于40。不允许人工冷却，工作时的管壁温度高达600℃，不能与易燃物接近。耐震性、耐电压波动性都比白炽灯差，但光效和寿命及显色性等均比白炽灯好。常用于电视转播等场合。被广泛作为商业橱窗、餐厅、会议室、博物馆、展览馆照明光源。总体上说，卤钨灯与白炽灯相比具有体积小，输出功率大，光通量稳定，光色好，光效高和寿命长的特点。特别是其发光效率比普通白炽灯高出许多倍。由于卤钨灯工作时采用卤钨循环原理，较好地抑制了钨的蒸发，从而防止卤钨灯泡的发黑，使得卤钨灯在寿命期内的光维持率基本维持在100%。在色表和显色性方面与普通白炽灯相比，其光色更白一些，色调更冷一些，但显色性较好。卤钨灯分类：按充入灯泡内卤素的不同分：碘钨灯和溴钨灯；按灯泡外壳材料的不同分：硬质玻璃卤钨灯、石英玻璃卤钨灯；按工作电压的高低不同分：市电型卤钨灯和低电压型卤钨灯（6V/12V/24V）；按灯头结构的不同分：双端、单端卤钨灯；按色温的高低分：高色温3000K以上，中色温2800~3000K，低色温2800K以下卤钨灯；按应用领域分：室内照明、泛光照明、舞台照明、放映、幻灯、投影以及电影、电视、新闻摄影卤钨灯；按外形分：管形卤钨灯和柱形卤钨灯。卤