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1、第3章 建筑照明系统,电气照明在人们的生活和工作中是不可缺少的，良好的照明度对提高工作效率、保证安全生产和保护人们的视力等方面都有重要的作用。照明设计，特别是现代高层建筑的电气照明设计，与装饰工程有着密切韵关系，它不仅应用光学和电学方面的知识，还涉及建筑学、生理学和美学等方面，是一门综合性的技术。,31 建筑照明系统的分类,按照在建筑中所起主要作用的不同，可将建筑照明系统分为视觉照明系统和气氛照明系统两大类。（一）视觉照明系统 是指在自然采光不足之处或夜间，提供必要的照度，满足人们的视觉要求(属生理要求)，以保证所从事的生产生活正常进行而采用的照明系统。,根据具体的工作条件，又可分为工作照明、
2、事故照明和障碍照明三种。（1）工作照明 是保证人们的工作和生活正常进行所采用的照明。工作照明是电气照明中的基本类型。在建筑内，正常情况下需要照明的全部空间所采用照明都是工作照明。警卫照明和检修设备而使用的移动照明等均为工作照明。,（2）事故照明 是当工作照明因事故而中断时，供暂时继续工作或人员疏散用的照明。事故照明又包括备用照明和应急照明备用照明 是供人们暂时继续工作用的事故照明，应在下列场所采用：当工作照明故障，由于工作中断或误操作将引起火灾、爆炸、人员中毒等严重危险的场所。如锅炉房、烘气站；可能引起生产过程长期破坏的场所，如电子计算机房；重要的生产车间，如水泵房等。,应急照明 是供人员安全
3、疏散用的事故照明。应在下列场所采用：工作人数超过60人的生产车间，或当工作照明熄灭后由于生产继续进行或人员通行容易发生事故的地方；工作人数超过50人的生产车间或影剧院、大礼堂等公共场所；供人员往外疏散的通行房间、楼梯、太平门等处。应急灯应涂成红色或注上箭头，文字说明等标记。,事故照明应采用能瞬时可靠点燃的白炽灯或卤钨灯。若事故照明平时作为工作照明的一部份经常点燃，而且当发生事故时不需要切换事故照明电源的情况下，也可采用其它电光源。,（3）障碍照明 是装设于高大建筑物的顶部，作为飞行障碍标志的照明。凡高于50m的建筑物均应装设障碍灯，高于100m的烟囱除在顶部装设外，还应在其二分之一高处安装障碍
4、灯，灯下应设平台以便维护。一般高层建筑物只在顶端装设。水平面积较大的高层建筑物或集群高层建筑物，尚应在外侧转角的顶端装障碍灯，灯下也应设维修平台。每盏灯不应小于100W。最高端的障碍灯不得少于两盏。,（二）气氛照明系统 是指创造和渲染某种气氛和人们所从事的活动相适应(即满足人们的心理要求)而采用的照明系统。包括建筑彩灯和专用彩灯。,（1）建筑彩灯 节假日夜晚用于装饰整幢建筑物的照明系统。节日彩灯 用来显示建筑物的艺术造型，以增添节日之夜的欢乐气氛。泛光照明 是以高强度气体放电灯作为泛光灯，装在邻近的房屋和装置上，从不同角度照射主建筑。光线均匀，有层次，可达到理想的艺术效果。（2）专用彩灯 是满
5、足各种专门需要的气氛照明。如喷泉照明、舞池照明等,32 光的度量及光与视觉,321 光的度量 人眼所感觉到的光是电磁波谱中很窄的一部分，它的波长范围约在380760nm之间，这段波长的电磁波称为可见光；波长在10380nm之间的光称紫外光；波长在78034000nm之间的光称为红外线，也称红外光。,（1）光通量是指光源在单位时间内向周围空间辐射出去的、能引起光感的电磁能量。单位为光瓦或流明1光瓦=683流明（lm）,（2）发光强度（简称光度）是指光源在某一特定方向上单位立体角（单位球面度）内的光通量。单位为坎德拉（cd）1cd=1lm/1sr,（3）照度是指被照面积上所接受的光通量。即是光通量
6、的表面密度。单位为勒克斯（lx）1lx=1lm/1m2,（4）亮度被视物体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该被视物表面的亮度。单位是坎德拉每平方米(cdm2),322 光与视觉,光对人眼的视觉有3个最重要的功能：识别物体形态(形态感觉)、颜色(色觉)和亮度(光觉)。人眼能辨别颜色，是由于人眼的视网膜上有两种感光细胞，称为圆柱细胞和圆锥细胞，它们都能接受光的刺激产生明亮的感觉。但是，这两种细胞的感光性能并不相同，圆锥细胞对光的感受性较低，只在明亮条件下起作用，圆柱细胞对光的感受性较高，但只在昏暗的条件下才起作用。,这两种细胞对光感的光谱灵敏度也不同，圆锥细胞最大灵敏度在频率为f=5.4x10
7、14Hz处，而圆柱细胞最大灵敏度在频率f5.9x1014Hz处。这就形成了明暗两种视觉的“工作制”。黄昏，暗视觉圆柱细胞工作时，冷色光显得明亮，而在白天亮度较高，即明视觉圆锥细胞工作时，暖色光显得明亮。,圆柱细胞虽然对光感受性很高，但它却不能分辨颜色；而圆锥细胞感受光刺激时，才有颜色感觉，即只有在照度较高比较明亮的条件下，才有好的色感。在低照度的暗视觉中，色感则很差，此时，各种颜色的物体都给人以灰色之感。此外，由于人眼对光变化的感觉大致与亮度的对数成正比。故在较高照度下，增减10多个勒克斯并无明显的感觉，若非突变，则不会察觉。因此，一般并不要求精确地将照度控制在某一数值上，只要求控制到一个合理
8、的范围,323 眩光,视野中有较高的亮度或强亮度对比时，人眼睛就会感到不快，使可见度降低，这种现象称为眩光。眩光有以下几种：(1)直接眩光和反射眩光当高亮度的光源、照明器、窗子等表面直接进入眼内所引起的眩光称为直接眩光，而发光体的光通过光泽表面反射入眼内而引起的眩光称为反射眩光。,(2)减能眩光和不快眩光凡能降低人眼视力的眩光称为减能眩光或失能眩光，凡使人产生不快感的眩光称为不快眩光，实际上后者也是一种减能眩光。在书写文字或阅读材料时，由于纸面的扩散反射中含有少量的镜面反射，从而降低了视觉作业的对比度，好象在作业上蒙上一层“光幕”，这种反射眩光称为光幕反射。对于教室中的照明，应尽量减少黑板光幕
9、反射的作用，以提高视觉功能和可见度。,室内照明中眩光的评价和计算方法，有些采用眩光指数来表明眩光的程度（定性的）：难以观察的、可以接受的、不舒适的、难以忍受的等。实用的方法是：限制光源的亮度和表观面积，这里限制的范围与人眼、灯具间的相对位置有关。,33 常用电光源 电光源有钨丝白炽灯、卤钨灯、荧光高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯等，种类很多，但按发光原理可以分为热辐射电光源和气体放电光源两大类。,331 电光源的种类,第一代电光源从发光原理来说属于热辐射光源，即普通的白炽灯，它是通过钨丝白炽体高温辐射来发光的。其中可见光部分仅占很小的比率，紫外线很少，绝大部分是红外线，可见光部分约占23左右，
10、白炽灯的光视效能很低，仅为10181mW，寿命比较短，约为1000小时。,第二代电光源是气体放电光源。气体放电光源是利用蒸气的弧光放电或非金属电离激发而发出可见光，如荧光灯、氙灯等。它们的共同特点是光效高、寿命长。荧光灯的光视效能为25671mW，平均寿命为20003000小时，高压汞灯的光视效能为30501mW，寿命为25005000小时，氙灯的光视效能为20371mW，寿命稍短，约为5001000小时。,第三代电光源仍属气体放电光源，但为高效的气体放电，它的光视效能达1001mW，寿命较长，达20003000小时。金属卤化物和高压钠灯、低压钠灯均属第三代电光源。,332 电光源的主要参数,
11、（1）额定电压和额定电流指电光源在规定的工作电压下，流过电光源的工作电流。在额定状态下工作时，电光源的光视效能最高。（2）额定功率 这是指灯泡或灯管在额定状态下所消耗的有功功率。,（3）发射光通量和光视效能电光源的发射光通量(即光通量输出)是指其在额定状态下工作时发出的光通量；光视效能是电光源每消耗1W电功率所发出的光通量。发射光通量和光视效能都是随着使用时间的延长而逐渐降低的，它们是表征电光源经济效果的参量。,（4）寿命电光源的寿命有全寿命、有效寿命和平均寿命之分。全寿命是指光源不能再启燃发光的使用时间；有效寿命是指电光源的发光强度(或光通量)下降到初始值的70时的使用时间；平均寿命是每批抽
12、样试品有效寿命的平均值。一般所指的寿命是指平均寿命。,（5）光谱能量分布光谱能量分布函数表示电光源发射各种频率或波长的光的成份和相对强度的分布状况。按频率或波长所对应的相对强度绘制的曲线称为该电光源相对光谱能量分布曲线。,（6）光色 人眼观察光源所发出光的颜色，称为光源的色表。光源照射到物体上所显现的颜色的性能，称为光源的显色性。色表和显色性构成了光源的光色，光源的色表和显色性之间没有必然的联系。因为具有不同的光谱能量分布的光源可能有相同的色温，但显色性可能差别很大。如：荧光高压汞灯的光谱成分和日光接近，光色发亮如同日光，但光谱能量分布和日光相差很大。,当光源发光的颜色与黑体(能吸收全部光能的
13、物体)加热到某一温度所发出光的颜色相同(对于气体放电光源为相似)时，该温度称为光源的颜色温度，简称色温。色温能够恰当地表示黑体热辐射光源的颜色，对于非黑体的热辐射光源和气体放电光源则只是粗略地表示它的颜色，因此常称为相关色温。,333 多种光源的混合使用,在一种光源不能达到照明效果时，可在同一场所采用多种光源混合照明。例如，高压汞灯虽然是功率大并且光视效能高的一种光源，但它的光色较差，不宜在室内单独使用，可以与白炽灯(或碘钨灯)混合使用，称为混光。混光使用的主要目的是提高光的显色性。混光光通比FH按下式定义：,当FH30%时，这种混光使用对所有色彩识别能达到良好的效果，也就是说，当白炽灯容量近
14、似为高压汞灯容量的2倍时，可以得到良好的光色。当FH3050%时，除橙色只能达到中等效果外，其他色彩均能达到良好的效果，因此这可以用于对色彩要求一般的场所。当FH=5070%时，只能用于色彩要求较低的场所。一般地说，只要白炽灯容量不小于高压汞灯的容量，人们在视觉上就无明显的不舒适感。,34 灯具的特性与分类,341 灯罩的作用（1）提高光源所发出的光通量的利用率，换句话说，灯罩可以使光源光通量重新分布。并把它分配在需要的方向范围内。（2）减轻由光源引起的眩光，保护视觉，对光源也起一定的保护作用。（3）装饰美化的效果。,342 配光及其表示法 在研究灯具的作用时，其配光是最重要的一个特性。因为它
15、是决定使用场所、布灯方案和进行计算的基本依据。配光光源光通的重新分布 灯具的配光曲线表示灯具的发光强度的空间分布状况，所以又称为发光强度分布曲线。,大部分灯具的形状是以它的轴线为对称的旋转体，所以它们的发光强度的空间分布也是以轴线为对称的。因此，只须用通过灯具轴线的一个截面上的配光曲线，就能说明该灯具发光强度的空间分布的状况，这种配光称为对称配光。有些灯具形状是不对称的，如荧光灯，则需要有通过灯具轴线的几个截面上的配光曲线，才能说明该灯具发光强度的空间分布状况。这种配光称为非对称配光。,343 空间等照度曲线 在不同高度上，按相同照度的连线轨迹可绘制空间等照度曲线；不同照度具有不同的空间等照度
16、曲线，可组成空间等照度曲线族。,344 灯具的保护角和效率 光源下端与灯具下缘连线同水平线之间的夹角称为保护角。保护角是用以衡量灯罩保护人眼不受光源照明部分耀眼的程度，以减小眩光的作用。眩光的强弱与视角有一定的关系，灯具的保护角过小对于保护眼睛来说是不利的。为了减小眩光，应使光线不致与水平视线成等于或小于27的角度射出。若使保护角达到27有困难，应在灯泡外装上一层散光罩，或使灯具悬挂合适的高度,灯具的光通量与光源的光通量的比值，称为灯具的效率。式中：F为从灯具射出的光通量，F。为光源的光能量。,345 灯具的分类,（一）按光源情况分（1）按类型：白炽灯、卤钨灯、荧光灯（2）按数目：普通灯具、组
17、合灯具（二）按控照器情况分（1）按结构形式：开启式、保护式、密闭式、防爆式（2）按配光曲线：直射型、半直射型、漫射型、反射型、半反射型,35 照明质量与灯具的布置 良好的视觉不是单纯地依靠充足的光通量，还须要有一定的照明质量的要求，照明质量主要指照度的均匀性、视野内的亮度分布和照度的稳定性等几个方面，它又与灯具的布置有关。因此，只有合理的布置灯具，才能获得良好的照明质量。,351 照明的质量 照明质量包括许多方面。质量不是一个简单的数值，也不是一个客观的照明条件，而是人们对照明的主观评价。,（1）照度的均匀性 通常总是希望被照场所内的照度均匀或比较均匀。照度的均匀度是按在给定的工作面的最低照度
18、与其平均照度的比值来衡量的，即：式中 Uni照度均匀度；Emin最低照度，1x；Eav平均照度，1x。,一般照明的照度均匀度要求在0.7以上，但不得大于最大允许值。若大于最大允许值，将会造成布灯的困难。均匀度的倒数称为最小照度系数，记为Z。在合理布灯的情况下，一般均匀照明的照度均匀度应在0.7以上，则其最小照度系数应在1.43以下。影响均匀度的最主要因素是灯具布置的距高比，即灯具之间的距离L和灯具的计算高度h(工作面至灯具的垂直距离)的比值，在实际布灯中，只要其距高比小于有关照明手册中查出该类灯具的最大允许距高比的值，但不低于0.7时，就能满足照度均匀度的要求，这个比值范围，是既考虑经济的年电
19、能消耗和照明设备投资，又考虑有一定的照度均匀性条件而制定出来的。,（2）视野内的亮度分布 照明环境不但应使人能清楚地观看事物，而且要给人们以舒适感，所以在整个视野内(如房间的各个表面)要有合适的亮度分布。当视野内存在不同亮度的表面时，眼睛要被迫适应它，如果这种亮度差别即亮度的对比度很大，就会使眼睛很快疲劳。故要求视野内亮度较均匀，不要有过大的差别。,人眼能察觉出不均匀的相邻表面亮度比为1：1.4，但要达到这样的高标准很困难，所以在一些资料中推荐的教室、办公室、车间内各表面的亮度比，均低于此值。在电照设计时，为了满足各表面亮度比的要求，必须使工作面上的照度比顶棚、墙面上的照度高许多倍，才有可能使
20、顶棚、墙 面和工作面亮度相协调。,在实际工作场所中，亮度比过大主要是由光源的高亮度造成的，这可以采用具有保护角的合适灯具和降低灯具表面亮度等办法来解决。工作面的亮度差别控制在1：3左右较为合适，这是指工作面反光系数大致相等的条件而言，对一般照明，可采取控制灯具的距高比来解决。,（3）照度的稳定性 为了保证照度在使用过程中不低于标准值，应预先考虑光源老化，灯具污染、房间污染等不利因素，在设计时可适当增加光源的功率。这就是照度的补偿问题。照度的补偿用照度补偿系数Kb来表征。国外资料大多采用减光系数KJ，减光系数与补偿系数互为倒数关系。如对于清洁环境，减光系数为075(白炽灯)，其倒数为13，这就是
21、清洁环境的照度补偿系数。,一般的电压波动所引起的光通量减小，在照度计算时不予考虑补偿，因为从视觉功能上仍能满足视觉工作的要求。但每秒20次以下的低频波动，对眼睛就极为有害，应该避免。这种波动是由于用电高峰和网络内有启动频繁的大功率电机设备，造成电压不稳定所致。解决的办法是动力和照明电源分开，以及照明变压器增设调压器等。,（4）频闪效应的消除 对于交流供电的气体放电光源，其光通量也发生周期性的变化，最大光通量和最小光通量差别很大，使人眼产生明显的闪烁感觉，即频闪效应。当观察转动物体时，若物体转动频率是灯光闪烁频率的整数倍时，则转动的物体看上去好象没有转动一样，因而造成错觉，容易发生事故。,交流电
22、供电的光源所发射光通量是波动的，其波动程度以波动深度来衡量，即：式中 光通量波动深度；Fmax 光通量最大值；Fmin 光通量最小值；Fav 光通量平均值。,352 灯具的布置 灯具的布置就是确定灯具在房间内的空间位置，它与光的投射方向、工作面的照度、照度的均匀性、眩光的限制以及阴影等都有直接的影响。灯具的布置是否合理，关系到照明安装容量和投资费用，以及维护检修是否方便与安全，灯具的布置，应根据生产设备的布置情况、建筑结构形式和视觉工作特点等条件来进行。,布灯的方式主要考虑下面两种情况：(1)均匀布灯 适用于要求整个工作面照度分布均匀并且灯具间距和行距都保持一定的布灯方式。(2)选择布灯 主要
23、适应生产要求和设备布置，使局部工作面上的照度加强或防止有阴影的布灯方式。,36 室内照明设计,361 室内照明设计的意义（1）对于办公建筑，不仅要考虑办公桌上水平照度的效率，还必须做成供整个室内环境舒适的照明；（2）对于学校教室照明，则是为教学提供必要的视觉条件，以取得好的教学效果。,362 灯具的选择原则（1）光源 应根据建筑物各房间的不同照度标准、对光色和显色性的要求、环境条件(温度，湿度等)、建筑特点、对照明可靠性的要求，根据基建投资情况结合考虑长年运行费用(包括电费、更换光源费、维护管理费和折旧费等)，根据电源电压等因素，确定光源的类型、功率、电压和数量。,（2）技术性 主要指满足配光
24、和限制眩光的要求。高大的厂房宜选深照型，宽大的车间宜选广照型、配照型灯具，使绝大部分光线直接照到工作面上。一般公共建筑可选半直射型，较高级的可选漫射型灯具，通过顶棚和墙壁的反射使室内光线均匀、柔和。,（3）济济性 应综合从初投资和年运行费用全面考虑。满足照度要求而耗电最少就算最经济，故应选光效高，寿命长的灯具为宜。,（4）使用性 应结合环境条件、建筑结构情况等安装使用中的各种因素加以考虑。环境条件 干燥、清洁房间尽量选开启式灯具，潮湿处(如厕所、卫生间)可选防水灯头保护式，特别潮湿处(如厨房，浴室)可选密闭式(防水防尘灯)，有易燃易爆物场所(如化学车间)应选防爆灯，室外应选防雨灯具，易发生碰撞
25、处应选带保护网的灯其。安装条件 应结合建筑结构情况和使用要求，确定灯具的安装方式，选用相应的灯具。,（5）功能性 不同建筑有不同的特点，不同房间有不同的功能，灯具的选择应和这些特点和功能相适应。特别是临街建筑的灯光，应和周围的环境(其它建筑和马路的灯光)相协调，以便创造一个美丽和谐的城市夜景。,363 照度标准 照度标准是根据识别物体的大小、物体与背景的亮度对比、国民经济的发展情况等因素来规定必须的物体亮度。由于亮度的现场测量和计算都较复杂，故标准规定的是工作面上的照度值。在没有专门规定工作位置的情况下，通常以假想的水平工作面照度作为设计标准。对于站立的工作人员水平面距地0.9m，对坐着的人是
26、0.75m(或0.8m)。照度标准有：工业建筑照度标准和民用建筑照度标准,364 各类建筑的照明,（1）住宅建筑 住宅建筑的照明主要应满足人们不同居住水平、不同居住条件的生活需要。在住宅或公寓照明中，常用的光源有白炽灯和荧光灯两种。住宅建筑照明的平均照度值，各房间的照度不能要求一致，如起居室、卧室30751x，餐厅501001x，厨房501001x，走道、楼梯15301x等。一般地说，高照度能创造活跃、愉快的气氛，低照度能创造轻快、宁静的气氛。,（2）办公建筑 办公室是人们长时间进行公务活动的场所，不能只考虑工作面的照明，要造成整个房间的视觉环境舒适工作照明。确定办公建筑的照度应该从视力、心理
27、、节能等方面综合考虑。通常在读书之类的视觉工作中至少需要5001x，为了进一步减少眼睛的疲劳就需要100020001x。办公室一般照明的照度值，可在75l501x范围内选取，对于有计算机显示屏的工作场所，或设计室、绘图室、打字室等可以取2005001x,（3）学校建筑 学校的教室、实验室、绘图室等合适的照度值一般是1003001x。教室黑板上的垂直照度平均值不宜低于2001x；电化教学中演播区内主光垂直照度宜在200030001x；书库架上(距地面025m处)的垂直照度为2050lx。,37 照明计算,371 照明计算的目的和方法（一）照明计算的目的 其目的是使空间获得符合视觉要求的亮度分配，
28、使工作面上达到适宜的亮度标准。故照明计算的实质是进行亮度的计算。因亮度计算相当困难，故以直接计算与亮度成正比的照度值，从而间接反映亮度值使计算简化，因而所谓照明计算，实际是做照度计算。,（二）照明计算的方法 照明计算的方法很多，但从计算工作的内容和程序上可分为两类：（1）已知照明系统和照度标准，求所需光源的功率和总功率，用以进行照明的设计。（2）己知照明系统和光源的功率与总功率，求在某点产生的照度，用以进行照明的验算。无论哪一种方法，都很难做到完全符合照度标准。一般认为工作面上任何一点的照度不低于最低照度(照度标准值)，不超出20%就算正确，就认为布灯合理，满足要求。,目前国内在一般照明工程中
29、常用的照明计算方法，大体分为两大类：平均照度的计算 平均照度的计算适合于进行一般均匀照明的水平照度计算，只可求出被照面上的平均照度，而求不出其上的照度分布，可用于进行照明工程的设计。点照度的计算 点照度计算法可求出工作面任何一点的照度，也可求出其上的亮度分布，这种方法多用于进行照明的验算。,372 单位功率法,（一）估算法（1）计算建筑总用电量 式中：P 建筑物(或功能相同的所有房间)的总用电量（kW）w 单位建筑面积安装功率（Wm2），可查表 S 建筑物(或功能相同的所有房间)的总面积（m2）,（2）求出每盏灯泡的瓦数(灯数为n盏),单位建筑面积照明用电估算表,(二)单位功率法（又称单位容量
30、法）根据灯具类型和计算高度、房间面积和照度编制出单位容量表，当求出诸值后即可由表查出单位容量值（不同的灯具，单位容量值不同），进而可采用和估算法相同的公式和步骤，就可求出建筑总用电量和每盏灯泡的瓦数。,373 利用系数法,（一）利用系数 是指投射到被照面上的光通量F与房内全部灯具辐射的总光通量nF0之比(n为房内灯具数，F0为每个灯具的辐射光通量)。F值中包括直射光通量和反射光通量两部分。反射光通量在多次反射过程中，总要被控照器和建筑内表面吸收一部分，故被照面实际利用的光通量必然少子全部光源辐射的总光通量，即利用系数u值总是小于1，可用下式表示：,(二)影响利用系数的因素（1）灯具的效串。u值
31、与灯具效率成正比；（2）灯具的配光曲线。向下部分配的直射光通量比例越大则u值越大；（3）建筑内装饰的颇色。墙面和顶棚等颜色越浅，反射系数越大，u值越大；（4）房间的建筑尺寸和构造特点。室空间比值越小，则u值越大。,（三）利用系数法（1）减光补偿系数K 在公式中，F是受照面上实际接受的光通量，该光通量应保证受照面积S达到规定的照度E值，故 考虑到使用过程中灯具和建筑内表面污染，受照面实际接受的光通量有所下降的情况，应利用减光补偿系数K值对上式加以修正，得出式：,（2）最小照度系数Z 考虑到被照面上照度分布不均匀的情况，应对上式进一步修正，乘以最小照度系数Z。Z的定义：式中：E0是受照面上的平均照度；E是受照面上的最低照度，可按照度标准查出。Z值永远大于1。当距高比L/h值接近合理值时，可取Z=1.2。,（3）计算利用系数根据以上关系，得出式：故得：所以：由上式可求出每个光源所需的辐射光通量F0值，由F0值查相应的光源样本即可确定每个灯的功率，进而确定房间内的总功率，完成照明计算。,
