電氣照明4第四章 照明器

1、1第四章 照明器第一節(jié) 照明器的特性第二節(jié) 照明器的設(shè)計第三節(jié) 照明器的分類第四節(jié) 照明器的選用2照明器是由光源、照明燈具及其附件共同組成的。照明器的作用: 固定光源和保護光源，使之與電源安全可靠地連接。美化環(huán)境對光源產(chǎn)生的光通量進行再分配、定向控制以及防止光源產(chǎn)生眩光。3光學特性：光強分布配光曲線 遮光角保護角 照明器效率一、照明器的配光曲線 配光曲線 照明器在空間各個方向上的光強的分布曲線。 配光曲線是衡量照明器光學特性的重要指標，是進行照度計算和決定照明器布置方案的重要依據(jù)。 第一節(jié) 照明器的特性4光軸：通過光中心的豎垂線稱為光軸。光中心：把一個有一定尺寸的光源（照明器）看作一個點，它的

2、光認為就是從該點發(fā)出，該點所在 的位置就是光 中心。光中心 其實就是指的 出光口的中心。光軸光軸光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光術(shù)語 第一節(jié) 照明器的特性5垂直(投光)角與垂直面： 觀察光中心的方向與光軸向下方向所形成夾角稱垂直角，用表示。 包含光軸的任何平面為垂直面。c光軸光軸光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光術(shù)語 第一節(jié) 照明器的特性6水平角與水平面： 如果選某一垂直面為基準面，那么觀察方向所在的垂直面與基準面之間形成的夾角稱為水平角，常用C表示。 垂直于光軸的任意面為水平面。 第一節(jié) 照明器的特性c光軸光軸光中心光中心垂直面垂直面水平面水平面配光術(shù)語7 以極坐標原點為光中心

3、，以極坐標角度表示燈具的垂直角，以極坐標矢量長度表示光強的大小，以一定比例的光強值為半徑作一系列同心圓表示等光強線。 通過光中心作該燈具在一個垂直平面內(nèi)不同垂直角的光強有向線段，把線段末端連接起來，得到該燈具的配光極坐標曲線。白熾燈配光曲線(一) 極坐標配光曲線 第一節(jié) 照明器的特性8 適用于具有旋轉(zhuǎn)對稱配光特性的照明器。 旋轉(zhuǎn)對稱配光特性指照明器的光強空間分布相對于光軸呈旋轉(zhuǎn)對稱形式。 一般，只要照明器形狀具有旋轉(zhuǎn)對稱性，則燈具的配光就具有旋轉(zhuǎn)對稱性，如裝有普通白熾燈、高壓鈉燈、高壓汞燈及部分金屬鹵化物燈的照明器等。1. 對稱配光曲線乳白玻璃水晶底吊燈的配光曲線 第一節(jié) 照明器的特性9照明器

4、的配光曲線應(yīng)用EI 第一節(jié) 照明器的特性10乳白玻璃水晶底吊燈的配光曲線要求45方向上的光強。在配光曲線上作45的射線，與配光曲線交于一，從原點到交點的長度為該方向的光強，即75cd。 第一節(jié) 照明器的特性112. 非對稱配光曲線 光源和照明器的形狀是非對稱的（如普通直管熒光燈、管形鹵鎢燈組成的照明器）。 就每個垂直面而言，其光強分布相當于光軸是對稱的，但各個垂直面上的配光特性不同。采用多個不同測光垂直平面的配光曲線表示。 由直管熒光燈組成的照明器，其光強空間分布不再對光軸呈旋轉(zhuǎn)對稱 第一節(jié) 照明器的特性12A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CC(C45平面平面)*資料不同，水平角有差

5、異簡式單管熒光燈照明器的配光曲線簡式單管熒光燈照明器的配光曲線 如取垂直于燈管軸線的垂直面為基準面，其水平角為0，標注。(A-A) 包含燈管軸線的垂直面，水平角為90 ,標注。(B-B) 水平角為45 的配光曲線。(C-C) 第一節(jié) 照明器的特性13熒光燈的配光曲線 第一節(jié) 照明器的特性14簡式單管熒光燈照明器的配光曲線簡式單管熒光燈照明器的配光曲線A(C0平面平面)ABB(C90平面平面)CB(C45平面平面) 配光曲線上的每一點表示照明器在該方向上的光強。如已知照明器計算點的垂直角，可在配光曲線上查到照明器在該點上對應(yīng)的光強I 第一節(jié) 照明器的特性15 在照明計算中，圖解法精確度不易保證，

6、將極坐標曲線用列表方式表示，能獲得較為精確的光強值。 051525354555657585I I( (cdcd) )7576808286755745444395105115125135145155165175180I I( (cdcd) )43444544423834292422 表中列出的垂直角下的光強值在表中直接查得，表中未列出的垂直角可根據(jù)前后相鄰的兩個垂直角下的光強值用內(nèi)插法求得。 第一節(jié) 照明器的特性16 第一節(jié) 照明器的特性17 第一節(jié) 照明器的特性18 第一節(jié) 照明器的特性191000rrII 若實際光源的光通量不是1000lm，光強可根據(jù)下面公式換算：)()()(1000cdI

7、lmcdrlmIrr垂直角方向的光強照明器在實際光源時通量照明器中實際光源的光角方向上的光強時垂直角為照明器中光源為 如果一個照明器安裝了兩只或更多光源，光強換算時取它們的光通量之和。 第一節(jié) 照明器的特性20（二）直角坐標配光曲線 對于聚光很強的投光燈，其光強集中分布在一個很小的立體空間，用直角坐標表示配光曲線。直角坐標配光曲線 第一節(jié) 照明器的特性21(三) 等光強配光曲線對于光強分布不對稱的照明器，需要用許多平面上的配光曲線才能表示空間分布，可采用等光強配光曲線表示光強。1、圓形等光強圖：用極坐標表示 第一節(jié) 照明器的特性22等面積天頂投影等光強曲線 圍繞燈具的球表面上的一個平面內(nèi)，將等

8、光強點連接成圓形等光強配光曲線，并以相等的投影面積表示相等的包圍燈具德威球面面積。 第一節(jié) 照明器的特性23 道路燈中的光線坐標 在街道照明中應(yīng)用較多。 將照明器放在球的中間，極軸取上下方向。沿水平中心線(赤道)上的角度為水平角C，定義為路軸方位角。C=0表示與道路同方向， C=90表示與道路垂直。沿周圍角度表示垂直角，=0 表示燈具垂直向下。 第一節(jié) 照明器的特性242、矩形等光強圖： 用直角坐標表示在泛光燈應(yīng)用較多。泛光燈的光分布通常是窄光束，用矩形等光強圖表示。橫坐標表示水平角，縱坐標表示垂直角。 第一節(jié) 照明器的特性25 泛光照明等光強與區(qū)域光通量泛光照明等光強與區(qū)域光通量左半部：在等

9、光強圖中，可以計算出垂直和水平網(wǎng)格線所包圍的每個矩形內(nèi)的光通量右半部：功率為400W管形高壓鈉燈作泛光燈時球帶光通量曲線的一半，在小方格所確定的球帶里，可以計算出每千流明的光通量 第一節(jié) 照明器的特性26二、照明器的遮光角與亮度分布（一）遮光角照明器的保護角 用以衡量燈具保護人眼不受光源耀眼，又可保證工作面照度的一個指標，根據(jù)光源產(chǎn)生的眩光與人視線角度的關(guān)系而設(shè)計。 照明器的遮光角是指燈具出光口遮蔽光源發(fā)光體使之完全看不見的方位與水平線的夾角。用表示。 功能是限制光源的直射光，對于任意位置的平視觀察者眼睛的入射角的最小值，因此具有限制或消除眩光的作用。 第一節(jié) 照明器的特性27 1) 一般照明

10、器，指的是發(fā)光體(燈絲)最邊緣點(最低)與燈具沿口的連線，與出光沿口水平線的夾角。 arctanh/r 第一節(jié) 照明器的特性28 工程實踐證明：對照明質(zhì)量產(chǎn)生影響的亮度值只要發(fā)生在垂直角45 85的范圍內(nèi)。 照明器的保護角越大，光分布就越窄，效率也越低。由于照明器保護角的實際意義在于限制光源的直射光，從而防止或限制直接眩光。一般照明器應(yīng)選取15 30保護角 。 第一節(jié) 照明器的特性292) 熒光燈，它本身的表面亮度低，不宜采用半透明的擴散材料做成燈罩來限制眩光，而采用鋁合金(或不銹鋼) 格柵來限制眩光。 格柵的遮光角： 定義為一個格片底 邊看到下一格片頂 部的連線與水平線 之間的夾角。格柵型照

11、明器的遮光角 第一節(jié) 照明器的特性30格柵型照明器的遮光角) ( )(/arctan)( /arctan)( /arctan22方向沿對角線沿寬度方向沿長度方向bahbhah長方形格柵三個遮光角 第一節(jié) 照明器的特性31格柵型照明器的遮光角 格柵的遮光角越大，光強分布越窄，效率越低；格柵的遮光角越小，光強分布越寬，效率越高，但防止眩光的 作用變?nèi)酢?辦公室照明，格柵遮光角的橫軸方向 (垂直燈管)為45，縱軸方向(沿燈管 方向)為30。 商店照明的格柵遮光 角橫軸方向成25， 縱軸方向成15。 第一節(jié) 照明器的特性32（二）亮度分布： 照明器的平均亮度可計算如下：/pLIA燈具發(fā)光部分投影面積計

12、算圖 第一節(jié) 照明器的特性33三、照明器的效率1、定義： 照明器所輻射出的光通量 與光源發(fā)出的總光通量 之比，稱為照明器效率，用 表示。 公式:ss照明器各部分對效率的影響 第一節(jié) 照明器的特性342、各種照明器的效率：帶反射罩型（狹照、中照） 0.7以上 廣照型搪瓷 0.60.7 特廣照型 0.75以上 乳白玻璃型 0.5左右 各種吸頂燈 0.30.5 開啟式熒光燈具 0.8以上 格柵式熒光燈具 0.450.6 投光燈具 0.6左右 第一節(jié) 照明器的特性353、照明器各部分對效率的影響 照明器各部分對效率的影響區(qū)域1：光線能從高壓經(jīng)玻璃板B 直接射出燈具的部分，稱為直接出射光。區(qū)域2：光線射

13、向燈殼內(nèi)部殼體產(chǎn)生的雜散光，無法起到有效照明作用。區(qū)域3：高壓光線射向反射器R，經(jīng)反射器反射后，通過前面玻璃板B再射出。 第一節(jié) 照明器的特性364、提高照明器效率注意事項 照明器各部分對效率的影響1) 盡量減少區(qū)域2，不使光線浪費在殼體上。2) 處理好玻璃板B與光線的相互位置，一般使光線對玻璃的入射角小于45，以增強光線的透過率。3) 增加區(qū)域1減少區(qū)域3，增加直接出射光部分。 4) 減少區(qū)域2至零時，區(qū)域3內(nèi)的光線全部反射向區(qū)域1中，當反射出來光線的角度與區(qū)域1的直接出射光角度完全吻合時，可獲得高的效率。 第一節(jié) 照明器的特性375、應(yīng)用 1) 敞口式照明器的照明效率較高。取決于三個因素:

14、 敞口面積與燈具控照器(燈罩)內(nèi)表面面積之比，比值越高，效率越高； 控照器內(nèi)表面反射比越大，效率越高； 燈具形狀造成光在照明器內(nèi)多次反射，效率降低。2) 格柵式燈具采用大網(wǎng)孔高格片的格柵，材料采用拋光的鋁合金或不銹鋼，效率可高于70%。 第一節(jié) 照明器的特性con38一、照明器設(shè)計的目的 1、配光設(shè)計 2、電氣或配線設(shè)計 3、機械設(shè)計及熱工設(shè)計 4、裝飾設(shè)計 第二節(jié) 照明器的設(shè)計第二節(jié) 照明器的設(shè)計39二、照明設(shè)計的基本流程 光學設(shè)計是照明器設(shè)計的特有要素。1、確定概念設(shè)計；2、設(shè)置配光目標；3、照明器的光學設(shè)計；4、照明器的總體設(shè)計；5、計算分析、校驗，并測試。 第二節(jié) 照明器的設(shè)計40燈具

15、設(shè)計流程 第二節(jié) 照明器的設(shè)計41 第二節(jié) 照明器的設(shè)計三、照明器的主要控光部件要想按照我們的意志控制光線（濾光，轉(zhuǎn)換，重新分配），就必須要有光控元件 下列為燈具中常用的光學器件：反射器件、折射器件、漫射器件、濾光器件、屏蔽器件42 第二節(jié) 照明器的設(shè)計光線的不同分布43 第二節(jié) 照明器的設(shè)計反射器件最普通的光學器件三種基本類型的反射器件定向反射遵守所有的反射定律精確的光學分布鏡面鋁是最常用的材料44 第二節(jié) 照明器的設(shè)計反射器件不同鏡面材料的反射率材料 加工 反射率鋁面 磨光和電鍍 0.7鍍鋁金屬面高純鋁 磨光和電鍍 0.8銀面 磨光和電鍍 0.9玻璃和塑膠 覆鋁 0.85-0.88鉻 磨光

16、 0.65不銹鋼 磨光 0.6045 第二節(jié) 照明器的設(shè)計反射器件散反射無光源的鏡面象適度的視覺控制:光束柔和錘打，腐蝕，刷漆的普通鏡面反射通常為散反射46 第二節(jié) 照明器的設(shè)計反射器件漫反射任何方向都有散射光無精確的光線控制無光澤的磨光金屬或油漆面是最普通的漫反射表面發(fā)射器外型不是很重要反射器越深 , 光線間的相互作用以及吸收作用越大，效率越低。47外形各異的反射器件 反射器件的形狀決定了光束圖案 平面反射器: 通常用于裝飾型燈具，主要用于圖象的反射而非光線的控制 第二節(jié) 照明器的設(shè)計48外形各異的反射器件 反射器件的形狀決定了光束圖案 拋物線反射器 點光源放置在焦點位置將產(chǎn)生平行光束 第二

17、節(jié) 照明器的設(shè)計49外形各異的反射器件 點光源從焦點位置外移將產(chǎn)生會聚性光束，內(nèi)移將產(chǎn)生發(fā)散性光束有具體尺寸的光源位于焦點將產(chǎn)生不同的散射光束，其決定于入射點到光源的距離 第二節(jié) 照明器的設(shè)計50外形各異的反射器件 要達到精確的光束控制 , 燈泡在反射器中的相對位置非常重要。如果位置有偏差，則光分布將完全不同 第二節(jié) 照明器的設(shè)計51外形各異的反射器件 平滑面反射器和小平面反射器平滑面反射器 : 窄光束小平面反射器 : 光束較寬 第二節(jié) 照明器的設(shè)計52外形各異的反射器件 球形反射器和拋物線反射器的結(jié)合將產(chǎn)生非對稱光束分布外圍光束強度將比中心光束強度要高 第二節(jié) 照明器的設(shè)計53折射器件利用光

18、的折射原理將透光材料做成燈具元件，改變光線前進方向，獲得合理的光分布。透鏡（a）凸透鏡（b）凹透鏡 第二節(jié) 照明器的設(shè)計54折射器件菲涅耳菲涅耳透鏡原理透鏡原理（a）平凸透鏡（平凸透鏡（b）菲涅耳透鏡菲涅耳透鏡 第二節(jié) 照明器的設(shè)計55折射器件通過光折射產(chǎn)生光分布材料通常為聚苯乙烯或丙烯酸聚合物 第二節(jié) 照明器的設(shè)計56遮光器件遮光裝置的作用是減少眩光遮光裝置:擋板和百葉: 通常用于熒光燈燈具遮光角 : 是指照明器出光沿口遮蔽光源體使之完全看不見的方位與水平線的夾角.內(nèi)置格柵:位于燈泡上方的小水平平面，用于泛光燈。 第二節(jié) 照明器的設(shè)計57采用一些遮光器件，附加到燈具上去，從而達到增大燈具保護

19、角，達到減少眩光的目的。 常用的遮光器的結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 照明器的設(shè)計58光導纖維和導光管光導纖維的結(jié)構(gòu)原理如圖所示. 其芯體由透明材料制成，外包層材料的折射率比芯體稍低. 光線經(jīng)過多次的全反射可從光纖的一端傳到另一端. 在光導纖維中的全反射 第二節(jié) 照明器的設(shè)計59用于照明的光導纖維的發(fā)光形式有兩種，如圖所示. 圖(a)為端發(fā)光，圖(b)為側(cè)發(fā)光. 光導纖維的兩種發(fā)光形式 (a) 端發(fā)光；(b) 側(cè)發(fā)光1 光發(fā)生器；2 光纖；3 終端發(fā)光頭 第二節(jié) 照明器的設(shè)計60無論采用哪種光纖照明，都需有一個光發(fā)生器. 光發(fā)生器的原理如圖所示. 光纖光發(fā)生器的結(jié)構(gòu)原理 第二節(jié) 照明器的設(shè)計61導光管也是一種

20、遠程傳光系統(tǒng)，而且可以用來傳輸大的光通量. 現(xiàn)在常用的導光管有兩種，一種是有縫導光管，另一種是棱鏡導光管. 棱鏡導光管結(jié)構(gòu)示意圖 (a) OLF的結(jié)構(gòu)；(b) OLF卷成的導光管 第二節(jié) 照明器的設(shè)計con62一、按照明器的用途分類(一) 功能性照明器l 保護光源、提高光效、降低眩光l 裝飾效果(二) 裝飾性照明器l 美化環(huán)境、烘托氣氛，照明器造型和光線色澤l 照明器效率、限制眩光 第三節(jié) 照明器的分類第三節(jié) 照明器的分類63二、按防觸電保護方式分類n 根據(jù)防觸電保護方式，照明器可分為0、I、II、III四類。n 從電氣安全角度， 0類照明器的安全程度最低，I、II類較高， III類最高。 第

21、三節(jié) 照明器的分類等級主要性能應(yīng)用0類基本絕緣防止觸電適用空氣干燥、塵埃少、木地板等條件下類易觸及部分和外殼有接地裝置 用于金屬外殼的照明器,如投光燈、路燈、家庭燈等類 雙重絕緣或加強絕緣適用環(huán)境差、人經(jīng)常觸摸的照明器類利用特低安全電壓（交流有效值不超過50V）用于惡劣環(huán)境，如機床工作燈、兒童用燈等64三、按照明器的防塵、防水等分類n有多種外殼防護方式起到保護電氣絕緣和光源的作用。采用特征字母“IP”加兩個數(shù)字來表示照明器的防塵、防水等級。 n特征字母“IP”后面跟兩個數(shù)字表示 第一個數(shù)字表示對人、固體異物或塵埃的防護能力； 第二個數(shù)字表示對水的防護能力。 在防塵能力和防水能力之間存在一定的依

22、賴關(guān)系，有多種配合。有多種外殼防護方式起到保護電氣絕緣和光源的作用。采用特征字母“IP”加兩個數(shù)字來表示照明器的防塵、防水等級。 第三節(jié) 照明器的分類65四、按照照明器光通量在空間的分布分類 按燈具向上、向下兩個半球空間發(fā)出的光通量的比例來分 第三節(jié) 照明器的分類66直接照明型 光通集中在下半球，有窄光、中寬光各種形式。 光的利用率高。 易獲得局部地區(qū)高照度 頂棚較暗，產(chǎn)生眩光 適于高大空間的一般照明、廠房、大廳、體育館等，常用的深照、中照、廣照、嵌入式熒光燈、發(fā)光頂棚、點射燈等向上光通用向上光通用010向下向下10090特性配光曲線 第三節(jié) 照明器的分類67半直接照明型 漫射型 具有直-間接

23、照明特點，利用率中等、上下陰影得到改善，由于擴散作用，可減少眩光；反射率高能發(fā)揮好的效果，整個空間明亮 需要創(chuàng)造環(huán)境氣氛和要求經(jīng)濟性比較好的場所：辦公大廳、學校、飯店和家庭等； 常用各式玻璃燈具、開啟式熒光燈、枝花吊燈等 向上光通用4060向下6040特性配光曲線 第三節(jié) 照明器的分類68半間接照明型 間接型 向下光占極少部分，光的利用率較低，頂棚較亮。絕大部分或全部光向上發(fā)射，整個頂棚變成二次發(fā)光體，光線柔和、沒有陰影 適用于創(chuàng)造環(huán)境氣氛為主，而不注重經(jīng)濟性能的場所：如反射型（金屬）吊燈、暗槽反射燈、檐口照明等 向上光通6090向上光通90以上特性配光曲線 第三節(jié) 照明器的分類69五、按照明

24、器配光曲線分類特深照型、深照型、配照型、漫散型、廣照型等 第三節(jié) 照明器的分類70六、按照明器結(jié)構(gòu)特點分類結(jié)構(gòu)特點開啟型光源與外界空間直接接觸(無罩)閉合型透明罩將光源包合起來，但內(nèi)外空氣仍能自由流通密閉型透明罩固定處加嚴密封閉，與外界隔絕相當可靠，內(nèi)外空氣不能自由流通防爆型符合防爆電氣設(shè)備制造檢驗規(guī)程的要求，能安全地在有爆炸危險性介質(zhì)的場所使用。有安全型和隔爆型。安全型在正常運行時不產(chǎn)生火化電弧；或把正常運行時產(chǎn)生的火化電弧的部件放在獨立的隔爆室內(nèi)隔爆型在照明器的內(nèi)部產(chǎn)生爆炸時，火焰通過一定間隙的防爆面后，不會引起外部的爆炸防震型照明器采取防震措施，安裝在有震動的設(shè)施上 第三節(jié) 照明器的分類

25、71 第三節(jié) 照明器的分類72七、按照明器安裝方式分類 壁燈、吸頂燈、嵌入式、半嵌入式、吊燈、地腳燈、臺燈、落地燈、庭院燈、道路廣場燈、移動式燈、自動應(yīng)急照明燈 第三節(jié) 照明器的分類con73照明設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)就是根據(jù)功能要求和環(huán)境條件，選擇合適的照明器和裝置，并將照明功能和裝飾效果有機的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一?；驹瓌tn按配光曲線選擇照明器合適的光特性n按使用環(huán)境條件選擇照明器符合場地的環(huán)境要求n按經(jīng)濟效果選擇照明器經(jīng)濟性 第四節(jié) 照明器的選用第四節(jié) 照明器的選用74一、按配光曲線選擇 根據(jù)環(huán)境條件和使用特點，合理地選定照明器的光強分布、效率、遮光角、類型、造型尺寸等，還應(yīng)考慮照明器的裝飾效果和經(jīng)濟

26、性。 （1）辦公室和公共建筑 （2）高大建筑物 （3）要求垂直照度時 （4）室外照明 第四節(jié) 照明器的選用75二、按使用環(huán)境條件選擇 （1）正常環(huán)境 （2）潮濕場所 （3）腐蝕性氣體場 （4）爆炸危險場所 （5）較大震動場所 （6）易受機械損傷場所 （7）有裝飾要求場所 （8）特殊場所 第四節(jié) 照明器的選用76三、按照明器的使用空間選擇 見表4-12四、按經(jīng)濟效果選擇 考慮初期投資和年運行費用（包括電費、更換光源費、維護管理費和折舊費等） 第四節(jié) 照明器的選用771、臺燈和地燈 是以某種支撐物來支撐光源，從而形成統(tǒng)一整體的燈具臺燈、地燈特點：功能性補充照明移動性移動功能裝飾性活躍氣氛、豐富空間

27、層次安全性使用要求 第四節(jié) 照明器的選用787980 第四節(jié) 照明器的選用81822、吊燈n照明的廣普性功能性n具有一般照明的特點，得到輕松的環(huán)境氣氛。n能使墻面、地面和頂棚均勻受光，并與重點照明結(jié)合使用，光線柔和、陰影減少。n裝飾性突出藝術(shù)性n吊燈的造型和藝術(shù)形式在某種意義上決定了整個空間的藝術(shù)風格和裝修擋次，體現(xiàn)一種綜合性的藝術(shù)形式。 第四節(jié) 照明器的選用83848586n 調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換視空間環(huán)境n 滿足視覺對空間環(huán)境概念的轉(zhuǎn)換、調(diào)整人在心理上的視覺需要，改善室內(nèi)空間的比例關(guān)系。n使燈具與整體空間的比例適宜，增加親密感！ 薄薄 型型3m以下層高以下層高 厚厚 型型4m以上層高以上層高 勻稱型勻稱型34m