照明 (2).ppt

照明技术照明技术uu 1.1 1.1 光的基本概念光的基本概念uu 1.2 1.2 光的度量光的度量uu 1.31.3 照明发展简史照明发展简史uu 1.4 1.4 常用照明光源与灯具常用照明光源与灯具1.1 1.1 光的基本概念光的基本概念1 1 光的基本性质光的基本性质2 2 光的电磁理论光的电磁理论3 3 光的量子理论光的量子理论4 4 人眼的视觉人眼的视觉1 光的基本性质光的基本性质1.1.光是能量存在的一种形式。光是能量存在的一种形式。2 2 光在没有任何中间媒质的情况下，也能传播。光在没有任何中间媒质的情况下，也能传播。3.3.光在同一介质（或无介质）中，传播路线将是光在同一介质（或无介质）中，传播路线将是直线，称为光线。直线，称为光线。4.4.光是一种人类眼睛可以见的电磁波光是一种人类眼睛可以见的电磁波 ，光是由，光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性，或称为波粒二象性。动性，或称为波粒二象性。2 光的电磁理论光的电磁理论 1.1.光的电磁波理论认为光是一种能在空间以直线传播的光的电磁波理论认为光是一种能在空间以直线传播的电磁波。电磁波。2.2.光是一种横波。光是一种横波。3.3.所有电磁波在真空中传播时具有相同的速度。所有电磁波在真空中传播时具有相同的速度。4.4.不同电磁波在真空中振动频率与波长不同。不同电磁波在真空中振动频率与波长不同。5.5.电磁波在介质中传播，传播速度将随介质而改变。电磁波在介质中传播，传播速度将随介质而改变。6.6.光的电磁波理论可以解释光的干涉光的电磁波理论可以解释光的干涉衍射等。衍射等。7.7.将电磁波按波长排列可以绘出波普图。将电磁波按波长排列可以绘出波普图。干涉干涉 衍射衍射光谱图光谱图人眼最容易感觉的光谱段人眼最容易感觉的光谱段光谱图光谱图3 光的量子理论光的量子理论 1.1.量子理论认为光是由辐射源发出的粒子流。量子理论认为光是由辐射源发出的粒子流。2.2.光微粒的最小存在单位是光量子，它具有能量和动量，光微粒的最小存在单位是光量子，它具有能量和动量，在空间占有一定的位置，并作为一个整体在空间移动。在空间占有一定的位置，并作为一个整体在空间移动。3.3.光子与其它实物粒子不同，它没有静止质量光子与其它实物粒子不同，它没有静止质量 4.4.量子理论可以解释光的吸收量子理论可以解释光的吸收 散射及光电效应。散射及光电效应。视觉是一种物理现象更是一种生理现象。视觉是一种物理现象更是一种生理现象。1.1.产生视觉的主要条件是有光线射入眼睛。产生视觉的主要条件是有光线射入眼睛。2.2.光落在视网膜上，视细胞吸收光能，产生生物电流，经过光落在视网膜上，视细胞吸收光能，产生生物电流，经过大脑综合处理产生视觉。大脑综合处理产生视觉。3.3.视觉的强弱取决于目标发射的光强度。视觉的强弱取决于目标发射的光强度。4.4.能引起视觉的最低限度的光量叫亮度阈值；一般来说亮度能引起视觉的最低限度的光量叫亮度阈值；一般来说亮度越大越有利于视觉，但亮度太大会灼伤视网膜。越大越有利于视觉，但亮度太大会灼伤视网膜。5.5.眼睛要辨别物体总要把它与背景相对比，物体与背景有差眼睛要辨别物体总要把它与背景相对比，物体与背景有差异才能识别。这种差异有两种：一种是颜色的不同，另一种异才能识别。这种差异有两种：一种是颜色的不同，另一种是亮度的不同。是亮度的不同。4 人眼的视觉人眼的视觉1.2 光的度量基本基本度量单位度量单位1.光通量2.发光强度3.照度4.亮度 5.光源的显色性能 6.色温 1.光度量的方法光的度量主要有两种方法：光的度量主要有两种方法：第一种方法是用辐射度学的物理量来度量。辐射第一种方法是用辐射度学的物理量来度量。辐射度学是纯客观的物理量，不考虑人的视觉。度学是纯客观的物理量，不考虑人的视觉。第二种方法是用光度学的物理量来度量光。它是第二种方法是用光度学的物理量来度量光。它是考虑了人的视觉效果的生理物理量。考虑了人的视觉效果的生理物理量。光谱光效率：在同样环境条件下，辐射通量相同光谱光效率：在同样环境条件下，辐射通量相同时波长不同的光视觉效果是不同的。人们具有最时波长不同的光视觉效果是不同的。人们具有最大视觉效果的波长处光谱光效率为大视觉效果的波长处光谱光效率为 1 1。在明亮条。在明亮条件下件下555nm555nm波长视觉效果最佳，在昏暗条件下波长视觉效果最佳，在昏暗条件下507nm507nm波长视觉效果最佳。波长视觉效果最佳。常用词头符号常用词头符号E E E E 艾艾艾艾101010101 1 1 18 8 8 8a a a a 阿阿阿阿10101010-1 1 1 18 8 8 8P P P P 拍拍拍拍101010101 1 1 15 5 5 5f f f f 飞飞飞飞10101010-1 1 1 15 5 5 5T T T T 太太太太101010101 1 1 12 2 2 2p p p p 皮皮皮皮10101010-1 1 1 12 2 2 2G G G G 吉吉吉吉101010109 9 9 9n n n n 纳纳纳纳10101010-9 9 9 9M M M M 兆兆兆兆101010106 6 6 6 微微微微10101010-6 6 6 6k k k k 千千千千101010103 3 3 3m m m m 豪豪豪豪10101010-3 3 3 3h h h h 百百百百101010102 2 2 2c c c c 厘厘厘厘10101010-2 2 2 2d d d da a a a 十十十十101010101 1 1 1d d d d 分分分分10101010-1 1 1 12.光通量 光光通通量量（luminous flux），光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人产生光感的能量,用符号表示，其单位为流明（lm）。光通量的实质是用眼睛来衡量光的辐射通量，与光辐射的强度及其波长有关。光光效效（lm/W），电光源每消耗1瓦功率所发出的流明数。光效是衡量电光源性能优劣的重要指标，光效越高越好。电光源的普遍发光效率都是不高的，这是因为输入光源的电功率不能全部转化为电磁辐射通量，而电磁辐射通量中又只有一部分落在可见光区的缘故。3.发光强度 光源在某一特定方向上单位立体角内辐射的光通量，称为光源在该方向上的发发光光强强度度（luminous intensity），用符号I表示，单位为坎德拉（cd），简称光强。光强是反映电光源发光强弱程度的物理量。对于向各个方向均匀辐射光通量的光源，其各个方向的发光强度相同，其值为（10.1.1）式中 光源在立体角内所辐射的总光通量；空间立体角，S为相对应的球面积，r为球半径。4.照度 照度（illuminance）是表征被照面上光的强弱的物理量，用受照物体单位面积上的光通量表示。照度的符号为E，单位是勒克斯（lx）。如果光通量均匀地投射到面积为S的表面上，则该表面的光通量为5.亮度 发光体在视线方向单位投影面上的 发 光 强 度 称 为 亮亮 度度（luminace），用符号L表示，单位为cd/m2。图10.1.1所示发光体在视线方向的亮度为:6.光源的显色性能 光源对被照物体颜色显现的性质称为光光源源的的显显色色性性能能。物体的颜色以日光或与日光相当的参考光源照射下的颜色为准。光源的显色性能用被测光源照明时与由参考光源照明时物体颜色相符程度，显显色色指指数数（）来衡量。日光的显色指数为100，白炽灯的显色指数为9799，荧光灯的为7590。显色性显色性显色性显色性7.色温 当光源发射出的光的颜色与黑体（能吸收全部光能的物体）在某一温度时发出的光的颜色相同时，该温度就称为光光源源的色温的色温，符号为T，单位是开尔文（K）。暖色光暖色光 暖色光的色溫在暖色光的色溫在3300K以下，暖色光與白熾燈相近，紅光成分以下，暖色光與白熾燈相近，紅光成分較多，能給人以溫暖，健康，舒適的感受。適用與家庭，住宅，宿舍，較多，能給人以溫暖，健康，舒適的感受。適用與家庭，住宅，宿舍，賓館等場所或溫度比較低的地方。賓館等場所或溫度比較低的地方。冷白色光冷白色光 又叫中性色，它的色溫在又叫中性色，它的色溫在3300K到到5300K之間，中性色由於之間，中性色由於光線柔和，使人有愉快，舒適，安詳的感受。適用與商店，醫院，辦公光線柔和，使人有愉快，舒適，安詳的感受。適用與商店，醫院，辦公室，飯店，餐廳，候車室等場所。室，飯店，餐廳，候車室等場所。冷色光冷色光 又叫日光色，它的色溫在又叫日光色，它的色溫在5300K以上，光源接近自然光，有明以上，光源接近自然光，有明亮的感覺，使人精力集中。適用與辦公室，會議室，教室，繪圖室，設亮的感覺，使人精力集中。適用與辦公室，會議室，教室，繪圖室，設計室，圖書館的閱覽室，展覽櫥窗等場所。計室，圖書館的閱覽室，展覽櫥窗等場所。色温色温国际制度基本单位国际制度基本单位单位单位单位单位 数量数量数量数量 符号符号符号符号 米米米米meter meter 长度长度长度长度lengthlengthmm千克千克千克千克kilogramkilogram质量质量质量质量massmasskgkg秒秒秒秒secondsecond时间时间时间时间timetimes s安培安培安培安培ampereampere电流电流电流电流electric currentelectric currentA A开开开开kelvinkelvin温度温度温度温度temperaturetemperatureK K摩尔摩尔摩尔摩尔molemole数量数量数量数量amount of matteramount of mattermolmol坎德拉坎德拉坎德拉坎德拉candelacandela发光强度发光强度发光强度发光强度luminous intensityluminous intensitycdcd1.3 1.3 照明简史照明简史1 早期照明2 近代照明早期照明早期照明1 1 篝火篝火 始于始于6060万年前猿人发明用火。万年前猿人发明用火。火种来源：火种来源：雷电、火山喷发、陨石坠落等自然现象雷电、火山喷发、陨石坠落等自然现象形成的森林火灾。二十万年前人类发明了摩擦取火。形成的森林火灾。二十万年前人类发明了摩擦取火。2 2 油灯油灯 始于一万年前，经历了没有灯芯的油灯始于一万年前，经历了没有灯芯的油灯发展到了有灯芯的油灯。发展到了有灯芯的油灯。3 3 蜡烛蜡烛 始于始于22002200年前。用凝固的动物油脂内加年前。用凝固的动物油脂内加灯芯制成。为了用于室外照明，给它加了一个挡风灯芯制成。为了用于室外照明，给它加了一个挡风设备形成了灯笼。设备形成了灯笼。4 4 气灯气灯 始于始于1919世纪初。通过煤气燃烧，使钍世纪初。通过煤气燃烧，使钍、铈等金属氧化物制成的纱罩炽热发光。铈等金属氧化物制成的纱罩炽热发光。5 5 近代照明方式都有一个共同的特点近代照明方式都有一个共同的特点-用火。用火。不管形式有多大的改进它们都无法摆脱两个致命不管形式有多大的改进它们都无法摆脱两个致命的缺点：污染空气和容易失火。的缺点：污染空气和容易失火。近代照明近代照明 18081808年英国科学家戴维用通电的碳棒发明了年英国科学家戴维用通电的碳棒发明了炭弧灯。炭弧灯。18791879年爱迪生研制出实用炭丝灯。年爱迪生研制出实用炭丝灯。19091909年美国人柯里奇研制出钨丝灯。年美国人柯里奇研制出钨丝灯。19331933年高压汞灯在荷兰问世。年高压汞灯在荷兰问世。19381938年实用荧光灯研制成功。年实用荧光灯研制成功。19441944年德国制造出了氙灯。年德国制造出了氙灯。19591959年碘钨灯问世。年碘钨灯问世。19611961年美国制造出高压钠灯。年美国制造出高压钠灯。19701970年金属卤化物灯开始使用。年金属卤化物灯开始使用。1.4 常用照明光源与灯具照明光源照明光源照明光源照明光源1.光源的分类光源的分类2.光源的性能及选择光源的性能及选择照明灯具照明灯具照明灯具照明灯具1.灯具的光学特性灯具的光学特性2.灯具的结构灯具的结构3.灯具的选择灯具的选择4.室内灯具的悬挂高度室内灯具的悬挂高度5.灯具的布置灯具的布置照明光源光源的分类光源的分类光源的分类光源的分类 常常用用的的电电光光源源按按发发光光原原理理可可分分为为热热辐辐射射光光源源和和气气体体放电光源两类。放电光源两类。1.1.热热辐辐射射光光源源：利利用用物物体体加加热热时时辐辐射射发发光光的的原原理理所所制制造造的光源。如的光源。如白炽灯、卤钨灯白炽灯、卤钨灯等。等。2.2.气气体体放放电电光光源源：利利用用电电场场作作用用下下气气体体放放电电发发光光的的原原理理所所制制造造的的光光源源。如如荧荧光光灯灯、高高压压汞汞灯灯、高高（低低）压压钠钠灯灯、金属卤化物灯金属卤化物灯和和氙灯氙灯等。等。（1）白炽灯 白炽灯是靠电流加热钨丝到白炽程度引起热辐射发光的,结构见图10.2.1。其特点是构造简单，价格低，显色性好，有高度的集光性，便于光的再分配，使用方便，适于频繁开关。缺点是光效低，使用寿命短，耐振性差。（2）卤钨灯 卤钨灯是利用卤钨循环的原理，在白炽灯中充入微量的卤化物，结构见图10.2.2，白炽灯灯丝蒸发出来的钨和卤元素结合，生成的卤化钨分子扩散到灯丝上重新分解，使钨又回到灯丝上，从而既提高了灯的光效又延长了使用寿命。管形卤钨灯必须水平安装，并且应当与易燃物保持一定距离。卤钨灯的耐震性也较差，不适于在振动较大的场所使用，更不能作为移动式光源来使用。（3）荧光灯 荧光灯是一种低压汞蒸气弧光放电灯，结构如图10.2.3所示，汞蒸气放电时发出可见光和紫外线，紫外线又激励管内壁的荧光粉而发出可见光，两者混合光色接近白色。外荧光灯要与镇流器（或称稳压器）一起使用，将工作电流限制在额定值。荧光灯的优点是光效高，寿命长，显色性好；但需要附件多，不宜用于需要频繁启动的场合。（4）高压汞灯 高压汞灯是低压荧光灯的改进产品，如图10.2.4所示，它的光效约比白炽灯高三倍，寿命也长，启动时无需加热灯丝，故只需镇流器。缺点是显色性差，启动慢，对电压要求较高，也不宜频繁启动。（5）高压钠灯结构见图10.2.5，高压钠灯利用高压钠蒸气放电发光，其辐射光的波长集中在人眼较敏感的区域内。具有照射范围广，寿命长，紫外线辐射少，透雾性好等优点。但显色性差，对电压波动较敏感。（6）金属卤化物灯 金属卤化物灯是在高压汞灯的基础上发展起来的，它克服了高压汞灯显色性差的缺点。在高压汞灯内添加了某些金属卤化物，通过金属卤化物的循环作用，不断向电弧提供金属蒸气，金属原子在电弧中受电弧激发而辐射发光。它具有光色好、光效高、受电压影响小等优点，是目前比较理想的光源。选择适当的金属卤化物并控制相对比例，便可制成各种不同光色的金属卤化物灯。（7）氙灯 氙灯为惰性气体弧光放电灯，高压氙气放电时能产生很强的白光，接近连续光谱，与太阳光十分相似，故有“人造小太阳”之称。氙灯特别适合作广场等大面积场所的照明。（8 8）LEDLED绿色照明灯具绿色照明灯具1 LED1 LED高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管低功耗（单管0.030.03瓦瓦-1-1 瓦）电光功率转换接近瓦）电光功率转换接近100%100%，相，相同照明效果比传统光源节能同照明效果比传统光源节能80%80%以上。以上。2 2 LEDLED长寿命：长寿命：LEDLED光源被称为长寿灯。固体冷光源，环光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5 5万到万到1010万小时，比传统光源寿命长万小时，比传统光源寿命长1010倍以上。倍以上。3 3 LEDLED利环保：利环保：LEDLED是一种绿色光源，环保效益更佳。光是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。LEDLED绿色照明灯具绿色照明灯具光源的性能及选择 各种常用电光源的主要性能见表10.2.1。光源的性能及选择 从表中可以看出，这些性能指标之间有时是相互矛盾的，在选用电光源时l首先应考虑光效高、寿命长l其次再考虑显色指数、启动性能以及其他次要指标l最后综合考虑环境条件、初期投资与年运行费用 光源的性能及选择 选择照明光源时，一般考虑如下因素。（1）对于一般性生产车间、辅助车间、仓库和站房，以及非生产性建筑物、办公楼和宿舍、厂区道路等，优先考虑选用投资低廉的白炽灯和简座日光灯。（2）照明开闭频繁，需要及时点亮、调光和要求显色性好的场所，以及需要防止电磁波干扰的场所，宜采用白炽灯和卤钨灯。（3）对显色性和照度要求较高，视看条件要求较好的场所，宜采用日光色荧光灯、白炽灯和卤钨灯。（4）荧光灯、高压汞灯和高压钠灯的抗振性较好，可用于振动较大的场所。（5）选用光源时还应考虑到照明器的安装高度。白炽灯、荧光灯适宜的悬挂高度为24m，高压汞灯为518m，卤钨灯为624m。对于灯具高挂并需要大面积照明的场所，宜采用金属卤化物灯、高压钠灯和氙灯。（6）在同一场所，当采用的一种光源的光色较差时，可考虑采用两种或多种光源混合照明。光源的性能及选择照明灯具 灯具是灯泡和灯罩的总称。1.灯具的光学特性灯具的光学特性 灯具的光学特性主要体现在光强分布（配光曲线）、遮光角（保护角）和灯具的效率等指标上。照明灯具 （1）配光曲线 灯具在空间各个方向上的光强的分布情况用配光曲线来描述。配光特性是衡量灯具光学特性的重要指标。常见的灯具的配光曲线有正弦分布型、光照型、漫射型、配照型和深照型五种形状,如图10.2.6所示。照明灯具 （2）效率 灯具射出的光通量与光源发出的光通量的比值称为灯具的效率。灯具的效率一般在0.50.9之间，其大小与灯罩材料与形状、光源的中心位置有关。照明灯具 （3）遮光角 遮光角又称为保保护护角角，指的是灯具出光沿口遮蔽光源发光体使之完全看不见的方位与水平线的夹角，如图10.2.7所示。其值一般在1515。3030。之间。2.2.灯具的结构灯具的结构 结构型式结构型式结构特点结构特点开启型开启型光源与外界空间直接接触（无罩）光源与外界空间直接接触（无罩）闭合型闭合型灯罩将光源包起来，但内外空气仍能流通灯罩将光源包起来，但内外空气仍能流通封闭型封闭型灯罩固定处加以一般封闭，内外空气仍可有灯罩固定处加以一般封闭，内外空气仍可有限流通限流通密闭型密闭型灯罩固定处加以严密封闭，内外空气不能流灯罩固定处加以严密封闭，内外空气不能流通通防爆型防爆型灯罩及其固定处和灯具外壳均能承受要求的灯罩及其固定处和灯具外壳均能承受要求的压力，符合压力，符合防爆电气设备制造检验规程防爆电气设备制造检验规程的规定，可用于有爆炸危险性介质的场所的规定，可用于有爆炸危险性介质的场所照明灯具 照明灯具 3.3.灯具的选择灯具的选择 根据被照场所对配光的要求、环境条件和使用特点，合理地选择灯具的光强分布、效率、保护角、类型及造型尺寸等，同时还应考虑灯具的装饰效果和经济性，优先选用配光合理、光效髙、寿命长的灯具。一般生产车间、办公室和公共建筑，多采用半直接型或均匀漫射型灯具，从而获得舒适的视觉效果。在正常工作环境中，宜选用开启型灯具。照明方式和种类照明方式和种类（1）照明方式 u一般照明 在整个场所或场所的某部分照度基本均匀的照明。u局部照明 为照亮某个局部而设置的照明称为局部照明。u混合照明 对于工作位置需要较高照度而对光照方向有特殊要求的场所宜采用混合照明。照明方式和种类照明方式和种类（2）照明种类u工作照明 正常工作时用来保证被照明场所正常工作时具有适合视力条件的照度。u事故照明 用于在工作照明因故障失去后，维持暂时继续工作或安全疏散人员。u值班照明 在非生产时间供值班人员使用的照明称为值班照明。u警卫照明 用于警卫地区周界的照明。u障碍照明 装设在建筑物上作为障碍标志用的照明。照明灯具 4.4.室内灯具的悬挂高度室内灯具的悬挂高度 室内灯具的悬挂高度不宜过高也不宜过低。过高，不能满足工作面上的照度要求且维修不便；过低，则容易碰撞，而且会产生眩光，降低人的视力。GB500341992规定了室内一般照明灯具的最低悬挂高度。照明灯具 5.5.灯具的布置灯具的布置 灯具布置的要求：u首先要保证照度要求，要使光线射向适当、限制眩光阴影。u还应考虑方便、安全、美观、经济等因素。灯具的布置方式l均匀布置l选择布置 照明灯具5.5.灯具的布置灯具的布置