建筑电气照明计算概述.pptx

第五章 照明(zhomng)计算 5.1 平均(pngjn)照度计算5.2 点光源直射照度计算5.3 线光源直射照度计算5.4 面光源直射照度计算5.5 平均(pngjn)亮度计算5.6 不舒适眩光计算第一页，共67页。照度是评价照明的最重要的指标。照度计算目的：根据照明需要及其他已知条件(照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)，决定照明器数量(shling)及电光源容量，确定照明器布置方案。在照明器型式、布置及光源的容量已确定情况下，通过照明计算来定量评价实际场合的照明质量。第二页，共67页。最基本的照度计算主要有点照度计算和平均照度计算。平均照度是以整个被照面为对象，按被照面所得到的光通量除以被照面面积来计算被照面上的照度平均值。平均照度计算方法，即利用系数法；以及简便计算方法，即灯数概算法和单位容量法 平均照度计算方法用于计算平均照度以及所需灯的数量，它适用于灯具布置较均匀(jnyn)、墙和顶棚反射比较高、且无大型设备遮挡的室内一般照明。第三页，共67页。逐点计算(j sun)法，是以被照面上的一点为对象，计算(j sun)不同形状、不同位置的光源在该点产生的直射照度（不考虑反射光通量产生的照度），这种计算(j sun)方法称作逐点计算(j sun)法。内容包括点光源、线光源和面光源的直射照度的基本计算(j sun)公式、实用计算(j sun)公式及简化计算(j sun)公式。适用于房间高大、反射光较少的场所，一般用于验算工作点的照度和被照面照度分布的均匀度。第四页，共67页。平均照度计算法是按照光通量进行照度计算的。它是根据房间的几何形状、照明器数量和类型来确定工作面平均照度的计算法。一、基本计算公式灯具发出的光通量中最后落到工作面上的部分，该值与工作面的面积之比，称为工作面上的平均照度。直射部分：从灯具发出的光通量中直接落到工作面上的部分。间接部分：从灯具发出的光通量经室内(sh ni)表面反射后最后落到工作面上的部分。5.1 平均(pngjn)照度计算第五页，共67页。1、利用系数（Utlization factor）表示照明光源光通量被利用的程度，等于经照明器的照射和墙、顶棚等的反射而投射到工作面上(min shn)的光通量，与房间内所有光源发射出的总光通量之比。对于每个灯具来说，最后落到工作面上(min shn)的光通量与光源发出的额定光通量之比称为光源光通量利用系数(简称利用系数)。第六页，共67页。一、基本计算公式 1、利用系数 式中 利用系数；由灯具发出的最后落到工作面上的光通量；单位：lm；每个灯具中光源额定总光通量，单位：lm。利用系数与照明器的光强分布（配光特性）、照明器的效率、照明器的悬挂(xungu)高度、房间的大小及形状和室内各反射面的反射比等因素有关。第七页，共67页。2、室内平均照度计算(j sun)(利用系数法)N:灯具数 A:工作面积:每个灯具中光源额定(dng)总光通量(lm)K:维护系数 U:利用系数:工作面平均(pngjn)照度(lx)若已知房间特性、照明要求的情况下，计算所需照明器数第八页，共67页。3、维护系数灯具在使用过程中，因光通量的衰减、灯具和房间的污染引起照度下降。建筑照明(zhomng)设计标准：照明(zhomng)装置在使用一定周期后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。维护系数K第九页，共67页。二、利用系数法(一)室形指数(Room Index)用来表示照明房间(fngjin)的几何特征，记作 RI矩形(jxng)房间：正方形房间(fngjin)：圆形房间：h灯具开口平面距工作面的高度，单位为m第十页，共67页。(二)室空间比灯具开口平面(pngmin)：通过灯具光中心的一个水平面(pngmin)；工作平面(pngmin)：人们坐着工作时的平面(pngmin)是离地的水平面(pngmin)；当人站着工作时，把离地的水平面(pngmin)看作工作面。图5-1 房间的空间(kngjin)特征第十一页，共67页。顶棚空间(kngjin)：灯具开口平面到顶棚之间的空间(kngjin)；地面空间(kngjin)：工作面到地面之间的空间(kngjin)；室空间(kngjin)：灯具开口平面到工作面之间的空间(kngjin)。图5-1 房间(fngjin)的空间特征第十二页，共67页。1、室空间(kngjin)比的计算室空间(kngjin)比是用来表示室内空间(kngjin)的比例关系室空间(kngjin)比(Room Coefficient Ratio)顶棚(dngpng)空间比(Ceiling Coefficient Ratio)地板空间比(Floor Coefficient Ratio)hrc-室空间高度hcc-顶棚空间高度hfc-地板空间高度第十三页，共67页。2、有效(yuxio)空间反射比顶棚空间：一部分光被吸收，一部分光经多次反射从灯具开口平面射出。c、cw cc地面空间：地面放置家具、机器，光线也会被吸收、反射。f、fw fc墙面：开窗、开门w aw第十四页，共67页。(1)平均反射比以Ai、分别表示为第i表面(biomin)及其反射比，则由下面公式求出：As-顶棚(或地板)空间内所有表面(biomin)的总面积，单位为m2第十五页，共67页。(2)有效(equivalence)空间(kngjin)反射比eAs顶棚(或地板)空间内所有表面的总面积(min j)，单位为m2A0顶棚(或地板)平面面积(min j)，单位为m2 顶棚(或地板)空间各表面的平均反射比第十六页，共67页。(三)室内平均照度的确定1、确定房间(fngjin)的各特征量计算RI、RCR、CCR、FCR2、确定顶棚空间有效反射比ccc 顶 棚表面 实际 反射比、cw 顶 棚空 间(kngjin)内 墙 面 实际反射比第十七页，共67页。3、确定(qudng)墙面平均反射比wa若用窗面积(min j)与室空间墙的总面积(min j)之比值表示Aw室空间部分包括门窗在内的总面积，单位为m2Ag玻璃窗的面积，单位为m2g 玻璃的反射比，近似(jn s)取w 墙面的实际反射比(没有开门窗)第十八页，共67页。4、确定利用系数U RCR、cc、w(a)查表得出(d ch)U 如果不是表中的整数，用内插法求出U 表中接近RCR的两个数组(RCR1,U1)、(RCR2,U2)第十九页，共67页。5、确定地板空间(kngjin)有效反射比fcf 地面 实际 反射比、fw 地面空 间(kngjin)内 墙 面 实际 反射比第二十页，共67页。6、确定利用系数的修正值 表中利用系数的数值是按fc=20%计算的 如果(rgu)不是表中的整数，用内插法求出 表中接近RCR的两个数组(RCR1,1)、(RCR2,2)7、确定室内平均照度Eav第二十一页，共67页。【例5-1】某办公室，长20m，宽10m，高，顶棚反射比、墙面(qin min)反射比、地面反射比，窗总宽19m、高，采用嵌入顶棚式YG701-3型3管荧光灯照明器照明，每支灯管额定光通量是2000lm，要求满足国际标准的照度，求所需的灯数。第二十二页，共67页。【解】(1)确定室空间比、顶棚空间比、地板(dbn)空间比室空间的高度 hrc=2.75-0.75=2m第二十三页，共67页。(2)确定(qudng)cc、wa、U顶棚空间有效反射比cc窗户面积室空间的墙面积Aw=2hrc(l+w)=22(20+10)=120m2两者比值墙面平均反射比wa=w(1-R)+gR取cc=0.7,，查表得(RCR1,U1)=(1,0.48)、(RCR2,U2)=(2,0.43)利用系数 U=0.455 第二十四页，共67页。(3)确定(qudng)fc、因为(yn wi)fc0.2,取fc=0.3,cc=0.7,wa=查表得(RCR1,1)=(1,1.07)、(RCR2,2)=(2,1.057)第二十五页，共67页。(4)需要照度CIE 推荐(tujin)的大 进 深普通 办 公室平均照度 值是500-750-1000lx，我国普通 办 公室 标 准是100-150-200lx。根据 题 意，并考 虑 到我国国情取Eav=500lx。(5)照明器数 维护 系数取取5 行10 列共50 个照明器，实际 平均照度第二十六页，共67页。(6)验 算距高比行距 列距最大允 许(ynx)距高比 查 得：均大于 实际 距高比，能 满 足照度均匀度的要求。第二十七页，共67页。三、概算曲线与单位容量法(一)概算曲线为简化计算，把利用系数法计算的结果制成曲线，并假设受照面上的平均(pngjn)照度为100lx，求出房间面积与所用灯具数量的关系曲线，该曲线称为概算曲线。这种方法使设计人员计算工作量大为减少，但精度低于通常的利用系数法，常作为照明初步设计时近似计算用。第二十八页，共67页。灯具类型及光源的种类(zhngli)和容量 计算高度hrc(灯具开口平面离工作面的高度)房间面积 房间的顶棚、墙壁、地面的反射比1、应用(yngyng)概算曲线应已知以下条件图5-2 YG1-1型140W荧光灯具的概算(i sun)曲线第二十九页，共67页。2、换算公式 概算曲线是在假设受照面上的平均照度为100lx，维护系数为K的条件下绘制的。实际需要的平均照度为E、实际采用的维护系数为K，实际采用的灯具数量(shling)n n实际采用的灯具数量(shling)N根据概算曲线查得的灯具数量(shling)K实际采用的维护系数 K概算曲线上假设的维护系数(取0.7)E设计所要求的平均照度，单位为lx第三十页，共67页。3、确定平均照度的步骤 确定灯具的计算高度h 室内的面积 根据室内面积、灯具计算高度h，在灯具概算曲线(qxin)上查出灯具的数量。如果计算高度h处于图中h1与h2之间，采用内插法进行计算。用以下公式计算出所需灯具的数量n(或所要求的平均照度E)第三十一页，共67页。(二)单位容量法单位容量法对照明用电量进行估算，即根据不同类型灯具、不同室空间(kngjin)条件，列出“单位面积光通量/(lm/m2)”或“单位面积安装电功率/(W/m2)”的表格，以便查用。单位容量法的依据也是利用系数法，是一种简单的计算方法，只适用于方案设计时的近似估算。第三十二页，共67页。1、光源比功率法 以(W/m2)来表示，指单位面积上照明(zhomng)光源的安装电功率。p光源的比功率，单位为(W/m2)n灯具(dngj)数量PN每个灯具(dngj)的额定功率，单位为WA 房间面积，单位为m2第三十三页，共67页。YG1-1型荧光灯的比功率(gngl)第三十四页，共67页。2、估算光源的安装功率 由已知条件(计算高度、房间面积(min j)、所需平均照度、光源类型)可从表中查出p。受照房间的光源总功率为每盏灯的功率为或灯具数量为第三十五页，共67页。点光源：指圆形发光体的直径小于其至受照面(zho min)垂直距离的1/5，或线形发光体的长度小于照射距离(斜距)的1/4，可视为点光源。点光源直射照度计算的是受照面(zho min)上任一点的照度值。当采用多盏灯照明时，计算点的照度应为各灯对该点所产生照度之和。5.2 点光源直射(zh sh)照度计算第三十六页，共67页。一、逐点计算法(平方反比法)（一）水平面照度计算 点光源S、被照面为N，通过S作N的垂线，垂足为P。点光源S在被照面N上的P点处产生的直射(zh sh)照度称为点光源S的指向平面照度(简称法线照度)，用En表示。图5-4 点光源在水平(shupng)面上的照度第三十七页，共67页。d光源S投向(tu xin)面积元dAn的立体角I光源照射方向的光强，单位为cdl 光源与计算点之间的距离，单位为mh 计算高度，单位为m图5-4 点光源在水平(shupng)面上的照度点光源S垂直投射(tush)到包括P点的指向平面N上，该面单元面积dAn上的光源光通量第三十八页，共67页。水平面照度(zho d)计算公式：被照点P位于水平面H上。点光源S在水平面H上P点产生的直射照度(zho d)就是水平面照度，用Eh表示。cos光线(gungxin)入射角的余弦，其值为h/l图5-4 点光源在水平面上(min shn)的照度第三十九页，共67页。由于灯具的配光曲线是按光源光通量为1000lm 给出的，同时考虑(kol)维护系数K，故水平面照度按下式计算 实际 所采用灯具(dngj)的光源光通量，单 位 为lm第四十页，共67页。（二）垂直面照度(zho d)被照点P位于垂直面V上。点光源S在垂直面V上P点产生的直射照度(zho d)就是垂直面照度(zho d)，用Ev表示。EvlIdPdAvSH面EhohdV面图5-5 点光源在垂直面上的照度(zho d)第四十一页，共67页。点光源直射(zh sh)照度计算公式汇总第四十二页，共67页。（三）任意倾斜面照度(zho d)计算 若 为P点的法线照度(zho d)，在x、y、z三个坐标轴上的分量分别为 式中，、分别为P点法线照度(zho d)矢量与x、y、z轴之间的夹角。第四十三页，共67页。任意倾斜(qngxi)面上照度 完整的计算表达式为 式中 A点的水平照度，lx 倾斜(qngxi)面（背光）与水平面的夹角 灯具在水平面上的投影点至情斜面与水平面的交线的垂直最短距离 灯具至水平面的距离 当角进入arc cos(P/h)范围内时，上式右边第二项取负号。第四十四页，共67页。二、等照度曲线计算法(一)空间等照度曲线 在采用旋转对称配光的灯具的场所(chn su)，若已知 计算高度h 计算点到灯具间的水平距离d从“空间等照度曲线”图查得该点水平面照度值e 计算点处的水平照度Eh水平面照度，单位为lx实际(shj)所采用灯具的光源的总光通量，单位为lmK维护系数e 各灯具产生假设水平照度的总和，单位为lx，可从对应的空间等照度曲线中查得第四十五页，共67页。图5-6 JXD5-2型平圆吸顶灯具1100W的空间(kngjin)等照度曲线e=12lxe=e=第四十六页，共67页。（二）平面相对等照度曲线 适用于具有非对称配光特性的照明器。令光通量为1000lm、维护系数为1、计算高度(god)1m根据计算点的d/h及计算点的平面位置角，可从曲线上查得“相对照度”式中 水平面照度，lx；每个灯具中的总光通量，lm 维护系数；各灯具所产生的相对照度的总合，lx；计算高度(god)，。图5-8 不对称灯具(dngj)示例第四十七页，共67页。【例5-4】有一接待室长，宽，净高，采用JXDS-2平圆吸顶灯6只，房间顶棚(dngpng)的反射比为70%，墙面的平均反射比为50%，求房间内A点桌面上的照度。第四十八页，共67页。【解】方法一:利用配光特性(txng)求解(1)灯2、5对A点产生的照度 查表得 I=79.1cd 方法二:查等照度(zho d)曲线求解按，查空间等照度(zho d)曲线得e=12lx第四十九页，共67页。(2)灯1、6 对A 点产生(chnshng)的照度 查表得 I=65.2cd 查空间(kngjin)等照度曲线得 e第五十页，共67页。(3)灯3、4 对A 点产生(chnshng)的照度 查表得 I=53cd 查空间等照度(zho d)曲线得 e第五十一页，共67页。(4)A 点的实际(shj)照度 第五十二页，共67页。1 平均(pngjn)照度计算第五十三页，共67页。取cc=0.7,wa=，1 平均照度(zho d)计算第五十四页，共67页。fc=0.3,cc=0.7,wa=，1 平均照度(zho d)计算第五十五页，共67页。2 点光源直射照度(zho d)计算h1=180lxh2=120lx图5-7 YG2-2型简式荧光灯照明器平面(pngmin)相对等照度曲线 第五十六页，共67页。2 点光源直射照度(zho d)计算JXD5-2型平圆形吸顶灯配光特性(txng)(1000lm)II I=53cd第五十七页，共67页。5.3 线光源直射(zh sh)照度计算一、线光源的光强分布 1、各种线光源的横向光强分布曲线可用下面公式表示：式中 方向上的光强，cd；在线光源发光面法线方向上的光强，cd；2、任意(rny)线状灯具在通过灯纵轴的各个平面上的光强分 布曲线，可用下面一般形式表示：第五十八页，共67页。实际(shj)应用的各种线光源的纵向光强分布曲线，可利用下列五类理论光强分布曲线来表示。A类：B类：C类：D类：E类：第五十九页，共67页。如图5-14，计算点P的光强以及法线照度为：整个线状光源(gungyun)在点P处产生的法线照度 和水平照度 为：二、连续(linx)线光源的照度计算第六十页，共67页。三、被照点在不同(b tn)情况下的计算1、计算点不在线光源端部的照度计算 如图5-16所示计算点位于P1或P2点，则照度可利用(lyng)如下关系式进行计算：2、断续线状光源的计算第六十一页，共67页。5.4 面光源直射照度(zho d)计算一、等亮度面光源的照度计算 1、基本公式：由 产生的 P 点的水平照度为 对于多边形光源，可近似(jn s)表达为 L 多边形的边数；第条边对点处所张的夹角，rad；第条边和点组成的三角形与受照面所形成的夹角,rad；E面光源亮度值，。第六十二页，共67页。2、矩形光源(gungyun)（1）被照点在光源(gungyun)顶点向下作的垂线上P 点的水平照度 P 点垂直照度（2）被照点在光源(gungyun)顶点向下作的垂线以外的地方，则P点水平照度第六十三页，共67页。二、面光源计算(j sun)举例 例4：如图7-32所示，某办公室平面尺寸，净高，在顶棚正中布置一个发光顶棚，发光顶棚亮度均匀、亮度值为，尺寸为。求房间中心地面上P 1、P 2点处的初始水平(shupng)照度值(不考虑室内反射光)。（1）求房间中心点P1处的水平(shupng)照度 对于矩形A：从图7-30查出形状因素 故第六十四页，共67页。（2）求P 2点的水平照度(zho d)从图7-30中查出形状因素 故第六十五页，共67页。5.5 平均(pngjn)亮度计算一、顶棚(dngpng)空间平均亮度 可用下式求出：二、墙壁初始初始平均亮度 可用下式求出：三、墙面的平均亮度 可用下式求出：第六十六页，共67页。不舒适(shsh)眩光计算统一眩光评价系统(UGR)的基本公式为式中 眩光源(gungyun)亮度，；背景亮度，；眩光源(gungyun)的立体角，；位置系数 第六十七页，共67页。