室内设计照明设计基础知识-精课件.ppt
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1、照照 明明 设设 计计 基基 础础 知知 识识李 军780nm什么是光?电磁波 可见光 380nm光是特定频率区间的电磁辐射 人眼视觉特性 眼睛是一个构造极其复杂的器官,它的正前方的一小部分是有弹性的透明组织,称为角膜,光线从这里进入眼内;其余部分为白色不透明组织,称为巩膜;巩膜里面有一层虹膜,起着遮光作用;虹膜随不同种族有不同颜色,如黑色、蓝色、褐色等;在虹膜中间有一圆孔称为瞳孔;瞳孔的大小可通过虹膜的环状肌来调节,它可以控制进入眼睛内部的光通量,起着照相机中光圈的作用。眼球内层的视网膜由大量的感光细胞组成。当光线通过瞳孔、晶状体和玻璃状液体聚焦在视网膜上时,感光细胞受到光刺激而发生电化学过
2、程,其发出的生物电脉冲,经视神经传入大脑的视神经中枢形成视觉。视网膜上的感光细胞分为锥状细胞和杆状细胞两种。锥状细胞在正常光照条件下起作用,其既能分辨光线的强弱而形成明暗感觉,也能分辨光线的色彩,这被称为人眼的明视觉状态。杆状细胞灵敏度高,在微弱的光照环境下由它负责工作。但是,杆状细胞只有明暗的光感而无法分辨色彩,这就是为什么在夜晚微弱的光线下,人只能看到物体黑白的影像而看不出物体颜色的原因;人眼的这种状态是暗视觉状态。人眼对不同波长的光线灵敏度不同。简单地说,可见光范围内不同波长的光,在人眼里会呈现不同的颜色;现在即使让它们辐射功率相同,人感觉这些彩色光也不一样亮。经测试人眼对黄绿光最敏感,
3、在辐射功率相同条件下感到黄绿色光最亮,而蓝、紫色光和红光则感到很暗。眼球截面简图明视觉曲线&暗视觉曲线 暗视觉曲线 20lux光源的基本评价参数之一 光通量(流明输出):是基于人眼的明视觉曲线得来的。光的单位 流明(lumen)流明:光通量的国际单位,表示光的量的单位。是评价光源的主要性能参数之一。例(参考光源样本)一个100W白炽灯的光通量1350流明左右 一支18W三基色荧光灯的光通量1350流明左右 一个20W电子节能灯的光通量1250流明左右 一个20W陶瓷金卤灯的光通量1700流明左右 一个400W高压钠灯的光通量50000流明左右 380780波长(nm)流明是怎么来的?视觉曲线
4、人眼的视觉灵敏度 相对灵敏度发光强度(光强)为了表示光源在空间各个方向上发出的光通量的不均匀性,而提出发光强度的概念。发光强度是光源发出光通量的空间角密度。发光强度的单位是cd(坎德拉),在国际单位制(SI)中是一个基本单位。定义为:辐射频率为5401012HZ(波长是555nm)的单色光源,在某方向上的辐射强度为1/683(W/sr)时,则此方向上的发光强度是1cd。空间中有一个点光源P向四周发出光线,从P向某个方向取立体角d,在此角内的光通量为dV,则两者之比为此方向上的发光强度IV,即:整个球面对球心所张的立体角为4。(光)亮度 具有一定面积的广光源,其上各处的发光强度可能是不同的,向各
5、个方向辐射的特性也是不一样的,为此引入光强面密度的概念。在发光体上取面积dS,在与此面法线成角的方向上观视,这个方向上的亮度LV定义为:在此方向上的光强I与面积dS在该方向上的投影dS之比。即:dS也就是人眼在这个方向上看到的dS的大小。亮度的国际单位是cd/m2(坎德拉/平方米)。(光)照度 照度用于衡量光照射在某个面上的强弱,用被照面上光通量的面密度表示之,即:式中:EV 照度;dS被照面上的圆面积;dV圆面积上得到的光通量。照度阳光直射阴天办公室家居月光应急照明 200,000 LuxLux 5,000 LuxLux 500 LuxLux 100 LuxLux 1 LuxLux 0.1
6、LuxLux 显色性/显色指数 显色指数是衡量光源显现物体真实颜色的能力的参数,显色指数越高(0100)的光源对颜色的表现越好(越接近自然原色)。石英金卤灯 Ra6570Ra6570陶瓷金卤灯 Ra92Ra92 色 温 色温是衡量光源发出的光的光色冷暖的指标。单位为开尔文(K)K)。色温高则光色偏冷,色温低则光色偏暖。色温是以绝对温度K K来表示的,当一标准黑体被加热时,随着温度的升高,其颜色由深红至浅红至橙黄至白至蓝白至蓝色变化,利用黑体这一特征,当某光源的光色与黑体的某一温度下的光色相同时,我们将黑体的温度称为该光源的色温。3500K4100K3000K暖色 5000K冷色 色表分组色表特
7、征相关色温/K适用场所举例暖3300客房、卧室、病房、酒吧、餐厅中间33005300办公室、教室、阅览室、诊室、检验室、机加工车间、仪表装配冷5300热加工车间、高照度场所用色温可以把光源按人的不同色调感觉分为三类。眩 光 由于视野(当头和眼睛都不动时,人能看到的空间范围)中的亮度范围或者亮度分布不均匀,或存在极端的对比,以至引起不舒适的感觉或者降低观察细节部分及目标的能力的视觉现象,称为眩光。眩光是人的视觉特性,它受制于环境因素,而由人眼的生理特点所决定。人眼睛能感觉到从百分之几一直到几百万cd/m2如此宽的亮度范围,这是由人眼的瞳孔和视神经细胞共同调节完成的。但是,人眼并不能同时“看”到这
8、么大的亮度范围。当人眼适应了环境的平均亮度以后,能分辨的亮度范围比较有限。在平均亮度适当的情况下,可以区分的最小亮度与最大亮度之比大约是在1:1000左右;低平均亮度条件下,则可能只达到1:10。超过视觉范围的亮度,人眼不能辨别;也就是眼睛看上去会一样的亮或者一样的黑。空间上或时间上亮度分布不均匀的背景,会造成视觉的掩盖现象。即在背景有亮度突变处,人的可见度阈值(人在某个背景亮度下能察觉的最小亮度变化)将增大。并且,在亮度突变处的对比度越大,可见度阈值越大。那么,在人的视野里如果出现对比较大的光线,就会影响人的可见度。眩光包括不舒适眩光和失能眩光两种,两者的形成机理并不相同。不舒适眩光:即产生
9、不舒适感觉,但不一定降低视觉对象的可见度的眩光。失能眩光:是降低了对象的可见度,但不一定产生不舒适感觉的眩光。1890 “钨丝”时代 1940 “气体放电”时代 2000“固体”发光时代 1879 白炽灯 1911 1911 钨丝灯 1925 内磨砂灯泡 1930 照相闪光灯 1934 高压汞灯 1938 荧光灯 1939194519491959 密封汽车头灯 环形荧光灯 柔白灯泡 卤钨灯 1961 高压钠灯 1962 发光二极管(LED)LED)1965 Mul1965 Multi-Vaporti-Vapor金卤灯 197419741975节能荧光灯 MR16MR16198619861989
10、19901991199119921992199419961997 BiaxBiax高效荧光灯家用 HIRHIR卤钨PARPAR灯 2D D灯 均匀恒色冷光杯 BiaxBiax 高效节能灯 GenuraGenura无极灯 ConstantColorConstantColor陶瓷金卤灯 StarCoatStarCoat荧光灯 1998199819992000200020012001200220022003 EcoluxEcolux低汞技术 三部件陶瓷金卤灯电弧管 PulseArcPulseArc金卤灯 白色发光二极管(UVUV)StayBrightStayBright金卤灯 投影仪灯 Reveal
11、Reveal钕玻璃白炽灯 250250瓦和400瓦陶瓷金卤灯 UltraMaxUltraMax荧光灯镇流器28W W高效荧光灯(GEGE)照明的发明史1.4 流明/瓦 40小时150 流明/瓦 10万小时 客户需求 节能 寿命 光的质量 灯的分类热辐射光源 白炽灯 卤钨灯 气体放电光源 荧光灯/节能灯(低气压汞放电)低压钠灯(低气压钠放电)高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯/陶瓷金卤灯 发光二极管 LEDLED OLEDOLED1白炽灯白炽灯是通过用电来加热玻璃壳内的灯丝,使其发光的光源。由灯头、玻璃外壳、灯芯柱、引线、灯丝等部分组成。白炽灯结构图 实用白炽灯自爱迪生1879年发明以来,历经改进
12、,现在仍然是广泛使用的电光源之一。由于是热辐射光源,所以光谱功率连续分布;显色性好,显色指数唯一可以达到100的电光源;色温一般在24002900K,属于低色温光源;白炽灯的功率因数接近于1,可以瞬时点亮,没有频闪;因为构造简单,所以易于制造,价格便宜。白炽灯的另一个特点是:它的光通量、发光效率和使用寿命会受到电源电压的巨大影响。从图上能看出,光通量和电压正向变化,可以很方便的利用白炽灯的这种特点,构成调光灯。但是,白炽灯的发光效率低,由于辐射集中于红外线区,大致只有2%3%的电能转化为可见光。它的平均寿命通常只有1000小时左右。并且,白炽灯不耐震。2卤钨灯 灯泡内充入的气体中含有卤族元素(
13、氟、氯、溴、碘)或者卤化物的热辐射光源叫做卤钨灯。卤钨灯能够实现钨的再生循环,从而大大减小钨丝的蒸发量。卤钨灯作为白炽灯的改进,除了兼有白炽灯的特点之外,还具有体积小,功率大,亮度高,色温稳定,良好的灯丝稳定性和抗震性,优于白炽灯的光效和寿命等。不过,卤钨灯的灯管温度很高,在两百多度以上,需要用耐高温的石英玻璃。卤钨灯广泛应用于电影、电视的拍摄现场,演播室,舞台,展示厅,商业橱窗,汽车,飞机等的照明。3荧光灯 荧光灯是利用放电而产生的紫外线激发灯管内荧光粉,使其发光的放电灯。它属于一种低气压的汞蒸汽放电灯。荧光灯同白炽灯相比使用的寿命长(荧光灯的寿命是指每三个小时开关一次,每天开关八次,许多灯
14、同时点燃,当其中50%报废的时间),能达到10000小时以上。发光效率也高,其发出的可见光可以达到输入能量的26%左右。荧光灯的表面亮度较低,大约在104cd/m2,照明柔和,眩光影响小;色温接近于白天的自然光,显色性好。按形状分为直管、环管、和紧凑型荧光灯,其中光源电器一体的紧凑型荧光灯又被通常称为节能灯。荧光灯常用于办公场所照明,教学场所照明,商场照明,住宅照明等等需要长时间使用的、需要营造舒适的自然光照条件的环境。荧光灯外形结构分类4.荧光高压汞灯 又叫高压水银荧光灯,属于一种高强度的气体放电灯(HID),成本较低,发光效率高,省电,一般寿命较长,抗震性能好。但有明显的频闪,而且此灯色温
15、虽接近日光,但显色性差;点燃时灯光看上去是白色,照射下的景物却泛青绿色,不能很好地还原色彩。荧光高压汞灯的功率在25W1000W,常用于道路、广场、车站、码头、企业厂房内外照明等。5金属卤化物灯 简称金卤灯,此灯是在高压汞灯的基础上发展起来的,结构与其相似。不同的是放电管中除了汞和稀有气体之外,还加入了金属(钠、铊、铟、镝、钪、锡等)的卤化物。灯通电后放电管内的物质在高温下分解,产生金属蒸汽和汞蒸汽,灯的光辐射由它们放电电离共同激发产生。金属原子激发出的光谱线弥补了汞光谱线的不足,增加了红光的成分。金属卤化物灯在可见光范围内辐射比较均匀,显色性比荧光高压汞灯好,显色指数在65以上,高的能达到9
16、0。灯的发光效率也比荧光高压汞灯高,节能效果显著。但寿命要低于荧光高压汞灯。金属卤化物灯的使用前景很广阔,现在开展的绿色照明工程正逐步计划用金属卤化物灯替代荧光高压汞灯。它适合于显色性要求高的照明场所,可以作为聚光灯用在电视拍摄现场,演播室。6钠灯(1)高压钠灯:也属于高强度的气体放电灯,钠蒸汽的压强能达到104Pa。高压钠灯的光辐射由于钠原子激发的原因在589nm附近有一个很高的峰值,恰巧处于人眼最敏感的区域,发光效率很高,可达到140lm/W,是荧光高压汞灯的两倍,节能效果非常显著。灯的寿命能达到 26000小时。普通高压钠灯色温低,发出金黄色的光,透雾性好;灯的紫外线辐射量低,只占总辐射
17、的1%左右,不易招惹飞虫,适合用于室外,尤其是道路照明。(2)低压钠灯:低压钠灯的发光效率是日常使用光源中最高的,达到150lm/W。在放电稳定时放电管内钠蒸汽的压强为0.11.5Pa。低压钠灯通电后主要发出单一的589nm波长的黄光,显色性很差,适用于道路照明。7氙灯氙灯属于HID灯,在耐高温、高压的石英玻璃内充入高压氙气,通电后弧光放电产生强烈的白光。其辐射光的波长范围广,可见光范围内光谱连续,在使用惰性气体的放电灯中最接近日光,色温在6000K左右,显色指数95。氙灯具有超高的亮度,超宽的功率范围。广泛用于探照灯,舞台追光灯,电影放映,电影、电视、幻灯投影,飞机、船舶、机车、汽车照明,照
18、相制板、摄影、光学仪器照明等。氙灯能瞬间点燃,没有灯丝,所以耐震,适应温度的能力强,在寿命时间内工作稳定,光色特性不变;但寿命短,一般在5001000小时,需要触发器在高频高压下启动,价格较高。8LEDLED是“light emitting diode”的英文缩写。中文名:发光二极管。LED是一种固体电致发光(EL)半导体器件。LED实质性核心结构是由元素谱中的-族或-族化合物材料构成的p-n结。1907年,Henry Joseph Round在观测金刚砂(SiC)电致发光的现象时,初次观察到了无机半导体的发光现象。但因为无机半导体发出的黄 光太过暗淡,他很快就放弃了这方面的研究。到20世纪2
19、0年代,德国科学家O.W.LOSSOW在研究SiC检波器时,再次观察到这种现象,但当时受到材料制备和器件工艺水平的限制,没有被迅速利用。1962年,GE公司Nick Holonyak带领的一个团队成功演示出第一个 红光GaAsP发光二极管,仅6年后,Monsanto(孟山都)研发的指示灯 以及Hewlett-Packard(IBM)研发的电子显示屏就将商业化LED推 向了市场。1965年仅0.1LM/W,指示灯 1968年,人们通过N掺杂工艺,使GaAsP LED的发光效率达到 1lm/w,并出现了橙色光和黄色光。真正具有了商业价值。到20世纪80年代,使用AlGaAs(砷镓化铝)的第一代超亮
20、LED诞生。产品首先是红色、然后是黄色,最后是绿色。应用领域多 到20世纪90年代,日本东芝公司和美国的HP公司,先后研发成功 双异质结与多量子阱结构的橙色和黄色InGaAlP(铟镓铝化磷)的组 合又被用来生产超亮红色、桔色、黄色及绿色LED.20世纪90年代中期,日本的日亚(NICHIA)公司和美国的CREE公司,分别在蓝宝石和SIC衬底上成功研发了超亮蓝光GaN(氮化镓)LED,高亮度绿光、紫光及蓝光InGaN(氮化铟镓)LED随后也研发成功。LED与传统光源的区别高效率:发光效率高,一个两瓦的LED灯相当于一个15瓦的普通白炽灯灯泡的照明效果;寿命长:LED灯最长可达100000小时;L
21、ED半衰减期可达50000小时以上低耗电:比同光效的白炽灯最多可节省百分之七十;低故障:LED是半导体元件,与白炽灯和电子节能灯相比,没有真空器件和高压触发电路等敏感部件,故障极低,可以免维修;绿色、环保:单色性好,LED光谱集中,没有多余红外、紫外等光谱,热量、辐射很少,对被照物产生影响少。而且不含汞有害物质,废弃物可回收,没有污染;方向性强:平面发光,方向性强。它与点光源白炽灯不同,视角度180,设计时一定要注意和利用LED光源有不同的视角度和不能大于180的特点;快响应:响应时间短,只有60ns,启动十分迅速;白炽灯是毫秒数量级;低电压:驱动电压低,工作电压为直流,安全;小体积:体积小、
22、重量轻。利用其特点可设计又薄、又轻、又紧凑的各种式样的灯具;背光源产品;多色彩:LED色彩鲜艳丰富。不同的半导体材料,不同颜色的光。颜色饱和度达到130%全彩色不同光色的组合变化多端,利用时序控制电路,更能达到丰富多彩的动态变化效果;控制方便:只要调整电流,就可以随意调光,使灯光更加清晰柔和让人感觉更加舒服。白光LED指标 光通量:一个5 LED的光通量仅为1lm左右,而用作照明的 白光功率LED希望达到1Klm。由于15W白炽灯效率较低,仅 8lm/w,所以一个15W白炽灯的光通量,与25lm/w的白光功 率LED5W器件相当。发光效率:目前产业化产品已从 15lm/w提高到100lm/w以
23、上。色温:在 2500K-10000K之间,最好是2500K-5000K之间。显色指数 Ra 最好是100。目前可以达到85。稳定性:波长和光通量均要求保持稳定,但其稳定性程度依照明场合的需求而定。寿命:5万小时至10万小时(理想环境温度等工作条件)。020100残存率%10080604020040 60 80%额定寿命 额定/平均寿命 足够数量的灯在标准状态下点燃,当其中的50%失效,50%还能继续工作时,其累计工作时间就定义为额定平均寿命。常用光源寿命比较 04812162024(K小时)光效:流明/瓦 光源消耗每瓦电能发出的光,即光源将电能020406080100120140 16018
24、0(lm/W)常用光源光效比较 转化为可见光的效率 可见光 电能 4%4%其它维护费用 8%照明成本照明成本的组成 灯泡费用例:一个100W W白炽灯的照明总成本是多少?照明总成本灯泡成本电费其它(如安装劳动力成本)2元0.1KWKW1000H1000H0.600.60元/KWHKWH0 0(假设其它成本为零)6262元,可见灯泡成本只占照明总成本的不到4。一个23W W的节能灯呢?(同样的照明水平,8000小时寿命)照明总成本灯泡成本电费其它(如安装劳动力成本)25元0.023KWKW8000H8000H0.600.60元/KWHKWH0 0(假设其它成本为零)135.40元 在整个节能灯寿
25、命期间,可以节省628135.4360.60元 0%0%0 02020404060608080100%100%流明维持率 光输出/流明 100%100%80%80%60%60%40%40%20%20%燃点时间 平均流明:荧光灯、紧凑型荧光灯40平均寿命时的流明输出 金卤灯40平均寿命时 高压钠灯、高压汞灯50平均寿命时 电光源名称白炽灯卤钨灯荧光灯荧光高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯额定功率范围/W1015002050005200501000351000353500-1光效/lmW6.5251430308732556014052130平均寿命/h10001500150020002500800010
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- 室内设计 照明设计 基础知识 课件
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