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1、光源与（照明）设计基础光源与（照明）设计基础复旦大学复旦大学周太明周太明（室内照明设计国际培训班）（室内照明设计国际培训班）照明好坏的判据照明好坏的判据v照明水平（照度）照明水平（照度）v视场中的亮度分布视场中的亮度分布v眩光的防护眩光的防护v光的空间分布光的空间分布v色温和显色性能色温和显色性能可见光部分的波长范围为380780nm.由单一波长组成的光称为单色光,不同的单色光有不同的颜色.波长的单位是 nm 或mm1nm(纳米)=10-9m(米);1mm(微米)=10-6m(米)630780 红光600630 橙光566600 黄光500566 绿光435500 蓝/青光380435 紫光辐
2、射和光辐射和光-可见光nm400450400450550600650700750500500550600650700750nm汞和太阳的可见辐射光谱汞和太阳的可见辐射光谱光源的四个发展阶段光源的四个发展阶段 1 2 3 4普通白炽灯普通白炽灯白炽灯是根据热辐射原理制成的白炽灯的主要部件为灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头卤钨灯卤钨灯w光产生原理与白炽灯一致w填充气体：添加卤素 (溴化物形式)w耐高温的石英玻璃 w减少灯丝的蒸发率，增加灯的寿命w无泡壳黑化现象，光衰减少卤钨灯的类型卤钨灯的类型低电压型:MR型卤钨灯是低电压型卤钨灯的代表,它由灯泡和反射镜封在一 起,抛物面是由玻璃压制而成,内表面涂
3、多层介质膜,卤钨灯的可见光被反射 到需要照明的物体上,而所发射的红外线绝大部分透过反射镜被滤掉了MR型卤钨灯型卤钨灯气体放电气体放电气体放电灯气体放电灯气体放电灯的结构示意图B为泡壳,A和C为电极,G为填充气体A为阳极,C为阴极放电灯工作电路示意图荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内的低气压汞蒸气放电将60%左右的输入电能转变成波长为的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极荧光灯的工作原理气体放电灯的负伏安特性气体放电灯的负伏安特性负阻特性 限流装置限流装置-补偿
4、负阻特性 启动装置启动装置-克服启动时气体较冷条件下的高电阻荧光灯附件电气附件电气附件镇流器和启辉器镇流器和启辉器细管径荧光灯荧光灯细管径荧光灯荧光灯近来荧光灯的细管近来荧光灯的细管径化开发日趋活跃，径化开发日趋活跃，除现已大量生产上除现已大量生产上市的市的T8(26mm)灯灯外，又先后研制了外，又先后研制了T5(16，5mm)、T2(7mm)的超细管的超细管径荧光灯。径荧光灯。T8直管荧光灯的典型参数直管荧光灯的典型参数型型 号号功功 率率色温色温（K）显显色指数色指数（Ra）光通量光通量（lm）长长度度（mm）TLD36W/29TLD36W/33TLD36W/54TLD36W/827TLD
5、36W/840TLD36W/865TLD36W/930TLD36W/940TLD36W/965TLD32W/830HFTLD32W/840HF3636363636363636363232290041006200270040006500300040006500300040005163728585859595968585285028502500335033503250235023502300320032001213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.6 飞利浦飞利浦TL5系列荧光灯参数系列荧光灯参数灯管型号灯管型
6、号光色代光色代码码光通量光通量（lm）光效光效（lmW-1）灯灯电压电压（V）灯灯电电流流（mA）直径直径（mm）长长度度（mm）灯灯头头TL5 14W/8271350968417017.0563.2G5/830135096/835135096/840135096/850130093/865125089TL5 21W/827210010012317017.0863.2G5/8302100100/8352100100/8402100100/850200095/865195093TL5 28W/827290010416617017.01163.2G5/8302900104/8352900104/8
7、402900104/8502800100/865270096TL5 35W/827365010420517017.01463.2G5/8303650104/8353650104/8403650104/8503500100/865340097CFL荧光灯的主要类型荧光灯的主要类型紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯:分为一体化(I)和非一体化(NI)两种类型各种紧凑型荧光灯形状不尽相同,有U形、H形、P形、螺旋型等等,但其结构原理和性能是大同小异的高压钠灯高压钠灯金属卤化物灯的主要部件金属卤化物灯的主要部件电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头单泡壳双端型单泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳单端型双泡壳单
8、端型陶瓷电弧管金属卤化物灯陶瓷电弧管金属卤化物灯 金属卤化物灯的主要类型金属卤化物灯的主要类型陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长陶瓷金卤灯性能改进陶瓷金卤灯性能改进光效光效m/W石英管MHW陶瓷管金卤灯白钠灯卤钨灯白炽灯光效光色颜色特性(CRI+光色稳定性+光色评估)利浦直管利浦直管单单端陶瓷金属端陶瓷金属卤卤化物灯的参数化物灯的参数标标称功称功率率（W）泡壳形泡壳形状状工作工作电电流流（A）电电弧弧长长度度（mm）额额定平定平均寿命均寿命（h）额额定初定初始光通始光通量量（lm）平均光平均光通量通量（lm）相关色相关
9、色温温（K）显显色指色指数数39T-60.535.012,0003400260030008170T-60.987.012,0006600520030008170T-60.987.012,00066005280400092150T-61.89.012,00014,00010,800300085150T-61.89.0600012,70010,160400096 利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱 左边左边3000K，显色指数，显色指数8285；右边；右边4000K，显色指数，显色指数9093LUXEON STAR单色光LED的应用举例trafficsignalvideo scr
10、eenvideo screenAutomotivebrake/tailturn/markerInGaNAlInGaPAlInGaPAlInGaPAlInGaPInGaNInGaN10-Mar-9929白光白光LED灯的寿命灯的寿命技术寿命:灯点燃到不能工作的时间。平均寿命:在测试当中，50%的灯不能工作时所点燃的时间。经济寿命:当综合光输出下降到某一百分比时所点燃的时间(室外70%,室内80%是可接受的数据)灯的寿命灯的寿命灯寿命灯寿命:下图为下图为TL84系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对关系关系常用照明电光源的主要特性比较常用照明电光源的主要特性比较光
11、源种类普通照明白炽灯管形、单端卤钨灯低压卤钨灯直管形荧光灯紧凑型荧兴灯荧光高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯额定功率范围（W）10150060500020754200555501000351000353500光效（lm/W）7.3251430143060100448732556414052130平均寿命（h）1000200015002000150020008000150005000100001000020000120002400030010000亮度（cd/m2）107108-104(510)104-105（68）106（57）106显色指数（Ra）9599959970958030602385609
12、0相关色温（K）2400290028003300250065002500650055001900280030006500启动稳定时间（min）瞬时14s10s或快速48410再启动时间（min）瞬时14s10s或快速51010151015闪烁不明显普通管明显，高频管不明显明显电压变化对光通输出的影响大较大较大大较大环境温度变化对光通输出的影响小大较小耐震性能较差较好好较好好是否有附件无有有注：光效为不含镇流器损耗时的数据。指发光体的平均亮度。电感式镇流器。电子式镇流器。一体化紧凑型荧光灯可视为“无附件”。随着制灯技术的发展，这些参数都会变化，这里是2000年数据。光度量及其单位光度量及其单位光
13、源光源光通量光通量(流明流明)光强光强(坎德拉坎德拉)眼睛眼睛亮度亮度(坎坎/平方米平方米)照度照度(勒克斯勒克斯)从光源到眼睛从光源到眼睛光度量及其单位光度量及其单位光通量光通量:(Luminous Flux)-光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量,以F表示.单位:流明(lm)例如例如:当发出波长为 555nm绿色光的单色光源,其辐射功率为1W时,则它所发出的光通量为683lm光度量及其单位光度量及其单位-光通量光通量所谓发光效率(简称光效)是指一个光源(一般指照明用电光源)所发出的光通量F与该光源所消耗的电功率P之比:h=F/P 光效(lm/W)光源 200低压钠灯 130高压钠灯 1
14、00/80荧光灯 90金卤灯 85CFL 70标准荧光灯 65汞灯 25卤钨灯 15 白炽灯光度量及其单位光度量及其单位-发光效率光强度光强度:(Luminous Intensity)光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向上的光强度(简称光强),以 I 表示.单位:坎德拉(cd)光度量及其单位光度量及其单位-光强度光强度 d 球面度球面度 d 流明流明 I=光通量光通量立体角立体角=照度照度流流明明面积面积(m2)单位面积接受到的光通量单位面积接受到的光通量单位单位:勒克斯勒克斯lx符号符号:E光度量及其单位光度量及其单位-光照度光照度 流明流明 x(设计系数设计系数)面积
15、面积E=100 000 LUX10 000 LUX对各种场所或活动形式的推荐照度值对各种场所或活动形式的推荐照度值光亮度光亮度:(Luminance)光源在某一方向的光亮度(简称亮度)是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量.以L表示.L(亮度亮度)=d I/d S cosq q单位:坎/平方米(cd/m2),它直接影响人眼的主观感觉它直接影响人眼的主观感觉.照照度一定时度一定时,物体的反射率越大物体的反射率越大,亮亮度越高度越高:L=k E对余弦辐射体对余弦辐射体,M=p=p L光度量及其单位光度量及其单位-光亮度光亮度某些实际例子某些实际例子光度量及其单位光度量及其单位-光亮
16、度光亮度作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低,但不低于其但不低于其1/3:当照度为5001000lx时:作业区墙壁的亮度应为-2,其反射率为作业区天棚壁的亮度应为-2,但不能大于-2室内照明的亮度分布室内照明的亮度分布空间的亮度分布光度量及其单位光度量及其单位-相互关系相互关系_只对余弦辐射体只对余弦辐射体色温和显色性色温和显色性 色温(Tc)简单地说是用黑体的开氏温度(单位K)表示光源的颜色.开氏温度为摄氏温度加上273例如:2700K 烛光色3000K 暖白色3500K 白色4000K 冷白色5000K 日光色6500K 冷日光色色温的含义和相关色温
17、色温的含义和相关色温2700K炽白色3000K暖白色3500K白色4000K冷白色5000K日光色6500K冷日光色色温色温(Tc)色温和照度色温和照度低照度暖色高照度冷色白天补充自然光高色温转播特殊要求 色温和色表色温和色表色温和色表及其照度的关系色温和色表及其照度的关系色表色表:人眼直接观察光源时看到的颜色.用色坐标、色温等参数来描述.为产生舒适的照明照度与光源色温的关系色温和照度的关系色温和照度的关系显色性显色性显色指数显色指数:反映被照物体颜色的真实度.用8种标准试验色(1-8)比较待测光源的显色和太阳光下的显色差异度的平均值称为平均显色指数Ra.特殊显色指数:如R912分别表示红,黄
18、,绿,蓝标准色彩;R13表示皮肤色；R14表示植物色.显色性是指光源的光照射到物体上产生的客观效果,评价显色性的方法:光谱带法,试验色法.1357911132468101214计算显色指数的色板计算显色指数的色板nm400450400450550600650700750500500550600650700750nm汞和太阳的可见辐射光谱低压钠灯的低压钠灯的光谱分布光谱分布眩光的防止与立体感的表现眩光的防止与立体感的表现 IlluminanceLuminance空间的光分布决定了视觉光环境空间的光分布决定了视觉光环境视觉光环境视觉光环境-眩眩 光光眩光的种类和定义眩光的种类和定义:眩光眩光:当视
19、场中某光源或物体的亮度比眼睛已适应的亮度大得多时,人就会有眩目的感觉,此现象称为眩光.眩光分为不舒适眩光不舒适眩光和和失能眩光失能眩光.不舒适眩光不舒适眩光:造成不舒适感觉的眩光.失能眩光失能眩光:造成可见度下降的眩光.眩光来源有直接眩光直接眩光-由观察者视场中的明亮的发光体(如灯具)引起的眩光和和间接眩光间接眩光-观察者在光泽表面中看到发光体的像时产生的眩光注意:眩光相当于使背景亮度增加,对比度下降水的反射眩光水的反射眩光灯具的直接眩光灯具的直接眩光反射眩光和直接眩光反射眩光和直接眩光视觉光环境视觉光环境-眩眩 光光眩光的分级眩光的分级:根据作业和活动的种类决定防止眩光遮光器防止眩光遮光器保
20、护角保护角:在过灯具开口面的水平线和刚能看到光源发光部的视线之间的夹角a;对于磨砂泡或有荧光粉涂层的灯,整个灯是发光体;对于透明泡壳,钨丝或电弧管才是发光体截光角截光角:与保护角互余,指水平线和视线之间的夹角b对最小保护角的要求对最小保护角的要求视觉光环境视觉光环境-眩眩 光光视觉光环境视觉光环境-眩光的控制眩光的控制眩光的控制眩光的控制:眩光敏感观察区眩光敏感观察区:偏离垂直方向450g的角度范围,角度g为:g=arc tan(a/hs)式中hs 为灯具在观察者眼睛上方的高度,a为最远观察者到最远灯具的距离,g的最大值为850控制眩光的方式控制眩光的方式:适当的灯具保护角合理的安装高度安装位
21、置工作面的表面情况视觉光环境视觉光环境-阴影与立体感阴影与立体感?为了形成舒适的立体效果,必须很好地控制定向光和漫射光的比例?光的方向性不能太强,否则形成的阴影太生硬,反而给人不舒适的感觉?光不能太扩散,完全的漫射光不能形成阴影,使客体看起来十分平淡II垂直与水平照度之比垂直与水平照度之比:在主观察方向的垂直照度与水平照度之比应不小于 各种场所对灯性能的要求及推荐的灯种各种场所对灯性能的要求及推荐的灯种（CIE1983）下表注：下表注：各种使用场合都需要高光效的灯，不但灯的光效要高，而且照明总效率要高，同时应满足显色各种使用场合都需要高光效的灯，不但灯的光效要高，而且照明总效率要高，同时应满足
22、显色性的要求，并适合特定场所的其他要求。性的要求，并适合特定场所的其他要求。光输出值高低按以下分类：高：大于光输出值高低按以下分类：高：大于10000lm，中：，中：300010000lm，小：小于，小：小于3000lm。显色指数的分级如下：显色指数的分级如下：A：Ra90；B：90Ra80；：80Ra60；：60Ra40；：Ra40。色温的分级如下：色温的分级如下：1：3300K；2：33005300K；3：5300K。各种灯的符号：各种灯的符号：白炽灯白炽灯I：钨丝白炽灯：钨丝白炽灯,H：卤钨灯：卤钨灯;高压钠灯高压钠灯S：标准型：标准型,IC：改显色型：改显色型,HC：高显色型：高显色型
23、;荧光灯荧光灯S:标准型，标准型，HC：高显色型，：高显色型，3：三基色型，：三基色型，C:紧凑型；紧凑型；汞灯汞灯F：荧光高压汞灯；：荧光高压汞灯；金属卤化物灯金属卤化物灯 S：标准型：标准型 HC：高显色型。：高显色型。需要电视转播的体育照明，应满足电视演播照明的要求。需要电视转播的体育照明，应满足电视演播照明的要求。使使 用用 场场 所所要要 求求 的的 灯灯 性性 能能推荐的灯推荐的灯：优优先先选选用用 可用可用光光输输出出显显色性色性能能色色 温温白白炽炽灯灯荧荧 光光 灯灯汞汞灯灯金属金属卤卤化物灯化物灯高高压钠压钠灯灯IHSHC3CFSHCSICH.C.工工业业建建筑筑高高顶顶棚
24、棚高高/1/2低低顶顶棚棚中中/1/2办办公室、学校公室、学校中中/B1/2商商 店店一般照一般照明明高高/中中/B1/2陈陈列照列照明明中中/小小B/A1/2饭饭店与旅店与旅馆馆中中/小小B/A1/2博博 物物 馆馆中中/小小A/B1/2医医 院院诊诊 断断中中/小小B/A1/2一一 般般中中/小小/B1/2住住 宅宅小小/B/A1/2体育体育馆馆中中/1/2谢谢 谢谢 大大 家家!思考题思考题1。光源的分类和四个主要的发展阶段。光源的分类和四个主要的发展阶段。2。光源的色温和显色指数都是由其光谱所。光源的色温和显色指数都是由其光谱所决定的。这句话对不对？为什么？决定的。这句话对不对？为什么？3。光通量、光强、照度、亮度和眩光的定。光通量、光强、照度、亮度和眩光的定义。义。4。如何判断照明的质量？。如何判断照明的质量？