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1、 第二章第二章 照明光源与灯具照明光源与灯具 常用的照明光源，按其发光机理可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源是利用物体被加热时辐射发光的原理所制造的光源，如白炽灯、卤钨灯即属此类；气体放电光源是利用气体放电时发光的原理所制造的光源，如荧光灯、高压汞灯、高(气)压钠灯、金属卤化物灯和氙灯均属此类。灯具由光源和灯罩(控照器)组成，灯具也称为照明器。第一节第一节 照明光源及选择照明光源及选择 一、常用照明光源一、常用照明光源 照明光源虽已推出了第三代产品，但目前仍然是新老产品共存的时代，常用的照明光源有：1、白炽灯 白炽灯是第一代电光源的代表。其光谱能量为连续分布型，故显色性好。白炽
2、灯具有结构简单，使用灵活，可调光，能瞬间点燃，无频闪现象，可在任意位置点燃，价格便宜等优点，所以仍是目前广泛使用的光源之一；但因其极大部分热辐射为红外线，故光效很低。电源电压变化对灯泡的寿命和光效有严重影响，其电压偏移对光通量及寿命的影响见表2-1。表2-1 电压偏移对白炽灯光通量及寿命的影响电压偏移()-20-15-10-50+5+10+15+20光通量()45566883100119141165193寿 命()227097343820510050261410白炽灯按其构造和工艺的不同可分为相应的类型：(1)普通型：其灯泡为一般透明玻壳，灯泡亮度较强，100W灯泡灯丝亮度约为550*104
3、cdm2。(2)磨砂型：对玻壳内表面进行了化学处理，降低了灯丝的亮度，使灯泡具有漫射光的性能。这种灯泡适用于灯罩为透明玻璃或无灯罩的装饰性灯具。(3)漫射型：乳白玻壳或玻壳内表面涂以扩散良好的白色无机粉末，使灯泡亮度降低，并具有良好的漫射光性能。(4)反射型：在灯泡玻壳内上部涂以反射膜，形成抛物线状的反射面，使光通向一定方向投射，500W反射型灯泡可获得5400 lm的光通量。(5)局部照明灯泡：额定电压为6、12、36V，其发光效率较220V灯泡提高约2030。适用于移动式局部照明及安装高度较低、易碰撞或潮湿的场所。(6)水下灯泡：在水下能承受25个大气压力，功率为1000、1500W，玻壳
4、用彩色玻璃制成，用于喷泉、瀑布等作为水中装饰照明。3、荧光灯 荧光灯也是一种管状光源。它是一种低压汞蒸气放电灯，简称荧光灯。是光源史上第二代光源的代表。它是靠汞蒸气放电时发出紫外线激发管内壁的荧光粉而发光的，改变荧光粉的成分即可获得不同的可见光谱。按其色温荧光灯有四种光色：(1)日光色 其色温约为6500K，与微阴的天空光色相似。(2)白色 其色温约为4500K，与日出两小时后的太阳直射光相似。(3)暖白色 其色温约为3000K，与白炽灯光接近。(4)三基色 该类灯的管壁分蓝、绿、红三个狭窄区域，并分别涂有发光的三基色荧光粉，其色温与暖白色荧光灯接近。荧光灯比白炽灯有显著的优点，即光色好，特别
5、是日光色荧光灯，其光谱特性接近天然光的谱线，且光线柔和，温度较低，而发光效率比白炽灯高23倍，使用寿命长(可达3000小时以上)。它被广泛用于进行精细工作、照度要求高或进行长时间紧张视力工作的场所。荧光灯的额定寿命，是指每开关一次燃点3个小时而言。所以频繁开关会使涂在灯丝上的发射物质很快耗尽，缩短了灯管的使用寿命，因此它不适宜用于开关频繁的场所。荧光灯在低温环境下启动困难，因此低温环境应使用低温用的荧光灯或挑选放电电压较高的启辉器配用。荧光灯由50Hz交流电供电时，频闪效应比较明显。为了防止灯光闪烁，常将相邻的灯管接到电源的不同相上，或将两只荧光灯并列使用，但要求一只按正常方式接线，而另一只接
6、入电容器移相，使两电流不同时为零，从而减弱光的闪烁。当荧光灯由直流电源供电时，应按顺极性接线，如启辉器的静片接正极，动片接负极。5、金属卤化物灯 金属卤化物灯是近年来发展起来的一种新型光源。它是在高压汞的放电管内添充一些金属卤化物(如碘、溴、铊、铟、镝、钍等金属化合物)，利用金属卤化物的循环作用，彻底改善了高压汞灯的光色，使其发出的光谱接近天然光，同时还提高了发光效率，是目前比较理想的光源，人们称之为第三代光源。，当选择适当的金属卤化物并控制它们的比例，可制成不同光色的金属卤化物灯，如白色的钠铊铟灯和日光色镝灯。6、钠灯 在放电发光管内除了充有适量的汞和惰性气体氩或氙以外，并加入足够的钠，使其
7、放电管内以钠的放电发光为主，这种光源称为钠灯。视其放电管内气压不同分为低压钠灯和高压钠灯。，(1)低压钠灯：低压钠灯发出589nm的线光谱，接近人眼最敏感的是555nm的黄色光。这种光透雾能力强，发光效率最高，适用于街道、航道、机场跑道等照明。(2)高压钠灯：提高钠蒸气压力即为高压钠灯，其共振谱线加宽，光谱能量分布集中在人眼较灵敏的区域内。光色得到改善，呈金白色，但发光效率有所降低。7、氙灯 氙灯是一种灯管内充高纯度氙气的弧光放电灯，高压氙气放电时能产生很强的白光，其光谱接近太阳光，故有小太阳之称。它具有功率大(能发出数十万流明的光通量)，光色好，能瞬时启动，工作稳定，耐低温，耐高温和耐震等优
8、点。但与其它气体放电灯相比，光效低、寿命短、价格较高、需采用触发器启动。因此，适用于作大面积场所照明，如高大厂房、广场、海港和机场等。由于氙灯要在高频高电压下启动点燃，因此高压端配线对地要有良好的绝缘性能，其绝缘强度不能低于30kV。氙灯在燃点时有较多的紫外线辐射，因此人不能长时间靠近。三、光源选择三、光源选择 在作具体照明设计时，光源选择是重要的环节之一。设计时，应根据被照对象和场所对光源特性(即色调、显色性、效率和频闪效应等)的要求，选择照明光源。(1)室内照明光源：室内照明 般采用白炽灯、荧光灯或其它气体放电光源。在需要防止电磁波干扰和频闪效应的场所，不宜选用气体放电光源。(2)有振动的
9、场所光源：对于振动较大的场所，宜选用高压汞灯或高压钠灯。对于需要大面积照明且响向挂条件的场所，宜采用金属卤化物灯、高压钠灯或长弧氙灯。(3)对显色要求高的场所：对于识别颜色要求较高的场所，宜采用显色指数较高的日光色荧光灯、白炽灯和卤钨灯。在同一场所内，当用一种光源不能满足光色要求时，可采用几种光源混光的办法解决。常用的有荧光高压汞灯与白炽灯(或卤钨灯)混光，而不同的混光光通量比(即荧光高压汞灯的光通量与混光总光通量的比)，其显色效果也不同。荧光高压汞灯与白炽灯(或卤钨灯)的混光特性见表2-13。表2-13 荧光高压汞灯与白炽灯(或卤钨灯)的混光特性 工作场所混光光通量比()辨 色 效 果混光光
10、源显色指数对识别颜色要求较高的场所(如商店、餐厅、美术馆等)85对识别颜色要求一般的场所(如办公室教室等)3050橙色-中等其它颜色-良好7085对识别颜色要求较低的场所5070绿、青、蓝、紫-良好红、橙、黄、肤色-中等5070 二、灯具的特性 灯具的特性主要有三个指标：配光，效率及保护角。1、灯具的配光 一个光源配上了灯罩后，其光通就要重新分配，称为灯具的配光。灯具的配光以配光曲线表示。配光曲线形象地描述了光强在空间各个方向上的分布情况。对于大部分灯具来说，这种曲线是三维空间的，而且是旋转对称的。为了表达上的方便，人们往往取其平面图形来代表，并用极坐标绘制，如图21所示。配光特性决定于灯罩的
11、形状和材料。图22示出了几种灯具配光曲线的主要形状，可见配光曲线可分为四类：(1)均匀配光：光强在各个方向大致相等。不带反射器或带平面反射器的灯具属于这种特性，如乳白色玻璃圆球灯。(2)深照配光：光通量和最大发光强度集中在030的狭小立体角内。如镜面深照型灯具。(3)广照配光：光线的最大发光强度分布在较大角度上，可在较广的面积上形成均匀的照度。深照型和广照型配光通常具有镜面反射器。(4)余弦配光 光线在空间各方向的发光强度的近似值，符合I=I0cos的关系 (为空间某方向与灯具正下方0间的夹角)。此种配光大多数是带有珐琅质反射器的灯具，如搪瓷配照型灯和珐琅型灯。在有关手册中给出了各种灯具的配光
12、曲线的图形和数值，从图表中就可以查得相应形式的灯具在空间某一方向光强的大小。光源和灯具的配光可用专门的配光仪测绘，即这种设备可以直接绘配光曲线图。2、灯具的效率 灯具的效率是指控照器发出的光通量与光源的光通量之比值，定义为：(21)式中 灯具的效率；灯具发射出的总光通量；s光源所发出的总光通量。在灯罩重新分配光源的光通时，因有一部分光通被其吸收，引起光通的损失，所以效率通常在0.50.9之间。它的大小与灯罩的材料性质、形状有关，同时还与灯管数目及排列有关。3、灯具的保护角 灯具的保护角是指光源下端(或灯丝)到灯具下缘连线与水平线的夹角，如图23所示，其作用是限制光线直射人眼，避免产生眩光，角度
13、越大效果越好，一般要求在1530之间，其保护角可由下式计算：(22)式中 h灯丝至灯罩开口平面的高度；D灯罩开口平面的直径；d灯丝的宽度。若要使保护角满足上述要求有困难时，可采取在灯泡外装散光罩的措施补救。散光罩 通常采用普通玻璃或有机玻璃制成，这种半透明灯罩可起到降低眩光的作用。如乳白色玻璃球型灯罩，它可使光通量分布在更大的面积上，从而降低了光通量的单位面积密度，减轻了眩光作用，但它的光效也降低了。三、灯具类型及特点三、灯具类型及特点 1、分类 灯具一般按配光、安装(在建筑物上)的方式及使用环境分类。(1)按配光分类：国际照明学会(简称CIE)约定，以灯具上半球和下半球发射的光通百分比来区分
14、配光特性，即主要分为直射型灯具、半直射型灯具、漫射型灯具、半反射型灯具、反射型灯具等。各类型灯具的光通量分配比例及灯具示例见表214。(2)按安装方式分类：按安装方式灯具可分为吸顶式、嵌入式、半嵌入式、悬吊式和壁式等。(3)按环境分类：特殊环境用灯具又可分为防潮型、防水防尘型、防爆安全型、隔爆型和防腐蚀型等。2、各类灯具的特点 (1)直射型：直接型灯具具有效率较高，在工作面可得到充分照度等优点，缺点是由于灯具的上半球几乎没有光线，故顶棚很暗。它与明亮的灯具开口易形成严重的对比眩光，而且光线的方向性强，容易造成阴影。(2)半直射型：这类灯具既有直接型灯具的优点，能把较多的光线集中照射到工作面上，
15、又使空间环境得到适当照明，改善了建筑物内的亮度比。(3)漫射型：这类灯具在空间每个方向上的发光强度基本相等，光线柔和，室内能得到优良的亮度分布，可达到无眩光。(4)半反射型：这类灯具光线主要反射到顶棚或墙上再反射下来，因此光线比较柔和而均匀。其缺点是，在使用过程中因上部透明部分很容易积尘，而使灯具的效率很快下降，清扫也较困难。(5)反射型：这类灯具的全部光线都从顶棚反射到整个房间内，光线柔和而均匀，可最大限度减弱阴影和眩光，其缺点是光的利用率低。建筑化照明装置是将光源隐蔽于建筑的装修之中，而使光源扩大为发光面或发光带。因而光线的扩散性好，整个受照面的照度均匀，阴影淡薄，消除了直接眩光和减弱了反
16、射眩光，其照明效果具有宁静安逸的气氛。建筑化照明装置分为透光和反光两种，前者常见的有发光天棚光梁、光带、光柱头等，后者则有光檐、光龛等，其示意图如图24所示。装饰化照明装置是将光源镶嵌在建筑装修材料表面，如格栅式反光天棚等，它需要采用小功率点光源密布于具有镜面反射功能的格栅之中，使之形成多个光源影象，达到晶莹闪烁、金壁辉映的效果。电气专业与暖通专业的配合是，将空调的风口与灯具结合在一起，形成空调灯具。空调风口与灯具融为一体，不仅便于顶棚的处理和增强美观，而且更主要是起节能作用。空调系统在送冷风时，由于灯具所发出的部分热量在进入房间内之前即被排掉，可减少供给房间的冷气量；送热风时，灯具发出的热量可以回收利用，使对房间的供热减少。常见的空调灯具如图26所示，空调灯具分单层罩、双层罩和三层罩三种类型，图(a)为单层罩型，气流直接从光源的周围通过。对灯管的冷却作用大，但尘埃将污染灯管；图(b)为双层罩型，气体从灯具壳体外流过，这样可减少污染，对灯具也能起一定的冷却作用；图(c)为三层罩型，风道与灯具脱离，此种型式便于灯具的拆装与检修，但对灯具的冷却作用较小。