照明设计课件

例如：桌上有一盏220V40W白炽灯，其发出的光通量为 350lm，该裸灯泡的平均光强为350/4π=28cd。若在该灯泡 上面装上一盏不透光的平盘型灯罩之后，桌面看上去要亮得 多。灯泡发出的光通量并没有变化，但加了灯罩后，光通量 经灯罩反射后更为集中地分布在灯的下方，向下的光通量增 加了，相应的光强提高了，亮度也就增加了。
2.发光强度（光强） 定义：发光体在给定方向的发光强度是该发光体在该方向的立 体角元dω内传输的光通量dφ与该立体角元之比，即单位立体
角的光通量。 单位：烛光（cd坎德拉） 发光强度是用来描述光源发出的光通量在空间给定方向上的分布 情况。 当光源发出的光通量一定时，光强的大小只与光源的光通量在空 间的分布密度有关。
四、物质的光学性质 1.光的吸收：光在介质中传播时其强度将越来越弱，在这个过 程中有一部分光的能量转变为其它形式的能量（如热能），这就 是介质对光的吸收。 一般情况下，非透明表面越粗糙且颜色越深的材料，吸收比越 大。介质对光的吸收与光在介质中传播的光程（即介质吸收层的 厚度）有关，光程越大，介质吸收的光也越多。介质对光的吸收 还与光的入射方向和偏振状态有关。 2、光的折射和透射
3.光谱光效率
是评价人的视觉灵敏度的
与光通量的大小有关，还与光的波长有关。 不同波长的可见光，尽管辐射的能量一样，但人看起来 其明暗程度会有所不同，这说明人眼对不同波长的可见光 有不同的主观感觉量。 即人眼对各种波长的光具有不同的灵敏度。通常用光谱 光效率或光谱光效能来表示人眼的视觉灵敏度。
同一波长的光，在环境适应亮度明暗不同的情况下， 人眼对其敏感性是有差别的。
通常情况下：
1、40W荧光灯的表面亮度约为7000cd/m2 2、无云的晴朗天空平均亮度约为5000cd/m2 3、太阳的亮度高达1.6×109cd/m2以上 一般情况下，当亮度超过1.6×105cd/m2，人眼就感到难以 忍受了。
课本P8
若发光面是一个理想的漫射体，其光强将按余弦分布
朗伯发射面 ：在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上 的发光强度乘以方向角的余弦，这样的发光面称为朗伯发射面或 朗伯体，有时也叫均匀漫射面或均匀漫射体，还常被称做余弦漫 射体。
3.气体放电：在电场的作用下，载流子在气体或蒸 汽中产生运动，从而使电流通过气体或蒸汽的过程。
低气压放电： 辐射的能量主要以线光谱为主 高气压放电： 辐射的能量包括强的线光谱和弱的连续光谱
4.电致发光（场致发光） 电流通过固体物质（如半导体）时所产生的发光现象。 电致发光不需要任何像加热这样的中间过程，而是直 接把电能转化成光能。
国际照明委员会（CIE）规定了一个标准光度观 察者，先后提出了在明视觉条件下，获得的明视觉 光谱光效率值，在暗视觉条件下，获得的暗视觉光 谱光效率值。 明视觉光谱光效率曲线的最大值与太阳散射光能 量分布曲线的最大值相近，这是人类眼睛在长期进 化过程中最好地适应与感受太阳散射光刺激的结果。 在照明工程中，主要应用明视觉光谱光效率。
三、光的辐射
1.辐射的产生 课本P8 基态： 离原子核最近的电子所处的最稳定的状态 激发态： 电子由于被激发而迁移到与其能量相当的能级所处的状态 去激发跃迁： 被激发的电子由激发态迁移到基态，或由高能级 的激发态迁移到低能级的激发态
（a）外层电子在 基态的轨道上
（b）电子跳到激发态的轨道
（c）电子落回基 态而发出一个光子
光的辐射： 在去激发跃迁时电子释放能量所形成的辐射， 通常以单位时间内光辐射能量的大小来表示 人工光源中常用的辐射源： 热辐射、气体放电、电致发光 2.热辐射 热辐射： 当物体被加热到高温时，组成它的原子由于 大量的相互作用而被激发，从而产生辐射。
★黑体辐射
黑体又称为完全辐射 体。其特点是入射到 黑体上的光辐射将完 全被吸收，而没有反 射和透射，及它的反 射比和透射比为0， 吸收比为1.所以黑体 的热辐射将只取决于 黑体的温度，也就是 温度达到一定的值， 其光谱能量分布是确 定的。这种形式的辐 射称为热辐射或黑体 辐射。 图1-8 黑体的相对能量分布 主要特点 1、随温度↑，黑体辐射的总能量迅速增加 2、随温度↑，黑体辐射曲线的最大值偏向短波，即具有最大辐射功率的波 长和黑体的温度成反比，与该特点相对应的现象是物体加热后随着温度的逐 步升高，其颜色先发红，再变黄，最后发蓝。当温度增加到5000K左右时， 黑体将变成白炽色，其最大值接近可见光。
第一章 照明技术的基本知识 第一节 光
电气照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。
一、光和光谱
1.光的概念 ★光是能量的一种存在形式 ★光的本质是一种电磁波（电磁辐射） ★光可以通过电磁辐射方式从一个物体传播到另一个物体。 照明工程： 光是指能产生视觉的辐射能
可见光：
★在电磁波谱中，波长为380—780nm的电磁波， 作用于人的视觉器官能产生视觉，这部分电磁波叫可见光。 ★可见光按波长依次排列可以得到可见光谱 ★单色光：只含有一种波长成分的可见光 ★复合光：含有多种波长成分的可见光 光的颜色：不同波长的可见光，在视觉上 会形成不同的颜色。 ★单色光的色：取决于波长成分 ★复合光的色：取决于各波长的辐射通量的分布
例如：一只200W的白炽灯泡比一只100W的白炽灯泡看上 去要亮得多。所谓“量得多”就是发出光的量要多。 光通量是说明光源发光能力的基本量。例如：一只220V 、 40W的白炽灯泡其光通量为350lm，而一只220V 、36W 、 6200K的T8荧光灯的光通量约为2500lm，这说明荧光灯的 发光能力比白炽灯强。
实验证明：在明视觉情况下，正常人眼对于波长为 555nm的黄绿色光最敏感，就是这种波长的辐射引 起人眼最大的视觉。而在暗视觉条件下，正常人眼对 于波长为507nm的绿光最敏感。
二、常用的光度量 1.光通量 定义：根据人眼对光的感觉来评价光源在单位时间内光 辐射能量的大小 单位： 流明（lm） 点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视 觉者（人能感觉出来的辐射通量）即称为光通量。是人体的主观 感觉量，不等于光源的全部辐射能量。
三、课程基本内容 1.基础知识 ★光、视觉、颜色等基本概念 ★电光源、灯具 ★照明方式和照明种类及照明质量 2.基本计算 ★照度计算 ★电气计算 3.照明设计 ★照明光照设计的基本原则 ★照明电气设计的基本原则
四、课程基本要求 1.掌握电气照明的基本理论及知识 2.熟练地进行电气照明的基本计算 3.了解照明设计原则 熟悉国家设计标准及设计规范 掌握民用建筑电气照明的一般设计方法 4.熟悉电气照明工程的一些施工知识，提高工程意识
三个阶段： 1.传统照明 目的：以照明为主 特点：采用单一种类的电光源，照明质量较差 电光源种类：白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯 2.混光照明 目的：以节能、提高照明质量为主 特点：用两种及以上种类的光源，照明质量高且节能 电光源种类：以高强度气体放电灯和白炽灯的混合照明为主 3.绿色照明 目的：以节能、保护环境、提高照明质量为主 特点：效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器 充分利用天然光。
3. 照度：是照明工程最重要的物理量 定义：被照物体表面上单位面积所接收到的光通量 单位：勒克斯（lx） 当光源的光通量投射到物体表面时，即可把物体表面照亮。对 被照物体而言，常用照度来衡量落在它表面上的光通量的多少。
照度是描述被照面被照射的程度的光度量。
能否看清一个物体，与这个物体单位面积所得到的光通 量有关。在当前的照明工程设计中，一直将照度值作为考 察照明效果的量化指标。 （1）在40W白炽灯下1m远处的照度约为30lx，加搪瓷伞 形白色灯罩后可增加为70lx （2）满月晴空的月光下为0.2lx （3）晴朗的白天室内为100—500lx
(2)光的透射
1)定向透射 ：光透过介质后仍按一定的方向传播
2)扩散透射 透射介质的透射光束被扩散了。 扩散透射可分为：定向透射、漫透射、混合透射。
3.光的反射 (1)定向反射(镜面反射) (2)扩散反射 反射光束的立体角大于入射光束的立体角 主要有定向扩散反射、漫反射、混合反射
(3)全反射
一般情况下，1lx的照度仅能辨别物体的轮廓；照度为5— 10lx时，看一般书籍比较困难；短时阅读的照度不应低于 50lx。
4. 亮度 定义：单位投影面积上的发光强度
是描述发光面 或反光面上光 的明亮程度的 光度量
亮度与被视物体的发光强度或反光强度有关，还与发光面 或反光面的面积有关。例如，在同一照度下，并排放着的 白色和黑色物体，因物体表面对光的反射程度不同，人眼 看起来的视觉效果也不同，总觉得白色物体要亮得多；而 对两个发光强度完全相同的物体来说。例如，功率相同的 一个普通白炽灯泡和一个磨砂玻璃灯泡，它们在视觉上引 起的明亮程度也不同，后者看起来不及前者亮，这是因为 磨Leabharlann Baidu玻璃表面凹凸不平，发光面积较大的缘故。
半导体的能带 （能级）： 满带：电子具有基态 的能量水平。 正常状态下电子占 据满带。 导带：电子具有激 发态的能量水平。 电子被激发时迁移 到导带。
禁带：满带和导带之间的间隙。电子不能在禁带滞留。 局部能级：掺杂后产生的特殊能级。 能量分布： 可能是线光谱，或是一定波长范围内密集的线光谱，或是连续光谱
全反射现象： 当i＞A时，光线从两种介质的分界面处全部反射回原来的介质中的现象
4.物质的光谱选择性 如果没有光射入人的眼睛，人就不会有视觉。自然界大部分物 体本身是不发光的，人们之所以能看到各种物体，是由于其它 光源照射在物体上，物体将部分光反射出来，其中有一部分进 入人的眼睛，人们才能看到物体。 任何物质在光的照射下都可能发生光的吸收、透射或反射等 现象。波长不同时，各种物质的吸收比、透射比和反射比也不 同，这种现象称为物质对光有光谱选择性。 如果任何物质都不具有光谱选择性，那么太阳光照射在这些 物质上，人感觉到的颜色将是和太阳一样的呈白色。若吸收比 大一些，这呈灰色，甚至黑色，即绚丽多彩的世界在人的眼中 将是黑白世界。
主要参考书: [1]北京照明学会编.照明设计手册. 北京:中国电力出版社,1998 [2]中国建筑科学研究院等编.绿色照明工程实施手册. 北京:中国建筑工业出版社,2003 [3]中华人民共和国建设部编.建筑照明设计标准GB50034-2004. 北京:中国建筑工业出版社,2004 [4]中国建筑东北设计研究院编.民用建筑电气设计规范JGJ/T16-92. 北京:中国计划出版社
黑体是一种理想的辐射体，在自然界中根本不存在。
★钨丝辐射
主要特点： 分布曲线的形状与黑体辐 射很相似，随温度↑，可 见光部分的增加速度比红 外线的增加速度要快，其 辐射功率的峰值比同温度 的黑体更偏向于可见光区 域，即钨丝在可见光区 域内的选择辐射率较高
图1-9 同温度（3000K）下黑体和钨丝的辐射曲线
一、课程性质
★电气工程与自动化专业的专业(特色)课 ★介绍照明工程的基本知识、计算和设计方法 ★学生具有进行工程设计、施工和管理能力
照明=灯光---各种灯具 灯具光源颜色-----白色、黄色 功能性照明----基本亮度 基本照明、重点照明、智能照明 装饰性照明、艺术照明
二、照明的发展与现状
贵宾室.
第二节 光与视觉
视觉是指光射入眼睛后产生的一种知觉。
一、视觉过程 产生视觉的首要条件： 有光存在，并射入眼睛
二、视觉特性：由于视网膜上的锥状细胞和杆状细胞 对光的感受性不同，因而当视野亮度发生变化时，人 眼就会产生不同的视觉特性。 1.暗视觉、明视觉和中介视觉 (1)暗视觉(或杆状视觉) 当视场亮度在10－6～10－2cd/m2时（非常微弱的照度）， 杆状细胞工作，锥状细胞不工作的视觉状态。杆状细胞对光的感 受性很强。 视觉特点： ★杆状细胞最大的视觉灵敏度在507nm处，所以暗视觉杆状细胞 工作时，绿光和蓝光显得特别明亮。 ★对物体细节的分辨能力很差 ★对颜色无法分辨，暗视觉状态下的世界是无色的
国际标准烛光（lcd）的定义为理想黑体在铂凝固点温度（1769℃） 时，垂直于黑体（其表面积为1m2）方向 上的60万分之一的光度， 所谓理想黑体是指物体的放射率等于1，物体所吸收的能量可以全 部放射出去，使温度一直保持均匀固定，国际标准烛光 （candela） 与旧标准烛光（candle）的互换关系为 1candela=0.981candle