光源的色温及显色性

光源的色温及显色性

所有固体、液体和气体如果达到足够高的温度，都会发射出可见光。白炽灯中的固体钨约在3000K时的炽热发光，这是我们最为熟悉的人造光源。通常是随着辐射体的温度升高而提高，辐射光色从暗红，经过桔黄、发白，然后是炽兰。这样色温也随着辐射体的温度升高而提高。这是遵循斯蒂芬—波尔兹曼定律：绝对黑体的能量亮度与物体绝对温度的四次方成正比。

1 色温

将一标准黑体加热，随着温度升高黑体的颜色开始沿着深红-浅红-橙-黄-白-蓝逐渐改变，当某光源发出的光的颜色与标准黑体处于某温度的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为光源的色温，以绝对温度K来表示。基本色如表

光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色再现较差，我们所见到的颜色偏差也较大，用显色指数（Ra）表示。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为100，各类光源的显色指数各有相同，如：高压钠灯的显色指数为Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60-90。显色指数越接近100，显色性就越好。

如下图：不同显色指数下的物体所呈现出来的效果；

很好较好普通

Ra=100 80

3 颜色显色性和照度

光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度。研究表明，在照度和显色指数之间存在一种平衡关系。从广泛的实验中得到的结果是：用显色指数Ra>90的灯照明办公室，就其外观的满意程度来说，要比用显色指数低的灯（Ra<60）照明的办公室，照度值可降低25%以上。要注意的是针对良好的视觉外观而言，如果为了节能而把室内照度减少到使视功能变坏的水平，那就不对了。应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源采用适当的照度，以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果。

4 眩光评价方法

在视野范围内有亮度极高的物体，或亮度对比过大，或空间和时间上存在极端的对比，就可引起不舒适的视觉，或造成视功能下降，或同时产生这两种效应的现象，称为眩光。眩光是影响照明质量的最重要因素。

从眩光的作用来看可分直接眩光和反射眩光，直接眩光是在观察物体的方向或接近这一方向内存在发光体所引起的眩光。反射眩光是发光体的镜面反射，特别是在观察物体方向或接近这一方向出现镜面反射所引起的眩光。

眩光按其效应又可分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光又称为生理眩光，这种眩光会妨碍对物体的视看效果，使视功能下降，但它不一定引起不舒适。不舒适眩光又称为心理眩光，这种眩光使人不舒适，但它不一定妨碍对物体的视觉功能效果。

表2 眩光标准分类

眩光指数GI 眩光标准分类

10 勉强感到有眩光

16 可以接受的眩光

19 眩光临界值

22 不舒适的眩光

28 不能忍受的眩光

表3 眩光限制等级

眩光等级G 眩光分类

0 没眩光

1 不存在和轻微眩光之间

2 轻微眩光

3 厉害眩光

4 厉害和不能忍受眩光之间

5 不能忍受眩光

根据试验，对眩光程度的感觉，仅4种因素值得考虑

（1）灯具亮度；

（2）房间长度和灯具安装的高度（即距高比）；

（3）由平均水平照度表示的视适应水平；

（4）灯具种类，如灯具侧面是否发光等；

光源结构及原理

在照明工程中常用的光源有白炽发光的白炽灯和卤钨灯，低压气体放电的各种荧光灯和高强气体放电的荧光高压汞灯，金属卤化物灯和高压钠灯等。常用光源分类如下表：

表1 常用光源分类表

注：以上各类光源原则上都可以做成无极灯

1 白炽灯

凡是根据热辐射原理工作的光源都可称为白炽灯。目前常用的白炽灯分两类，即普通白炽灯和卤钨灯。

白炽灯靠电能将灯丝加热到白炽而发光。在灯丝发光的同时还产生大量的红外辐射和小量的紫外辐射，它们最终以热能的形式而损失掉。显然，要想提高白炽灯的光效，应选用高熔点材料做灯丝，并使之在尽可能高的温度下工作。

1.1 白炽灯的结构

普通白炽灯泡由钨丝、玻璃泡、灯头、支架、引线等几部分组成，内充氩、氮、或氩氮混合气体，通常的工作压力约为1.013x105Pa，

而氩氮的比例由额定电压和灯丝温度而定，通常白炽灯使

用氩气在86%~98%之间。

灯丝是白炽灯发光的主要部件，常用的灯丝形状有直

线灯丝、单螺灯丝、双螺旋灯丝等。灯丝的形状和尺寸大

小对于白炽灯的寿命、发光效率都有直接的影响，同样长

短粗细的钨丝绕成单螺旋型的光效高。灯丝结构紧凑，发

光点小，利用率就高。

白炽灯类型：白炽灯泡有普泡、蘑菇泡、圆球泡、烛形泡、反射泡、节日泡和花生米灯泡等系列产品。

1.2 白炽灯的色温、显色指数

白炽灯的光效较低（约为12~17lm/W），色温较低一般为2400~2900K，但显色性较高，显色指数Ra高达99~100。到目前为止，它是应用最广泛的一种光源。

2 卤钨灯

卤钨灯属于热辐射光源，工作原理基本上与普通白炽灯一样，在结构上有较大的的差别。最突出的差别就是卤钨灯泡内所填充的气体含有部分卤族元素或卤化物。

卤钨灯的光效较高（约为18~21lm/W），色温较低一般为2700~3300K，显色性较高，显色指数Ra高达99~100。

2.1 卤钨灯的结构

卤钨灯是由钨丝、充入卤素的玻璃泡和灯头等构成。卤钨灯有双端、单端和双泡壳之分；

双端管状卤钨灯结构：灯呈现管状，功率为100~2000W，灯管的直径为8~10mm，长80~330mm。两端采用磁接头，需要时在磁管内还装有保险丝。这种灯主要用于室内外泛光照明；

为了使管壁处生成的卤化物处于气态，管壁温度要比普通白炽灯高得多，相应地卤钨灯的玻壳尺寸就要小得多，温度也就高得多，因而必须使用耐高温的石英玻璃或高硅氧玻璃。

2.2 卤钨灯的分类

（1）卤钨灯按充入灯泡内的不同卤素可为碘钨灯和溴钨灯；

（2）卤钨灯按灯泡外壳材料的不同可分为硬质玻璃卤钨灯、石英玻璃卤钨灯；

（3）卤钨灯按工作电压的高低不同可分为市电卤钨灯（220V）和低电压型