建筑物理第五讲：人工光环境(一)----照明光源与灯具

High pressure Mercury lamp 汞灯 GLS LAMP 普通白炽灯泡 HALOGEN LAMP 卤钨灯 MR16
High pressure sodium lamp 高压钠灯
High Pressure Metal Halide Mercury Fluorescent Lamp (Color Corrected 金卤灯 Mercury ) Lamp
15
卤钨灯的类型：市电型、低电压型（MR灯——冷光灯）
16
17
18
鹵素燈泡
19
一般燈泡
20
反射型燈泡
21
22
23
鹵素燈泡應用範例
24
25
鹵素燈泡應用範例
26
5.1.2气体放电灯
利用电流通过气体媒质时放电发光，灯管两端各有 一个电极，通电后加热的灯丝，达到一定温度后就发 射电子。
27
（1）荧光灯：
管内充有汞蒸汽及少量帮助启燃的氩气，灯管内壁涂有一层荧光粉。 气体放电产生紫外线，紫外线激发荧光粉发出可见光。 荧光粉的成分决定荧光灯的光效和颜色。
28
29
泡壳由钠钙玻璃制成 荧光粉涂层：有三类荧光粉： •卤磷酸盐荧光粉——红色区域辐射少，显色性差 •三基色稀土荧光粉——光效高、显色性好Ra80、耐高温， 广泛应用于细管径的荧光灯中。
瓷管） 单泡壳双端型: 聚焦灯头，能精确控光，用于高级体育场所照明 双泡壳双端型：外壳中空，用于室内照明尤其是橱窗和店铺照明 双泡壳单端型： 一般照明最常见陶瓷电弧管金卤灯：陶瓷电弧管 光效更高、光色更好、颜色稳定、寿命长
44
金属卤化物灯的光谱
主要是由所添加的金属的辐射光谱所决定，汞的辐射谱线的贡献很 小．根据辐射光谱的特性，金属卤化物灯可以分成四大类： （1）选择几种发出强线光谱的金属的卤化物，将它们加在一起，得到 白色的光源，如钠一铊一铟灯． （２）利用在可见光区能发射大量密集线光谱的稀土金属，得到类似日 光的白光，镝灯就是典型的例子． （３）利用超高气压的金属蒸气放电或分子发光产生连续辐射，获得白 色的光，超高压铟灯和锡灯属于这一类． （４）利用具有很强的近乎单色辐射的金属产生色纯度很高的光，如 铊灯产生绿光，铟灯产生蓝光。
36
荧光灯的工作特性： （1）发光效率：与荧光粉特性、环境温度、电源频率有关
25度时40W荧光灯光输出最大。 荧光灯在高频工作时光效增加10%左右，这是采 用高频电子镇流器的原因之一
37
（2）颜色特性：暖白色、白色、冷白色、日光色。
灯名称：暖白色荧光灯、白色荧光灯、冷白色荧光灯、日光色荧光灯、
•多带荧光粉——覆盖整个可见光区，Ra高达95-98
30
附加涂层：除荧光粉外，在灯的泡壳上还有特殊的附加涂 层，如防潮用的灯管的外部涂的硅涂层；在反射用的荧光灯 中用氧化铝白色粉末做成弧形的反射涂层。
填充气体：汞（液态、气态）、惰性气体
31
类型
管径 (mm)
长度 (mm)
功率 (W)
光通 光效 整流 量(lm) ( lm/W) 器
5.2.2 灯具的分类
5.3室内工作照明
5.3.1 选择照明方式
5.3.2 照明设计标准
5.3.3 照明计算
5.1.5 发光二极管（LED）
4
5.1 电光源的分类

A. 热辐射: 白炽灯、卤钨灯、闪光灯 B. 气体放电灯:日光灯、汞灯、金卤灯、低压钠灯 C. 场致发光: EL灯,LED灯 D. 激光:


5
(光源)热辐射光源
气体放电灯
DISCHARGE
白炽灯
GLS INCANDESCENT
高压
HIGHT PRESSURE
低压
LOW PRESSURE
Low-Pressure Low-Pressure Mercury Sodium Lamp (Tubular 低压钠灯 Fluorescent ) Lamp 荧光灯 T12 / T10 / T9 / T8
40
水銀燈泡
41
高压汞灯的类型：
光效：50Im/W ，
使用寿命6000h
，最高可达到16000 h
•最大缺点：显色性差，主要发绿色、蓝色光 •明泡高压汞灯：125-400瓦，电弧 适宜控光 •荧光高压汞灯：50-2000瓦用于工厂、车库、加油站、街 道等 •反射型高压汞灯：125-1000瓦，由于反射涂层在内部，不 易受环境影 响，适用于重工业厂、矿井、采石场等作为高 架照明 •自镇流高压汞灯：160瓦适宜于室内植物照明。附加钨螺 旋灯丝，混光、起整流电阻作用
从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域内与卤素（如碘、溴等）反应，形 成挥发性的卤钨化合物（碘化物、溴化物），扩散到较热的灯丝周围 时又分解成卤素和钨。 •管壁温度更高（250度）（卤钨循环需在高温下进行）、灯泡尺寸更 小、工作气压更大 •必须使用石英玻璃或硬玻璃（如碘钨灯呈管状，管壁是用石英 玻璃制造的，使用时灯管需水平放置，以免卤素在一端积聚。） •卤钨灯的工作特性： 光效更高，寿命期内光维持率几乎达100% 色温：2800-3200k 光效：20 Im/w ，寿命：1500 h 。 不能过分调光
（3）金卤灯：
与高压汞灯相似，区别是：电弧管内充入汞外还有金属卤化物，这 些金属卤化物在灯达到正常工作温度时部分参与气化，参与放电、 辐射。当金属卤化物的蒸汽扩散到电弧中心时，在高温作用下分解 成金属原子和卤素原子，金属原子辐射出所需的光谱，从而起到了 提高光效、改善光色的作用。
主要类型（电弧管与汞灯类似用石英玻璃，近期也采用氧化铝陶
•主要部件为灯丝、支 架、泡壳、填充气体和 灯头。 •在灯炮中充入合适的 惰性气体，为了减少 灯丝的蒸发，提高灯 丝的工作温度和光效。 在普通白炽灯中充入 氩氮混合气，氮的主 要作用是防止灯泡产 生放电。
10
白炽灯丝和灯头的几种形状
11
根据泡壳的加工方法，可分为：吹制泡壳反射性 白炽灯和压制泡壳反射性白炽灯两类。
T12
38
1200
40
3200
80
电感
T8
T5
26
16
1200
1148
36
28
3350
2900
93
104
电感
电子
32
紧凑式荧光灯
---节能型可以 替代白炽灯
光效：为60Im/W 左右，是白炽灯 的4-5倍。 显色指数：大于 80 寿命：5000h 现在可达到 10000 h 。
33
省電燈泡
34
35
45
複金屬燈
46
金卤灯的工作特性：
47
48
49
（4） 高压钠灯：
•电弧管呈细长型，以减少光辐射 的自吸收损失。 •电弧管不是石英玻璃，而是多晶 氧化铝陶瓷管，耐高温，透过率高， 抗高温钠的腐蚀。 •是利用在高压钠蒸汽中放电时， 辐射出可见光的特性制成的。其辐 射光的波长主要集中在人眼最灵敏 的黄绿色光范围内。光效高、寿命 长，透雾能力强，所以户外照明和 道路照明，均宜采用高压钠灯。 •一般高压钠灯的一般显色指数小 于40，显色性较差。 •寿命：20000h
电极是一般放电灯的心脏， 也是最脆弱的部分。由于灯 中快速粒子的轰击，或者由 于活性填充物对电极的侵害， 使电极的发射性能逐渐丧失， 导致灯寿命终结。
高频电源通过电路中的感 应线圈耦合，在放电管中产 生交变电磁场，当频率足够 高时，放电管已无需电极， 放电能持续、稳定进行。从 而使放电管中的气体电离和 激发。
Compact 节能灯管 Dulux S L 节能灯 BFG
6
Blended-Light Lamp 自整流汞灯
电光源的主要性能指标
•1、光通量
•6、显色指数Ra
•2、发光效率（光效，lm/W）
•3、寿命（h） 有效寿命 平均寿命 •4、平均亮度 •5、光色 一般用色温或相关色温
表示电光源表现物体
[1974年研制成功的三基色窄带荧光灯，是一种光效与显色质量具优的 节能新光源，光效达90Im/w，显色指数在85以上。主要是灯用的窄谱带 荧光粉是用活性铝酸盐和稀土元素制造的，在理想的三基色波长：橙红 （611nm）、绿（543nm）、蓝（ 450nm）附近有很窄的峰值辐射带。这 种荧光粉将紫外线转化成可见光的效率高，能经受更高的紫外线强度， 所以三基色荧光灯比标准荧光灯管径(38mm)减小1/3，为26mm。功率也 减少10%，但输出光通量不变。]
反射型白炽灯：吹制泡壳反射 型白炽灯
压制泡壳反射型白炽灯-PAR灯
12
其他白炽灯
管状白炽灯：单端、双端、侧边安装灯头 泛光照明用大功率白炽灯，灯丝精确定位 影视用白炽灯：3200k色温，寿命≤100小时 功率范围250-10000瓦
13
白炽灯的Fra Baidu bibliotek作特性：
•发光效率：8-21.5 Im/w，即只有2-3%的电能转变为光。 •色温：2800k
42
•高压汞灯的工作特性：灯的 辐射 集中在蓝\绿区域，缺少红色，色 温高，显色性很差 •启动与再启动：启动需要4-5分钟， 灯一旦熄灭，要等充分冷却，再启 动时间为5min。 •外部环境的影响：外部环境影响 较小，工作方位没什么限制。受电 源电压变化的影响较小，在质量较 差的电网上还能工作。
43
56
无极荧光灯：其放电管是一个内涂荧光粉的玻璃泡，内充汞和氩等惰性
气体，汞在放电时产生的紫外辐射经过荧光粉转变成可见光。 寿命长、无频闪、能瞬时启动和再启动 适用于维护和换灯很困难的一些场所的照明
国际上现有产品是荷兰QL型，功率为55W和85W两种，光效约68lm/W， 寿命60000h，工作频率2.65MHz；美国Genura型无极荧光灯，功率23W， 光效48lm/W，寿命10000h，工作频率2.65MHz；日本Ever—Light型无极 荧光灯，功率9W和27W，光效为41lm/W，寿命40000h，工作频率 15.56MHz；
目前微波硫灯的技术性能指标达到： 寿命f>40000小时，光效η>85lm/w，色 温Tc=6000-7000K；显色指数Ra>75， 无污染，一万小时后光衰小于3%，瞬 时启动；低的紫外和红外输出，发光 体尺寸约40mm。
57
5.1.3 微波硫灯
也是一种无极放电灯。微波
硫灯是用2450MHz微波来激发石英泡 壳内的发光物质硫，使它形成分子能 级跃迁，从而产生连续光谱。该种可 见光是一种节能、长寿命、光色好、 污染小的全新发光机理新光源。
放电管是一个带有长尾巴的石 英玻璃球泡，3100W灯的放电球泡 的直径约为28mm。球泡内充有高 纯硫（或硒等）和启动用的惰性 气体。
第五讲： 光源、灯具与 室内照明
1
灯泡沿革
爱迪生第一颗灯泡手稿
2

研究建筑照明的意义
3
本讲主要内容：
5.1 电源的分类
5.1.1 热辐射光源
（1）白炽灯
（2） 卤钨灯
5.2 灯具
5.2.1 灯具的光特性 (1)发光强度的空间分 布 (2)灯具效率 (3)灯具的亮度分布和 遮 光角
5.1.2 气体放电灯 （1）荧光灯 （2）高压汞灯： （3）金卤灯 （4） 高压钠灯： （5）无极荧光灯： 5.1.3 光导纤维： 5.1.4 微波硫灯
50
高压钠灯的工作特性
51
高壓鈉氣燈
52
低压钠灯：
光效最高，显色性极差。是利用在低压钠蒸汽中放电，钠 原子被激发而产生（主要是）589nm的黄色光。
透雾能力强，显色性极差。用于郊外道路、隧道等对光色 没有要求的场合
53
低壓鈉氣燈
54
平顶山建设路采用的高低钠灯
某生活小区休闲广场
55
（5）无极荧光灯：
表示
客观颜色（太阳光下） 的能力 一般产生连续光谱的 电光源（如白炽灯、卤 钨灯）显色性较高 不同的房间用途对电 光源的显色要求不同 •7、启燃与再启燃时间 •8、电特性 频闪现象
7
5.1.1热辐射光源
（1）白炽灯
8
明泡、磨砂、乳白 15-2000瓦， 常见25-200瓦
9
•白炽灯是热辐射光源。
•显色性：显色指数Ra=100
使用寿命：1000 h
•启动瞬间灯电流很大，大功率需分批启动 •调光：工作温度降低、色温降低、光效降低、寿命延长
• 电压的变化对白炽灯性能参 数的影响，电压高5%，灯的寿命 将减少一半。
• 电压低5%，灯的光通量约减 少18%。
14
（2）卤钨灯
•利用卤钨循环 消除钨沉积产生的灯泡发黑。
（3）调光：可控硅调光：电流和光输出可调至50%，小于50%时，必
须采用单独变压器对灯丝提供独立加热电流 高频电子调光器
38
日光燈
39
（2）高压汞灯：
• 高压汞灯内充一定量汞和少量惰性气 体如氩气以助启动。 • 有辅助电极启动，在强电场作用下， 辅助电极和邻近的主电极之间的气体被 击穿，产生辉光放电，很快过渡到两个 主电极之间的弧光放电。