建筑光學(xué)第十五章 建筑照明

建筑光學(xué)第十五章建筑照明第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日電燈發(fā)展經(jīng)歷了兩個時期：第一個時期，從1879年到本世紀(jì)三十年代末的前五十年，這是白熾燈發(fā)明、改進(jìn)和成熟的時代；第二個時期，三十年代末開始的是開發(fā)氣體放電燈的時代，熒光燈的普及應(yīng)用，是低壓氣體放電燈的時代；六十年代中期發(fā)明金屬鹵化物和高壓鈉燈為開端，由此進(jìn)入了高壓氣體放電燈的照明時代?，F(xiàn)代人工光環(huán)境的設(shè)計理論和應(yīng)用技術(shù)是在電燈發(fā)展的第二個時期，高光效、多品種的氣體放電燈問世以后才逐漸形成和完善的。第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日15-1電光源一、熱輻射光源

（一）普通白熾燈（二）鹵鎢燈（三）反射型白熾燈

二、氣體放電光源

（一）熒光燈（二）高壓汞燈（三）金屬鹵化物燈（四）高壓鈉燈

三、燈具（一）燈具的光特性（二）燈具分類第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日從照明應(yīng)用角度對燈的性能要求：

高光效—用少量的電獲得更多的光；長壽命—耐用，光通衰減?。还馍谩羞m宜的色溫和優(yōu)良的顯色性能；能直接在標(biāo)準(zhǔn)電源上使用；接通電源后立即燃亮；形狀小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，便于控光。第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日電光源的主要性能指標(biāo)：光通量：表征燈的發(fā)光能力，以流明值表示。光效：燈發(fā)出的光通量與它消耗的電功率之比。壽命：有效壽命和平均壽命。平均亮度：燈的發(fā)光體的平均亮度，以表示。燈的色表：指燈光顏色給人的直觀感受，以色溫或相關(guān)色溫為數(shù)量指標(biāo)。顯色指數(shù)：顯色性能的定量指標(biāo)。燈的起燃與再起燃時間。電特性：電源電壓波動對燈的其它參數(shù)的影響。這些特性是評判燈的質(zhì)量與確定燈的合理使用范圍的依據(jù)。第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日一、熱輻射光源（白熾燈）：熱輻射光源發(fā)出的光是電流通過燈絲，將燈絲加熱到高溫而產(chǎn)生的。（一）普通白熾燈：組成：燈絲，外玻殼，充入氣體與燈頭燈部分。如圖15-1。燈絲特點：現(xiàn)代白熾燈燈絲用熔點高（）蒸發(fā)速度較慢的鎢制造。第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日平均光效：只有左右；平均壽命：約為1000小時；通電即亮，顯色性好，便于控光，價格便宜。電源電壓的變化對白熾燈的工作性能有比較顯著的影響，二者關(guān)系如圖15-2。第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）鹵鎢燈將鹵素元素（碘或溴）填入，它能和游離的鎢合成氣態(tài)碘化鎢或溴化鎢，它們靠近高溫的鎢絲時分解，鎢附著在鎢絲上。如此循環(huán)，消除了燈泡黑化，延長壽命，光效提高到20lm/W以上。鹵鎢燈管壁由耐高溫的石英玻璃制造，使用時必須水平放置第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日特點：在玻殼內(nèi)表面有一層金屬反射鍍膜，使燈光射向預(yù)定的方向。這種反射器一般不會受到任何損傷、腐蝕或污染，因此使燈能保持高光輸出。同時還可簡化燈具設(shè)計。（三）反射型白熾燈：第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日橢球形的反射面代替拋物面的改進(jìn)。如圖15-5。第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日燈管兩電極加上電壓后產(chǎn)生氣體放電，放電產(chǎn)生紫外線，紫外線激發(fā)管壁上的熒光粉發(fā)出可見光。直管型熒光燈的構(gòu)造（如圖）。二、氣體放電光源（一）熒光燈：氣體放電燈沒有燈絲，它是借助兩極之間氣體激發(fā)而發(fā)光，稱為冷光源。第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日

熒光粉的成分決定燈的光效和顏色。目前，我國規(guī)定的熒光燈顏色僅有日光色（9500K）、冷白色（4300K）、暖白色（2900K）三種。平均光效60lm/w，壽命5000小時，顯色指數(shù)90%以下（與光效矛盾）。三基色窄帶熒光燈：光效90，顯色指數(shù)85%以上。橙紅（611nm）、綠（543nm）、藍(lán)（450nm），窄帶譜熒光粉。其它形狀熒光燈如圖。第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日熒光燈線路如圖。熒光燈的性能參數(shù)受電壓變化的影響較小，但它的光效值隨環(huán)境溫度的變動而波動；另外開關(guān)次數(shù)對燈的使用壽命（一般5000小時）也有較大影響。第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日節(jié)能的小型熒光燈（緊湊型熒光燈）如圖SL燈和PL燈，其性能見表。第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)如圖。特點：發(fā)光呈藍(lán)白色，包括黃、綠、藍(lán)色線狀光譜輻射，但缺乏紅色，所以一般照明用的高壓汞燈均在外玻殼內(nèi)壁涂熒光粉以補(bǔ)充紅色，改善燈的顯色性。功率范圍在之間，光效約，壽命為。（二）高壓汞燈：第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日結(jié)構(gòu)類似于高壓汞燈，只是在放電管內(nèi)又添加了金屬碘化物。金屬鹵化物燈與汞燈相比，不但提高了光效，顯色性也有很大改進(jìn)。（三）金屬鹵化物燈：（四）高壓鈉燈：結(jié)構(gòu)如圖。是目前一般照明應(yīng)用的電光源中光效最高（）、壽命最長（）的燈。第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日三、燈具：燈具：光源、燈罩及附件的總稱。分裝飾燈具和功能燈具。（一）燈具的光特性：配光曲線：其上的每一點表示燈具在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度。因此，知道燈具對計算點的投光角，就可查到相應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度，利用公式可求出點光源在計算點上形成的照度。如圖。1.配光曲線和空間等照度曲線第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日空間等照度曲線：（如圖）只要知道燈的計算高度和計算點力燈具的水平距離，就可查出照度。第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日2.消除眩光保護(hù)角：指燈罩邊和發(fā)光體邊沿的連線與水平面所成的夾角，如圖。計算公式保護(hù)角光源亮度超過時，人眼就不能忍受。第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日燈具效率：燈具發(fā)出的光通與光源光通之比，即取決于燈罩開口的大小和燈具材料的反光、投管系數(shù)。一般由實驗得。3.燈具效率第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日燈具通常按總光通在空間的上半球和下半球的分配比例分類的。一般可以分為直接、半直接、均勻漫射、半間接、間接等五種類型。各類燈具的光通分布見表。（二）燈具分類：第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日特點：燈具利用率最高，有以上的光通向下照射。直接型燈具的光強(qiáng)分布大體可以分為三類：窄配光、中配光和寬配光，如圖示。1.直接型燈具第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日2.半直接型燈具特點：可在燈具上方發(fā)出少量的光線照亮頂棚，減小燈具與頂棚間的強(qiáng)烈對比，使環(huán)境亮度分布更加舒適。第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日特點：將光線均勻地投向四面八方，對工作面而言，光通利用率較低。直接-間接型燈具：將一對直接型一間接型地?zé)艚M合在一起，或者用不透光材料遮住燈泡，而上下均敞口透光，其輸出光通分配也近于上下各半。3.均勻漫射型燈具第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日特點：大部分燈光投向頂棚和上部墻面，增加了室內(nèi)地的間接光，使光線更柔和宜人。4.半間接型燈具5.間接型燈具特點：將燈光全部投向頂棚，使頂棚成為二次光源。室內(nèi)光線擴(kuò)散性極好，幾乎沒有陰影和光幕反射，也不會產(chǎn)生直接眩光。如圖。第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日15-2室內(nèi)工作照明一、照明方式選擇

（一）一般照明、（二）局部照明、（三）混合照明二、照明標(biāo)準(zhǔn)及照度值的選擇（一）照明數(shù)量、（二）照明質(zhì)量三、光源和燈具的選擇（一）光源的選擇、（二）燈具的選擇、（三）燈具的布置第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日工作照明可分為兩類：一類是以滿足視覺工作要求為主的室內(nèi)工作照明，如工廠車間、學(xué)校等場所的照明，它主要是從功能方面考慮；另一類是以室內(nèi)藝術(shù)環(huán)境觀感為主的照明，如大型門廳、休息廳等處的照明，這類照明除滿足照明功能外，還要強(qiáng)調(diào)藝術(shù)效果，以提供舒適的休息、娛樂場所。第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日一、照明方式選擇（一）一般照明：一般照明：是在工作場所內(nèi)不考慮特殊的局部需要，為照亮整體被照面而設(shè)置的照明裝置。如圖。這種照明方式適合于對光的投射方向沒有特殊要求，在工作面內(nèi)沒有特別需要提高視度的工作點和工作點很密或不固定的場所。第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（二）局部照明：局部照明：是在工作點附近專門為照亮工作點而設(shè)置的照明裝置。如圖。常設(shè)置在要求照度高或?qū)饩€方向性有特殊要求處，但不允許單獨使用局部照明，因為會造成工作點與周圍環(huán)境間極大的亮度對比，不利視覺工作。第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（三）混合照明：混合照明：是在同一工作場所，既設(shè)有一般照明解決整個工作面的均勻照明，又有局部照明以滿足工作點的高照度和光方向的要求。如圖。第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日二、照明標(biāo)準(zhǔn)及照度值的選擇（一）照明數(shù)量：照明標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)識別物件的大小、物件與背景的亮度對比、國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況等因素規(guī)定必要的物件亮度。第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：混合照明中的一般照明的照度為該級總照度的5%—10%，并不得低于；另外，一般照明的均勻度（指房間內(nèi)工作面上最低照度與平均照度之比）不宜小于0.7。（二）照明質(zhì)量：1.照度均勻性2.限制眩光首先是對直接眩光的限制。眩光同光源亮度、背景亮度、光源位置等有關(guān)。其中前兩項有燈具類型及其布置方式所確定。第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日控制燈端電壓不低于額定電壓值，如達(dá)不到要求時，在條件許可的情況下，應(yīng)將動力和照明電源分開，甚至在照明電源上增設(shè)穩(wěn)壓裝置。3.照度的穩(wěn)定性4.消除頻閃效應(yīng)在交流電路中，氣體放電燈發(fā)出的光通量隨電壓的變化而波動，對移動的物體會導(dǎo)致視覺失真。為減輕這種影響，可將相鄰燈管（泡）或燈具分別接到不同相位的線路上。第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（一）光源的選擇：各種光源的適用場所見表三、光源和燈具的選擇（二）燈具的選擇：燈具主要是根據(jù)照明場所的空間尺度和照度要求確定。根據(jù)懸掛高度選擇燈具的原則：當(dāng)懸掛高度為4-6m時，宜采用配罩型燈具；當(dāng)懸掛高度為6-12m時，宜采用搪瓷深罩型燈具；當(dāng)懸掛高度為12-30m時，宜采用鏡面深罩型燈具；有擴(kuò)散罩的燈具，僅用于懸掛高度不能滿足限制眩光的工作地點以及對光照要求柔和的場所。第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日15-３室內(nèi)外環(huán)境照明設(shè)計一、室內(nèi)環(huán)境照明設(shè)計

（一）以燈具的藝術(shù)裝飾為主（二）用燈具排列成圖案（三）建筑大面積照明的藝術(shù)處理二、室外環(huán)境照明設(shè)計（一）建筑立面照明的方法（二）建筑立面照明的設(shè)計要點

第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日與建筑本身有著密切聯(lián)系，并突出藝術(shù)效果的照明設(shè)計稱之為“室內(nèi)外環(huán)境照明設(shè)計”。在進(jìn)行室內(nèi)外環(huán)境照明設(shè)計，要結(jié)合建筑物的使用要求、建筑空間尺寸及結(jié)構(gòu)形式等實際條件，對光的分布、光的明暗構(gòu)圖、裝飾的顏色和質(zhì)量作出統(tǒng)一規(guī)劃，使之達(dá)到預(yù)期的藝術(shù)效果，并形成舒適宜人的光環(huán)境。第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日一、室內(nèi)環(huán)境照明設(shè)計（一）以燈具的藝術(shù)裝飾為主1.吊燈多數(shù)吊燈是由幾個單燈組合而成，又在燈架上加以藝術(shù)處理。適用于高度較大的廳堂。如圖。第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日2.暗燈和天棚燈將燈具放在天棚里（稱暗燈）或緊貼在天棚上加以藝術(shù)處理，與燈具相互配合，構(gòu)成各種圖案，可形成裝飾性很強(qiáng)的照明環(huán)境，并和天棚上的建筑裝修結(jié)合在一起，形成一個非常美觀的整體。如北京人大會堂的照明形式。第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日3.壁燈安裝在墻上，用來提高部分墻面亮度，主要以本身的亮度和燈具附近表面的亮度，在墻上形成亮斑，以打破一大片墻的單調(diào)氣氛，對室內(nèi)照度的增加多大作用，故常用在一大片平坦的墻面上。也用于鏡子的兩側(cè)或上面，以照亮人又防止反射眩光。第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日

用簡單而風(fēng)格一致的燈具排成圖案，并與建筑有機(jī)地配合取得裝飾效果。（二）用燈具排成圖案第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日（三）“建筑化”大面積照明的藝術(shù)處理將光源隱蔽在建筑構(gòu)件之中，并和建筑構(gòu)件（天棚、墻沿、梁、柱等）或家具合成一體的一種照明形式。分為兩大類：一類是透光的發(fā)光天棚、光梁、光帶等；另一類是反光的光檐、光龕、反光假梁等。共同特點：發(fā)光體不再是分散的點光源，而擴(kuò)大為發(fā)光帶或發(fā)光面，因此能在保持發(fā)光表面亮度較低的條件下，在室內(nèi)獲得較高的照度；光線擴(kuò)散性極好，整個空間照度十分均勻，光線柔和，陰影淺淡，甚至完全沒有陰影；消除了直接眩光，大大減弱了反射眩光。第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日發(fā)光天棚：由天窗發(fā)展而來，為了保持穩(wěn)定的照明條件，模仿天然采光的效果，在玻璃吊頂至天窗的夾層里裝燈，便構(gòu)成發(fā)光天棚。發(fā)光天棚的構(gòu)造方法：一種是把燈直接安裝在平整的樓板下表面，然后用鋼框架作成吊天棚的骨架，再鋪上某種擴(kuò)散透光材料；另一種是為了提高光效率，使用反光罩，使光線更集中地投到發(fā)光天棚的透光面上。如圖。1.發(fā)光天棚第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日2.光梁和光帶將發(fā)光天棚的寬度縮小為帶狀發(fā)光面，就成為“光梁”或“光帶”。光帶的發(fā)光表面與天棚表面平齊，光梁則凸出于天棚表面。光學(xué)特性與發(fā)光天棚相近。光帶的缺點：由于發(fā)光面和天棚處于同一平面，無直射光射到天棚上，使二者的亮度相差較大。為改善這種狀況，可采用光梁。光帶的軸線最好與外墻平行布置，并且使第一排光帶盡量靠近窗子，這樣，燈光照明和天然光線方向一致，可減少出現(xiàn)不利的陰影和不舒適眩光的機(jī)會。第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日3.格片式發(fā)光天棚構(gòu)造原理：如圖。格片是用金屬薄板或塑料板組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；保護(hù)角由格片的高和寬形成，常作成；格片上方的光源，把一部分光直射到工作面上，另一部分則經(jīng)過格片反射（不透光材料）或反射兼透射（擴(kuò)散透光材料）后進(jìn)入室內(nèi)；光效率取決于保護(hù)角和格片所用材料的光學(xué)性能。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日如圖幾種照明形式的光源表面亮度比較。發(fā)光面亮度太高易引起眩光，常采用的方法中最常用的就是格片式發(fā)光天棚。格片天棚表面亮度的均勻性是由它上表面照度的均勻性決定的。它隨燈泡的間距和它離格片的高度而變。采用裸燈時，若格片用不透明材料作成，則小于或等于格片的保護(hù)角；用透明材料做格片時，小于或等于2即可。第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期日格片式天棚的優(yōu)點：亮度較低；可根據(jù)不同材料和剖面