灯具与照明设计第二章课件.ppt

第二章 室内照明光源,2.1 光源特性,光源分为两大类：,大自然之光,年前元谋人钻木取火5000年前油灯开始使用2500年前出现蜡烛1856多年前法国人迪格多.郎塔尼发明煤油灯1807应该人戴维发明碳极弧光灯1879年爱迪生发明电灯光源包含了光色特性、电气特性、机械特性、经济特性等,人工光源的进化史,2.1.1光通量,光通量：指光源在单位时间内发出的可见光量的总和，称为光源的光通量。符号：单位： Lm（流明）,光通量的大小会直接影响到配套灯具的：亮度、照度、光效。,照明计算中，光通量是用来衡量光源发光能力的基本量。电功率P表示光源消耗电能的快慢，单位为瓦特W。相同电功率的光源在同一时间内消耗的电能是相等的，但辐射出的光通量往往相差甚远。电光源所发出的光通量与消耗电功率P的比值称为该电光源的发光效率（简称光效），单位为流明/瓦（lm/W），也就是每瓦电力所发出的量，其数值越高光源的效率越高。公式为： =/P光效是衡量一个好的灯具是否节能的基本标准。,指可见光在某一特定方向上单位立体角内发出的光通量，称为光源在该方向的发光强度，简称光强。符号: I单位：cd（坎德拉）,也是点光源发光强弱的一个基本度量。,2.1.2发光强度,根据定义，公式为：I= /其中，I为（角度）方向上的光强，cd； 为光通量，lm； 为立体角（单位球面度，符号sr）。光强的强弱表明了发光体在空间发射的汇聚能力，简单来说发光强度就是用来描绘光源到底有多亮。光强通常以光强分布曲线来表示。辉度是对（消色）发光强度的主观感受，或“一个视感觉的属性，对应区域发射光线的多少”。,2.1.3光强分布曲线,在通过光中心的平面上，将光源或照明器在空间各方向的发光强度表示为角度函数曲线，通常以极坐标或直角坐标表示。也称配光曲线，设计上也叫光域网或IES 。其主要用途是：1、提供灯具光分布特性的大体概念2、计算灯具某一点产生的照度3、计算灯具的亮度分布,PAK-S06-127W-W（射灯）,（1）水滴形光强分布曲线：,PAK-A08-128（荧光灯）,（2）蝙蝠形光强分布曲线：,2.1.4照度,即光照强度，指光源照射在被照物体单位面积上的光通量。符号：E 单位：Lux(lx,勒克司)或LM/M2(流明每平方米)照度是照明设计中的一个必须考虑的因素。,根据定义，公式为：E= /A其中，E为受照面的照度（lx）； 表示受照面所受的光通量（lm）；A表示受照面的面积（M）。米制单位中，照度单位是流明每平方米（即1勒克斯是1流明的光通量均匀照射在1平方米面积上所产生的照度），另一种是“英尺烛光”（fc），两者换算关系：1fc=10.76lx。照度是客观存在的物理量，人是无法直接感受的。,色温与照度的关系,例如：商店照明设计通过色温与照度的搭配，能够创造个性化的店铺空间，但色温与照度的搭配不洽当，同样会影响整体效果。,高照度 高色温（舒适）,低照度 低色温(舒适),高照度与低色温(忧闷、烦热),照度低色温高的空间阴湿的空间印象。阴郁的空间印象。,照度高色温低的空间感觉很闷热的空间印象,绿色的线条内是基本上让人感觉心情舒畅的范围。（只从色温和照度的视点）,2.1.5亮度,亮度：是指人的眼睛从某一方向看到某物体所反射过来的光强，也就是物体表面接受的光线,反射到人眼的强弱。物理的反射率越大，被照物体的亮度会越高。符号： L单位： cd/m2(坎德拉每平方米),它的强弱会被外界所影响。,在室内环境中，由于室内表面的反射特性不同，人们的观察角度不同，所以被照物体表面的亮度就不同，所以亮度还分为物理亮度和视觉亮度。物理亮度也就是用亮度计测得的亮度；视觉亮度是指人的主观亮度，就是人对被照物体表面亮度的视觉感受。视觉亮度主要与亮度分布、亮度对比有关。,2.1.6光束角,定义：指于垂直光束中心线之一平面上，发光强度等于50%最大光强度的二个方向之 间的夹角。一般分为：窄光束：光束角40度。重点照明必备知识,最大光强的1/2,光束角24,光束角对光环境的影响,光束角38,锥度图,重点照明的程度由以下因素决定:-射灯的角度及与商品的距离;-光束的大小、 形状、漫射光的强度及范围;-投射灯的角度不同,产生的效果也会很不同.,2.1.7眩光,眩光是由于光线亮度分布不适宜或者亮度变化太大，存在极端的对比，以致引起人眼视觉不舒适感或造成视力下降的现象，称为眩光。照明中眩光一般指：失能眩光和不舒适眩光两类。,视觉光环境产生的方式：直射炫光，间接炫光。,眩光带来的影响：影响视力视觉疲劳精力不集中,2.1.8光源衰减,光源衰减分为：时间光衰与距离光衰。,光的传播：分为直射，反射，折射，全反射，漫反射等等，不同的传播方式，那么它的照度与亮度都有所差异。,时间光衰：光源在使用一定时间后，发出的光通量低于初始值。距离光衰：因距离，或者过滤层而使光通量降低。,2.1.9光源颜色偏移,不同电压下,一个灯辐射出的颜色可能会极大的偏移。白炽灯当调光时在低压下倾向于减少蓝色调。气体放电灯也会受调光影响，当预热至稳定发光的那几分钟内产生如日出的颜色变化。一般超过寿命时，灯的光色会有极大的变化。,2.1.10光源寿命,光源寿命的定义:有效寿命: 灯到不能工作(不亮/不起动/颜色失效)的时间;经济寿命:灯的光通量衰减到一定比例(室内80,室外70）所用的时间;平均寿命:一组灯中50失效的工作时间称为平均寿命.,2.2 光源种类,2.2.1光源家族,热辐射,白炽灯GSL普通白炽灯泡PAR反射型白炽灯,低压钠灯,无极灯,荧光灯,高压汞灯,高压钠灯,平面可弯曲发光材料EL,发光二极管,（低压）,（高压）,气体放电发光,电致发光,光源,卤钨灯卤钨灯珠卤钨灯杯,有机电致发光二极管 O L E D,弧光放电发光,辉光放电发光,霓虹灯,白炽灯,荧光灯,金卤光源,卤素灯,金卤光源,LED光源,OLED灯,2.2.2热辐射发光光源,热辐射发光光源主要是利用电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。热辐射光源有白炽灯和卤素灯。,卤素光源,3.卤素PAR 灯,1.MR卤素灯杯,2.防眩光卤素灯杯,2.2.3气体放电发光电光源,利用电流通过气体发射光的光源，分别为高压气体电光源、低压气体电光源以及辉光发光电光源。其具有发光效率高、寿命长和使用范围广等优势。（1）低压气体电光源主要有荧光灯、紧凑型荧光灯以及低压钠灯。,（2）高压气体电光源主要有金卤灯、高压钠灯和高压汞灯。,（3）辉光发光电光源指冷阴极管发光光源，此类光源是由正辉光放电柱产生光。如霓虹灯，此类光源通常需要很高的电压，能耗大，成本高，一般为特殊工作定制，室内照明中用的较少。,2.2.4电致发光电光源,指在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能，包括场致发光光源和发光二极管两种。,2.3 室内照明常用光源,2.3.1白炽灯（1）白炽灯基本元件,（2）白炽灯的种类1、GLS灯。是最常用最常见的标准型白炽灯的简称。常用灯泡类型有ASBGST型，其根据灯泡的不同形状来命名。2、卤钨灯。灯泡的填充气体含有部分卤族元素或卤化物的充气为卤钨灯。卤族元素的参与消除了普通钨丝白炽灯灯泡黑化，并缓解了钨的蒸发，同时提高了光效、延长使用寿命。卤钨灯通常分为高压和低压型。高压型一般功率为100-2000W。灯管直径为80-330mm，主要用于室外泛光照明。低压型卤钨灯的代表是MR型卤钨灯和PAR灯，同时他们也是内置反射器的白炽灯。卤族元素指周期系A族元素。包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），简称卤素。它们在自然界都以典型的盐类存在 ，是成盐元素。,MR型卤钨灯即常见的灯杯、灯泡和反射镜封在一起，也是反射型白炽灯。低压卤钨灯比普通卤钨灯光强更大、颜色更鲜艳，MR灯小而亮，有一个集成的反射器带有二向色图层能将大多数热量向后反射，而可见光被精确聚焦。也有铝制MR灯将光和热同时向前反射，以减少对基座的热压力从而延长寿命。MR灯光束角从432度，直接从0.52lin（1in=2.54cm），常用的有MR11/35W、MR16/50W等。标准低压白炽灯包括PAR36和各式各样的微型灯。（MRXX代表MR型灯XX尺寸）PAR灯，亦称筒灯，有聚光和泛光型两类，光束角为560度。PAR灯聚光性强，光利用率高，所以与同功率的白炽灯相比照度更高。常用的有PAR38/12W、PAR56/300W等。,卤素PAR 灯,MR卤素灯杯,（3）白炽灯的工作特性普通的色温是定量的，约为2800K。白炽灯光色偏黄，人造光源当中白炽灯是显色性最好的，显色指数达99。白炽灯当中卤钨灯的光效最高，与普通白炽灯相比，光色更白一点，色调冷一些，色温一般为28003200K。白炽灯可调光，灯丝工作温度降低，同时灯的色温降低，灯的光效降低使用寿命延长。卤钨灯也可调光，但是需要变压器。,2.3.2荧光灯（1）荧光灯的基本元件荧光灯分传统型荧光灯和无极荧光灯，传统型荧光灯即低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光，因此它属于低气压弧光放电光源。无极荧光灯即无极灯，它取消了传统荧光灯的灯丝和电极，利用电磁耦合的原理，使汞原子从原始状态激发成激发态，其发光原理和传统荧光灯相似，有寿命长、光效高、显色性好等优点。是现今新型节能光源。电磁耦合：耦合是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象；概括的说耦合就是指两个实体相互依赖于对方的一个量度。变化的电场会产生磁场，而变化的磁场又会变成电场，磁场和电场相辅相生，相互影响即为电磁耦合。,无极荧光灯工作原理：荧光灯主要是通过镇流器给灯管灯丝加热,温度大约在1160K时,灯丝（电极）就开始发射电子(灯丝上涂有电子粉),电子碰撞氩原子时产生非弹性碰撞,氩原子受碰撞后获得了能量又撞击汞原子,汞原子在吸收能量后发生能态跃迁,发出253.7nm的紫外线辐射,紫外线辐射被荧光粉吸收,发出可见光。,（2）荧光灯产品分类1、直管形荧光灯。这种荧光灯属双端荧光灯。常见标称功率有4W，6W，8W，12W，15W，20W，30W，36W，40W，65W，80W，85W和125W。管径用T5，T8，T10，T12。目前较多采用T5和T8。T5显色指数30，显色性好，对色彩丰富的物品及环境有比较理想的照明效果，光衰小，寿命长，平均寿命达10000小时。适用于服装、百货、超级市场、食品、水果、图片、展示窗等色彩绚丽的场合使用。T8色光、亮度、节能、寿命都较佳，适合宾馆、办公室、商店、医院、图书馆及家庭等色彩朴素但要求亮度高的场合使用。T代表Tube,表示管状的，T后面的数字就是灯管直径。例：T8就是8个T，一个T是1/8英寸，一英寸等于25.4毫米，每一个T就是25.4除8等于3.175毫米，乘以后面的数字就是管径。,2、环形荧光灯除形状外，环形荧光灯与直管形荧光灯没有多大差别。常见标准功率有22W，32W，40W。主要提供给吸顶灯、吊灯等作配套光源，供家庭、商场等照明用。3、紧凑型荧光灯这种荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地联成一体（镇流器放在灯头内），除了破坏性打击，无法把它们拆卸，故被称为“紧凑型”荧光灯。由于无须外加镇流器，驱动电路也在镇流器内，故这种荧光灯也是自镇流荧光灯和内启动荧光灯。整个灯通过E27等灯头直接与供电网连接，可方便地直接取代白炽灯。这种荧光灯大都使用稀土元素三基色荧光粉，因而具有节能功能。E代表爱迪生螺纹的螺旋灯座，“E”后的数字表示灯座螺纹外径的整数值。,2.3.3金属卤化物灯（简称金卤灯）,（1）金卤灯的基本元件。金卤灯是高强度的气体放电灯（HID灯）,高强气体放电灯,高压钠灯高压钠灯使用时发出金白色光，具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等优点，但是显色性差。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电。这时候，灯泡工作电压很低，电流很大；随着放电过程的继续进行，电弧温度渐渐上升，汞、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常工作状态。在正常工作条件下，整个启动过程约需 10 分钟左右。,单端高压钠灯图片、规格,单端高压钠灯（管状/透明）,单端高压钠灯（椭圆/涂粉）,规格：70W、150W、250W、400W灯头：70W-150W为E27灯头；250W-400W为E40灯头色温：2000K光效：120-130Lm/W显色指数：20寿命：8000-14000小时,双端高压钠灯规格：70W、150W色温：2000K光效：120-130Lm/W显色指数：20寿命：6000-8000小时,双端高压钠灯图片、规格,高压钠灯特点,产品特点：1、在恶劣天气条件下的能见度好2、光效高达120Lm/W，发光面积大3、寿命最长可达14000小时，性能稳定4、不受点灯位置的影响,高压钠灯注意事项,1、高压钠灯工作电压不应超过5%的波动范围，否则灯的性能会受影响2、高压钠灯达到最大光通量约需6-15分钟，灯断电熄灭后，如需再启动，待灯管冷却5-6分钟后再行启动,所有的HID灯都是通过穿透蒸汽的高压电弧产生光。金卤灯因其汞蒸气发电管内添加了金属卤化物，金属原子参与放电而发出可见光而得名。金属卤化物可以大大提升所需金属的蒸汽压，防止活泼金属对石英电弧管的侵蚀。并且金属卤化物在放电时，除了产生高压汞蒸气谱线外，还能产生其他各种颜色的光谱，其外观光色呈白色，色温在29005200K，从而改善了光的显色性和光效。随着技术进步，金卤灯的形式多样，对光色、大学及光色的稳定性的改善，使它成为现代建筑中白炽灯很好的替代品。,（2）金卤灯种类金卤灯的结构形式多样，可分为单泡壳双端型、双泡壳双端型、双泡单端型和陶瓷金卤灯等。一般常用的室内照明光源是双炮单端型金卤灯和陶瓷金卤灯。1、双炮单端型金卤灯。外壳有两种：管状透明外壳和荧光粉椭球形外壳。在管状透明外壳金卤灯中，当电弧管中填充稀土金属卤化物时，70W和150W灯的色温为4000K，显色指数为80和85，常用于室内展示和重点照明当中；当冲入的气体是钪、钠金属卤化物时，光源色温为4000K，显色指数为60，室内外都可使用。在涂有荧光粉椭球形外壳金属卤钨灯中的电弧管中冲入钠、铊、铟卤化物的卤钨灯，功率为250W和400W，色温为4300K，显色指数为68，常用于室外照明和大型室内照明，如体育场。（作业：金卤灯的单泡壳和双泡壳区别）,2、陶瓷金卤灯陶瓷金卤灯（CMD灯）是采用半透明陶瓷作为电弧管的金卤灯，是石英金卤灯和钠灯的陶瓷技术的结合，集合了两者的照明优势。由于陶瓷管能耐更高的温度，陶瓷金卤灯比其他的金卤灯化学性质更稳定，且光效高、亮度高、显色指数高、寿命长，综合指数十分优越，是商业、体育场馆、道路等大空间照明的优选光源。现有的陶瓷金卤灯有35W、70W、150W等多种规格，其结构有采用管状灯泡外还有采用反射型外壳的PAR灯。,单端石英金卤灯外形：管状/透明,单端石英金卤灯外形：椭圆/透明,单端石英金卤灯外形：椭圆/涂粉,单端石英金卤灯,单端石英金卤灯外形：管状/透明规格：250W、400W色温：4000K灯头：E40寿命：10000小时显色指数：65点灯位置：水平45/20,单端石英金卤灯图片、规格,单端石英金卤灯外形：椭圆/透明规格：70W、150W、250W、400W色温：4000K灯头：E40寿命：10000小时显色指数：65-75点灯位置：垂直 20,单端石英金卤灯图片、规格,单端石英金卤灯外形：椭圆/涂粉规格：70W、150W、250W、400W色温：4000K灯头：E27、E40寿命：7000-10000小时显色指数：65-75点灯位置：垂直 20,单端石英金卤灯图片、规格,双端石英金卤灯外形：椭圆/透明规格：70W、150W色温：4000K寿命：5000-10000小时显色指数：71点灯位置：水平45/20 /任意,双端石英金卤灯图片、规格,规格：250W、400W灯头：E40颜色:红、绿、蓝、紫寿命:3000小时点灯位置：垂直45/20,使用场所装饰性泛光照明：宾馆、雕像、旅游胜地多功能照明：宣传性照明、季节性照明,单端石英金卤灯（彩色）,规格：70W、150W灯头：RX7S颜色:红、绿、蓝寿命:3000小时点灯位置：水平 20,双端石英金卤灯（彩色）,单端陶瓷金卤灯G12规格：35W、70W色温：3000K、4200K显色指数：85、90光效：95-115Lm/W,单端陶瓷金卤灯G8.5,单端陶瓷金卤灯,单端陶瓷金卤灯特点,电弧管主流的结构构件形式,三段式结构（飞利浦、GE）两段式结构（欧司朗）整体式结构（三雄极光）,单端陶瓷金卤灯PAR20规格：35W、70W色温：3000K、4200K显色指数：85(3000K)，90(4200K),单端陶瓷金卤灯PAR30规格：35W、70W色温：3000K、4200K显色指数：85(3000K)，90(4200K),单端陶瓷金卤灯,石英金卤的内胆是透明的,陶瓷金卤的内胆为半透明带点乳白，内胆形状较规则,从内胆区别,点灯位置的几种情况：水平 20 或 45 垂直 20 或 45 任意（没有限制）,1、金卤灯工作电压不应超过5%的波动范围，否则灯的性能会受影响2、金卤灯对点灯位置有一定的要求，在灯具安装使用时必须注意位置是否正确，否则会导致色温偏差、不能正常启动，甚至烧毁灯泡和镇流器3、金卤灯达到最大光通量需约6-10分钟，灯断电熄灭后，如需再启动，待灯冷却10分钟后再启动,金卤灯注意事项,金卤灯的优点金属卤化物灯的最大优点是发光效率特别高，光效高达56110Lm/W，正常发光时发热少，因此是一种冷光源。由于金属卤化物灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱，故显色指数特别高，即彩色还原性特别好，显色指数在6093之间。另外，金属卤化物灯的色温高，可达50006000K，专用投影机灯可达700020000K。在同等亮度条件下，色温越高，人眼感觉越亮。,金卤灯的缺点金属卤化物灯因亮度高、体积小，故相对寿命短，由于材料、工艺的限制，如今国产金属卤化物灯寿命在8000小时。对电源和电压的波动比较敏感，同时对镇流器、工作位置也有一定要求。,2.3.4 发光二极管LED,（1）LED的基本元件一种将电能转化为可见光的半导体，其核心是PN结，在半导体PN结中通以正向电流，从P区注入N区的空穴和有N区注入P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。,（2）LED常用种类1、直插型LED2、SMD型LED，又称贴片型LED，主要用于3C产品。（所谓“3C产品”，就是计算机（Computer）、通信（Communication）和消费类电子产品（ConsumerElectronics）三者结合，亦称“信息家电”。）3、大功率型LED,LED芯片分类,LED光源与配光,常见中功率芯片封装形式：,恒压电源应用,恒流电源应用,常见LED光源,三雄极光照明现在已上市的LED光源,定向照明光源,基础照明光源,装饰照明光源,各种LED光源也有不同种色温的产品,LED光源应用到各种射灯中,既存光源,光源,球泡散热,白炽灯泡,球泡,白炽灯泡与球泡,光源的辉度感,光源的方向性,各种LED光源,（3）LED的工作特性1、理论寿命长达10万小时，实际寿命越5万小时。2、LED响应时间比其他光源短。3、LED光源结构牢固，使用环氧树脂封装的半导体发光固体光源，其结构不包含玻璃、灯丝等易损器件。4、LED功耗低，是一种节能光源。5、LED可多色发光。6、应用广泛。,2.4 光源的形式与应用,2.4.1光源的形式（1）点光源一般指体量相对较小的单体灯具，如筒灯、射灯、小型吊灯等。点光源是目标性很强的光源形式，在界面上可以打造稳定及有秩序的感觉；在特定的区域中可以打造局部空间集中、明确醒目的感觉，加大空间中的对比度；当点光源聚集起来的时候，创造出不一样的空间氛围。,（2）线光源线形灯具、线形反光灯槽等发光面较窄的灯具及照明方式。主要起到装饰照明作用。,（3）面光源指面光，如有遮光罩透射的光源，具有柔化照明光源、均匀照度的作用，是室内照明中常用的照明方法。,2.4.2光源的色彩应用（1）直接采用光源色,（2）采用彩色透明或半透明材料制作的发光物体,（3）光影的颜色，阴影的颜色。,