室外照明设计.ppt

第五章室外照明设计,第五章 室外照明设计,室外照明,建筑物的立面照明,装饰照明,广场照明,体育设施照明,道路照明,庭园照明,明视照明,饰景照明,第一节 道路照明,路面的平均亮度,路面亮度分布的均匀程度,照明器眩光程度,路灯排列,道路照明质量评价指标,一、道路照明指标,1道路照明评价,道路照明是为机车驾驶员和路人提供一个良好的视觉安全可靠条件，特别是保障车辆夜间在道路上能安全、迅速地行驶，驾驶员的视觉可靠性取决于照明条件下观察路面变化的能力和舒适感，即视功能和视舒适。,表5-1 确定视觉可靠性的照明评价指标,（1）亮度水平,（2）亮度均匀性,路面亮度的总均匀度是指路面上最小亮度与平均亮度的比值。,（3）眩光,CIE关于交通道路照明设计的描述中，失能眩光被表示为“阈值增量（TI）”。它是前方道路上物体为补偿来自灯具直接光的失能效应在对比上所需的百分比增量。,2CIE道路分类及各种道路照明的推荐值,表5-2 CIE的道路分类,（1）城市道路分类,（2）各种道路照明的推荐值,表5-3 CIE对各种道路照明的推荐值,表5-4 机动车交通道路照明标准值,表5-5 交会区照明标准值,表5-6 人行道路照明标准值,（5）机动车交通道路一侧或两侧设置的人行道路照明，当人行道与非机动车道混用时，人行道路的平均照度值与非机动车道路相同。当人行道路与非机动车道路分设时，人行道路的平均照度值宜为相邻非机动车道路的照度值的1/2，但不得小于5lx。,使用以上几表时应注意以下几点：,（1）对同一级道路选定照明标准值时，应考虑城市的性质和规模，中心城市可选择表5-4中的低档值。,（2）对同一级道路选定照明标准值时，交通控制系统和道路分隔设施完善的道路，宜选择表5-4中的低档值，反之以选择高档值。,（3）当各级道路选取低档照度值时，相应的交会区应选取表5-5中的低档照度值，反之则应选取高档照度值。,（4）机动车交通道路一侧或两侧设置的与机动车道没有分隔的非机动车道道照明应执行机动车交通道路的照明标准；与机动车交通道路分隔的非机动车道路的平均照度值宜为相邻机动车交通道路的照度值的1/2。,3路面的平均亮度,道路表面或路面上的物体能被人们看清楚，主要取决于物体的反射光线。反射光线愈多视感觉愈强烈，物体看得越清楚。,落到路面上的照度大小并不能直接说明视感觉的强烈程度，而应取决于路面或物体的表面亮度。该亮度取决于每一单位亮度区辐射出的光量总数以及相对观察者方向的立体角。,纵向均匀度:平行于道路轴线的车行或人行道上路面最小亮度与路面最大亮度的比值，它对视舒适影响极大。,4路面亮度分布的均匀程度,路面亮度分布的均匀度包括亮度总均匀度、亮度纵向均匀度和亮度梯度。,路面亮度总均匀度，一般要求该值不应低于0.4，才能保持一个可以接受的察觉能力。,“斑马效应”,一般建议主要道路的纵向均匀度最小值为0.7左右，以保证足够的视舒适水平，对次要的道路，可降为0.5左右。,亮度梯度指覆盖在路面上的亮度变化率，它对视舒适有重要影响。,5采用的照明器眩光程度,失能眩光,不舒适眩光,使视觉减弱的眩光称为失能眩光,使眼睛产生不舒适感的眩光称为不舒适眩光，其眩光程度用眩光控制等级GF表示。,眩光的控制主要从正确选择灯具和调整其安装高度等方法解决。眩光控制等级GF分为九级，表5-7是眩光控制等级和主观评价对应关系。,表5-7 眩光控制等级和主观评价对应关系,（4）照明布局。,6路灯排列的诱导性指标,视觉诱导,光学诱导,常用的利用照明设施实现视觉诱导性的方法：,（1）利用照明系统本身的改变实现诱导性。,（2）利用光颜色变化实现诱导性。,（3）利用灯具的式样和安装高度不同实现诱导性。,二、道路照明光源和灯具的选择,1道路照明光源的选择,道路照明光源要根据光源的效率、光通量、使用寿命、光色和显色性、控制配光的难易程度及使用环境等因素综合选择，一般选用钠灯和金属卤化物灯。,常用的道路照明光源的选择应符合下列规定：,（5）道路照明不应采用自镇流高压汞灯和白炽灯。,（4）市中心、商业中心等对颜色识别要求较高的机动车交通道路可采用金属卤化物灯。,（2）居住区机动车和行人混合交通道路宜采用高压钠灯或小功率金属卤化物灯。,（1）快速路、主干路、次干路和支路应采用高压钠灯。,（3）商业区步行街、居住区人行道路、机动车交通道路两侧人行道可采用小功率金属卤化物灯、细管径荧光灯或紧凑型荧光灯。,2道路照明灯具的种类与选择,三种类型,常规灯具,链式灯具,投光灯具,安装在灯杆上或墙壁上，它的发光方向沿着道路走向,悬挂在钢丝绳上，发光方向主要横跨马路的,主要用于高杆照明，如立交桥以及大面积户外照明等。,1）相关术语,灯具安装在高度通常为15m以上的灯杆上，按一定间距有规律地连续设置在道路的一册、两侧或中间分车带上进行照明的一种方式。采用这种照明方式时，灯具的纵轴垂直于路轴，使灯具所发出的大部分光射向道路的纵轴方向。,（1）常规照明 conventional road lighting,（2）高杆照明 high mast lighting,一组灯具安装在高度大于或等于20m的灯杆上进行大面积照明的一种照明方式。,灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0o75o之间，90o角和80o角方向上的光强最大允许值分别为50cd/10001m和l00cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90o角方向上的光强最大值不得超过1000cd。,（3）半高杆照明(也称中杆照明)semi-high mast lighting,一组灯具安装在高度为1520m的灯杆上进行照明的一种照明方式。当按常规照明方式配置灯具时，属常规照明；按高杆照明方式配置灯具时，属高杆照明。,（4）截光型灯具 cut-off luminaire,灯具的最大光强方向与灯具向下垂直轴夹角在0o65o之间，90o角和80o角方向上的光强最大允许值分别为l0cd/10001m和30cd/1000lm的灯具。且不管光源光通量的大小，其在90o角方向上的光强最大值不得超过1000cd。,（5）半截光型灯具 semi-cut-off luminaire,（6）非截光型灯具 non-cut-off luminaire,灯具的最大光强方向不受限制，90o角方向上的光强最大值不得超过l000cd的灯具。,（7）泛光灯 floodlight,光束扩散角(光强为峰值光强的1/10的两个方向之间的夹角)大于10o、作泛光照明用的投光器。通常可转动并指向任意方向。,（8）灯具效率 luminaire efficiency,在相同的使用条件下，灯具发出的总光通量与灯具内所有光源发出的总光通量之比。,（9）维护系数 maintenance factor,照明装置使用一定时期之后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新安装时在同一表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。,（10）灯具的安装高度 luminaire mounting height,灯具的光中心至路面的垂直距离。,（11）灯具的安装间距 luminaire mounting spacing,沿道路的中心线测得的相邻两个灯具之间的距离。,灯具的光中心至邻近一侧缘石的水平距离，即灯具伸出或缩进缘石的水平距离。,（12）悬挑长度 overhang,沿着道路恰当地安装灯杆、灯具，可以给驾驶员提供有关道路前方走向、线型、坡度等视觉信息，称其为照明设施的诱导性。,（13）灯臂长度 bracket projection,从灯杆的垂直中心线至灯臂插入灯具那一点之间的水平距离。,（14）路面有效宽度 effective road width,用于道路照明设计的路面理论宽度，它与道路的实际宽度、灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关。当灯具采用单侧布置方式时，道路有效宽度为实际路宽减去一个悬挑长度。当灯具采用双侧(包括交错和相对)布置方式时，道路有效宽度为实际路宽减去两个悬挑长度。当灯具在双幅路中间分车带上采用中心对称布置方式时，道路有效宽度就是道路实际宽度。,（15）诱导性 guidance,单位路面面积上的照明安装功率(包含镇流器功耗)。,（16）环境比 surround ratio,车行道外边5m宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5m宽车行道上平均水平照度之比。,（17）(道路)照明功率密度 lighting power density(of road surface),支路宜采用半截光型灯具。,2）道路灯具选择应注意以下几个方面,（1）道路及与其相关的场所使用的灯具按用途可分为功能性灯具和装饰性灯具。,为了定性满足不同级别道路对眩光限制的不同要求，机动车道照明应采用符合下列规定的功能性灯具：,快速路、主干路必须采用截光型或半截光型灯具；,次干路应采用半截光型灯具；,（2）在禁止机动车通行的商业步行街、人行道路、人行地道、人行天桥等场所，对眩光限制不是很严格，灯光有适度的耀眼效果反而有利于创造一种活跃的气氛，因此对灯具的配光性能要求可以适当放宽，在此类场所可以采用兼顾功能性和装饰性两方面要求的灯具或者是装饰性灯具。,（7）高强度气体放电灯的触发器、镇流器与光源的安装距离应符合产品的要求。,（3）采用高杆照明时，应根据场所的特点，选择具有合适功率和光分布的泛光灯或截光型灯具。这是为了在满足照射范围内的平均照度和均匀度的前提下，控制高杆灯的照射范围和限制眩光。,（4）为了减少维护工作量，提高灯具的维护系数，节约电能，可采用密闭式道路照明灯具时，光源腔的防护等级不应低于IP54。环境污染严重、维护困难的道路和场所，光源腔的防护等级不应低于IP65。灯具电气腔的防护等级不应低于IP43。,（5）空气中酸碱等腐蚀性气体含量高的地区或场所宜采用耐腐蚀性能好的灯具。通行机动车的大型桥梁等易发生强烈振动的场所，采用防振型灯具。,（6）高强度气体放电灯宜配用节能型电感镇流器，功率较小（1500W以下）的光源可配用电子镇流器。,三、道路照明的布灯方式,常规照明方式是在灯杆上安装12盏路灯，灯杆高度通常为1215m。当高度在1520m称为半高杆照明，大于或等于20m称为高杆照明。,常规照明方式,高杆照明方式,链式照明方式,因此，可以应用于道路本身、立体交叉点、停车场、桥梁等处。,1常规照明方式,照明灯具安装在高度为15m以下的灯杆顶端，并沿道路布置灯杆。,使用方式最广泛,特点,可以在需要照明的场所任意设置灯杆，而且照明灯具可以根据道路线型变化而配置。,由于每个照明灯具都能有效地照亮道路，所以不仅可以减少灯的光通量，减小灯泡功率，降低成本，而且能在弯道上得到良好的诱导性。,（a）（b）（c）（d）（e）图5-1 常规照明布灯方式（a）单侧布置（b）双侧交错布置（c）双向对称布置（d）横向悬索布置（e）中心对称布置,表5-8 道路照明灯具推荐布置方式,要使路面亮度分布均匀，经济合理，很大程度上取决于灯具的合理配置。对不同宽度的道路，可采用不同排列方式的灯具组合，从而形成不同的配置方式。表5-8列出了推荐使用的配置情况。,表5-9 灯具的配光类型、布置方式与灯具的安装高度、间距的关系,注：Weff为路面有效宽度（m）。,（5）高秆一般在车道以外安装，易于维修、清扫和换灯，不影响交通秩序；,2高杆照明方式,高杆照明就是在1540m的高秆上装多个有大功率光源的照明灯具，以少数高秆进行大面积照明的方式。这种照明方式适用于复杂的立体交叉点、会合点、停车场、高速公路的休息场、广场等大面积照明的场所。,优点,（1）照明范围广阔，光通利用率高；,（2）使用高效率，大功率光源，经济性好；,（3）由于杆塔很高，下面亮度均匀度高；,（4）用于道路交叉或立体交叉点时，车辆驾驶人员很容易从远处看到高杆照明，便于预知前方情况；,（6）可以兼顾附近建筑物、树木、纪念碑等的照明，以改善环境照明条件，并可兼作景物照明。,（1）按不同条件选择平面对称、径向对称和非对称三种灯具配置方式。,在采用高杆照明方式时，应注意以下几个问题:,（a）平面对称（b）径向对称（c）非对称图5-2 高杆灯灯具配置方式,布置在宽阔道路及大面积场地周边的高杆灯,布置在场地内部或车道布局紧凑的立体交叉的高杆灯,布置在多层大型立体交叉或车道布局分散的立体交叉的高杆灯,（4）高杆照明不是艺术照明而是功能性很强的一种照明方式。,（2）高杆灯安装位置的选择非常重要，如果选择得不合适会带来下列问题：,维修时会影响正常交通；,可能会发生汽车撞杆事故；,不利于限制眩光。,因此一般都不把高杆灯设在路缘石附近或道路中央宽度有限的分车带上。,（3）灯具的最大光强投射方向和垂线夹角不宜超过65o，确保眩光限制在规定的范围之内。,设计的基本原则,首先要考虑功能，在满足功能要求的前提下尽量做到美观，决不能一味追求美观而牺牲功能。,其次是不同的照明场所和环境对美观的要求应有所不同。,（5）杆柱数量减少，事故率很低。,3悬链照明方式,悬链，又称悬挂线或吊架线。在档距较大的杆柱上张挂钢索作为吊线，吊线上装置多个照明灯具的照明方式称为悬链式照明。,优点,（1）照明灯具的排列间隔比较密，还可以装置成使配光沿着道路横向扩展的方式，因而可以得到比较高的照度和较好的均匀度。,（2）由于照明灯具配光扩展方向沿道路横向发射，因此可以把灯具配光接近水平方向的光强加大，而眩光却很少，以形成一个舒适的光照环境。此种配光在雨天路面潮湿的情况下更具有优越性。,（3）照明灯具布置较密，有良好的诱导性。,（4）照明灯具的光束沿着道路轴向直线分布。路面的干湿度不同时，亮度变化少，即晴天和雨天均有良好的照明效果。,十字交叉路口的灯具可根据道路的具体情况，分别采用单侧布置、交错布置或对称布置等方式。大型交叉路口为了达到路口中心区的亮度（照度）标准，可另行安装附加灯杆和灯具，并应限制眩光。当有较大的交通岛时，可在岛上设灯，也可采用高杆照明。,4道路及其相连的特殊场所照明设计要求。,1）平面交叉路口的照明。,设计时应注意以下几点：,平面交叉路口的照明水平应符合交会区照明标准值的规定，且交叉路口外5m范围内的平均照度不宜小于交叉路口平均照度的l/2。这样才能突出交叉路口，使驾驶员在停车视距之外就可以清晰看见交叉路口，引起驾驶员的注意。,为了提供良好的诱导性，交叉路口可采用与相连道路不同色表的光源、不同外形的灯具、不同的安装高度或不同的灯具布置方式。,十字交叉,T形交叉,环形交叉,环形交叉路口的照明应充分显现环岛、交通岛和路缘石。当采用常规照明方式时，宜将灯具设在环形道路的外侧(图5-4)。通向每条道路的出人口的照明应符合交会区照明标准值的要求。当环岛的直径较大时，可在环岛上设置高杆灯，并应按车行道亮度高于环岛亮度的原则选配灯具和确定灯杆位置。,T形交叉路口在道路尽端设灯，如图5-3所示。不但可以有效地照亮交叉区域，而且也有利于驾驶员识别道路的尽端，以免误认为道路继续向前延伸，从而减少发生交通事故的几率。,图5-3 T形交叉路口灯具设置,图5-4 环形交叉路口灯具设置,2）曲线路段的照明。,（2）半径在1000m以下的曲线路段，灯具应沿曲线外侧布置，并应减小灯具的间距，间距宜为直线路段灯具间距的50%70%(图5-5)，半径越小间距也应越小。悬挑的长度也应相应缩短。在反向曲线路段上，宜固定在一侧设置灯具，产生视线障碍时可在曲线外侧增设附加灯具（图5-6）。,（1）半径在1000m及以上的曲线路段，其照明可按照直线路段处理。,图5-5 曲线路段上的灯具设置,图5-6 反向曲线路段上的灯具设置,灯具对提高道路表面亮度的贡献更大。,当曲线路段的路面较宽需采取双侧布置灯具时，宜采用对称布置。不宜采用交错布置，因采用交错布置有可能失去诱导，导致交通事故。,灯具沿曲线外侧布置比沿内侧布置所具有的优点是：,灯具能更好地标示道路的走向，即诱导性好。,转弯处的灯具不得安装在直线路段灯具的延长线上（图5-7)，以免驾驶员误认为是道路向前延伸而导致事故。,图5-7 转弯处的灯具设置,不正确,正 确,在道路的急转弯处，由于视距短，一旦出现紧急情况，驾驶员没有从容的反应时间，因此需提高对照明的要求，让道路的形式及环境状况（如路缘石、护栏等）清楚地显示出来。,小型立体交叉可采用常规照明。大型立体交叉采用高杆照朗可以避免灯杆林立的现象，还可以使整个立交区域获得充分的环境照明，创造出类似于白天的照明条件，有利于提高驾驶员的视觉功效；降低撞杆事故发生几率；还可以减少维护点和维护工作量等。因此，大型立体交叉宜优先考虑采用高杆照明方式。,（3）立体交叉的照明。,由于立交的车道多，车道的转弯、起伏及穿叉很复杂，所以当立体交叉采用常规照明时，不宜设置太多的光源和灯具，即要尽量减少发光点，以避免发光点太多引起驾驶员的视觉混乱，于诱导不利。,将灯具直接安装在栏杆上的优点：,（4）城市桥梁的照明。,较窄的桥面使得桥梁栏杆可能位于与其相连的道路内，所以需要提供足够的栏杆立面照明或在人口处直接安装灯具以引起驾驶员的注意。,大型桥梁和具有艺术、历史价值的中小型桥梁的照明应进行专门设计，应满足功能要求，并应与桥梁的风格相协调。,桥梁照明产生眩光即的可能性大，而且所造成的危害也更严重，所以桥梁照明限制眩光十分重要。,不会给在桥下的道路上行驶的驾驶员或桥下航道航行的船只领航员造成眩光；,克服了灯杆林立现象；,不会破坏桥梁及其附近环境景观，同时具有良好的诱导性。,缺点：灯具安装位置低，导致桥面亮度和照度均匀度难于达到标准要求，并且容易受到污染而变脏，使照明效果大为降低，也导致清扫周期大大缩短，维护工作量增加；灯具也容易遭到人为破坏；一次性投资大；对在桥上行驶车辆的驾驶员造成的眩光不易限制。,专门设置照明的人行天桥桥面的平均水平照度不应低于5lx，阶梯照度宜适当提高，且阶梯踏板的水平照度与踢板的垂直照度的比值不应小于2:1。,（5）人行地道的照明。,（6）人行天桥的照明。,天然光充足的短直线人行地道，可只设夜间照明。,附近不设路灯的地道出人口，应设照明装置。,地道内的平均水平照度，夜间宜为301x，白天宜为1001x；最小水平照度，夜间宜为15Ix，白天宜为50Ix。并应提供适当的垂直照度。,跨越有照明设施道路的人行天桥可不另设照明，紧邻天桥两侧的常规照明的灯杆高度、安装位置以及光源灯具的配置，宜根据桥面照明的需要作相应调整。当桥面照度小于2lx、阶梯照度小于5lx时，宜专门设置人行天桥照明。,应防止照明设施给行人和机动车驾驶员造成眩光。,随着国民经济和城市建设的发展，在居住区，光干扰问题越来越突出，应引起足够的重视。,（7）居住区道路照明。,居住区人行道路的照明水平应符合人行道路照明标准值。,行人和非机动车交通道路对眩光限制的要求不是很严格，光线适当有点耀眼反而可以活跃气氛，增加环境的吸引力，因此，重点是要限制在视平线方向不能有太强的光线。,表5-10 CIE关于限制光干扰的推荐值,人行横道属于机动车和行人道交会区，是交通事故易发区域，因此，人行横道的照明十分重要。设计时，可考虑以下几方面。,（8）人行横道的照明。,平均水平照度不得低于人行横道所在道路的1.5倍。人行横道应增设附加灯具。可在人行横道附近设置与所在机动车交通道路相同的常规道路照明灯具，也可在人行横道上方安装定向窄光束灯具，但不应给行人和机动车驾驶员造成眩光。可根据需要在灯具内配置专用的挡光板或控制灯具安装的倾斜角度。可采用与所在道路照明不同类型的光源。其目的是为了突出人行横道，以警示机动车和行人，有助于交通安全。,机动车交通道路两侧的行道树、绿化带、人行天桥、行驶机动车的桥梁、立体交叉等处设置装饰性照明时，应将装饰性照明和功能性照明结合设计，装饰性照明必须服从功能性照明的要求。应合理选择装饰性照明的光源、灯具及照明方式。装饰性照明亮度应与路面及环境亮度协调，不应采用多种光色或多种灯光图式频繁变换的动态照明，应防止装饰性照明的光色、图案、阴影、闪烁干扰机动车驾驶员的视觉。设置在灯杆上及道路两侧的广告灯光不得干扰驾驶员的视觉和妨碍对交通信号及标识的辨认。,（9）道路两侧设置非功能性照明时应注意的问题。,四、道路照明计算,逐点法计算路面任意点的水平照度,利用系数法计算路面平均照度,（5）对几种设计方案进行技术经济和能耗的综合分析比较，适当考虑当地的习惯、爱好，最终确定一种最佳设计方案。,（1）根据光源、灯具的配光特性、电气特性等初步选择光源和灯具。根据当地条件和实践经验初选灯具布置方式、灯具的安装高度、间距、悬挑长度和仰角。,（3）将计算的结果与要求的标准值进行比较。若计算结果达不到或超过标准，应调整设计方案，变更灯具的类型、布置方式、安装高度、间距、光源类型、功率等，重新进行计算直至符合标准。如此反复，通常可以做出几种都能符合标准的设计方案。,（4）用机动车交通道路的照明功率密度值进行校核，以达到节能标准。,（2）进行平均亮度等参数的计算。,1道路照明设计步骤,2计算公式,平均照度,灯 间 距,（5-2）,（5-3）,图5-8 道路一侧路灯照明利用系数计算,路灯的利用系数曲线是以灯垂直路面的垂线为界，一侧为车道侧，另一侧为人行道侧的条件绘制得到的。利用系数的变化按照路宽W与灯的安装高度h之比Wh给出相关曲线值。路面总利用系数U按图5-8求出。,3利用系数U的确定,灯具布置图,利用系数曲线,例5-1 某道路宽15m，为次干道，选用半截光型灯具，路面为沥青混凝土，试设计道路照明。,4道路照明计算举例,解：（1）选用HR-ZD407型灯具，光源为150W高压钠灯，照度设计为10lx，采用对称布灯方式，仰角为15，见图5-9。,图5-9 道路照明计算布灯（m）,（2）按图5-10查出利用系数。,图5-10 HR-ZD407型灯具利用系数曲线,人行道侧利用系数 U1=1.510=0.04（查图5-10人行道侧曲线）车道侧利用系数 U2=13.510=0.29（查图5-10车道侧曲线）总利用系数 U=0.290.04=0.33,灯杆高度一般取路宽的60%以上，所以灯杆高度h=0.615=9（m）,取灯杆高为10m。,（3）求平均照度 NG-150型光源光通=16000lm，维护系数K=0.65，灯间距S=40m。根据公式5-2，则,可见，大于设计标准10lx是合理的。,