高层建筑电气设计基础_第三章_照明系统设计.ppt
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1、高层建筑电气设计,第三章 照明系统设计,电气照明的基本知识 光源、灯具的选择与布置 照明标准与照度计算 室内照明设计 室外照明设计 照明配电系统设计 应急照明系统设计,本章学习内容,第1节 电气照明的基本知识,现代物理学证实,关于光的本质有两种理论,即电磁理论和量子理论。 光的电磁理论认为光是在空间传播的一种电磁波,而电磁波的实质是电磁振荡在空间的传播。 光的量子理论则认为光是由辐射源发射的微粒流。,1.1 光的基本概念,电磁波波谱图如图所示。电磁波的波长范围极其宽广,光只是其中的一个范围。 波长小于380 nm的电磁辐射叫做紫外线;波长大于780 nm的电磁辐射叫做红外线。紫外线和红外线均不
2、能引起人的视觉。 从380 nm到780 nm这个波长范围的光叫做可见光。顾名思义,可见光能引起人的视觉。,第1节 电气照明的基本知识,可见光又可分为7种单色光: 红640780nm、橙600640nm、 黄570600nm、绿490570nm、 青450490nm、兰430450nm、 紫380430nm,第1节 电气照明的基本知识,光的量子理论可用来解释光的吸收、散射及光电效应等,而这些现象都无法用电磁理论来解释。 总之,电磁理论是从宏观上来研究光,而量子理论则是从微观上来研究光。因此,光的两种理论并不是互相矛盾的。,第1节 电气照明的基本知识,第1节 电气照明的基本知识,1光通量: 光源
3、在单位时间内,向外辐射出使人眼产生光感觉(可见光)的能量。 符号为,单位为流明(lm)。 光通量是说明光源发光能力的基本量。通常该参数在产品出厂的技术参数表中给定。例如: 220 V /40 W 普通白炽灯的光通量为350 lm; 220 V /40 W 荧光灯的光通量大于2 000 lm,是白炽灯的几倍。 光源光通量越大,人们对周围环境的感觉越亮。,12 照明的基本物理量,2发光强度 光源在给定方向上、单位立体角内辐射的光通量。 符号为I,单位为坎德拉(cd)。 发光强度是表征光源(物体)发光强弱程度的物理量。,第1节 电气照明的基本知识,例如: 40W白炽灯,看作点光源时,其向空间发送的光
4、通量约为350lm,其立体角为4,则 发光强度,如果给其加上反光罩,其光通量并未改变,但其在空间的分布发生了变化,光罩下面空间的光强提高,更明亮。,光强描述了光源发出的光通量在空间的分布情况。在光源的光通量一定的情况下,只与其在空间的分布密度有关。因此,在不改变光源的前提下,调整光强在各个方向的分布,可改善光强。,第1节 电气照明的基本知识,立体角图,3照度 被照物体表面单位面积接收到的光通量, 符号为E, 单位为勒克司(lx)。 照度用来表征被照面上接收光的强弱 照度不考虑被照面的性质(反射、透射和吸收)、不考虑观察者在哪个方向,因此它只表明被照物体上光的强弱,并不表示被照物体的明暗程度。,
5、第1节 电气照明的基本知识,一般情况下: 1 lx仅能够辨别物体轮廓; 5 lx看书阅读还比较困难 50 lx只能用于短时阅读; 距一个40W的白炽灯1m远处的物体表面照度约为30 lx; 白天采光良好的室内照度为100 500 lx,照度是照明工程中重要的参数,照度计算是照明工程设计的主要任务之一,设计要满足照明标准中规定的照度要求。照度是计算照明光源用电负荷的主要依据,照明空间的照度可用照度计测量。,第1节 电气照明的基本知识,在同样照度的平面上,放置两个同样大小的物体,一个黑,一个白,看上去表面为白色的物体要亮的多。,原因:人体视觉并不取决于物体的照度,而是取决于物体表面的光亮程度,被视
6、物体沿视线方向上的发光强度造成了人体视觉现象。,第1节 电气照明的基本知识,4亮度 光源在给定方向单位投影面积上的发光强度。 符号为L,单位为尼特(nt)、cd/m2。 人眼对明暗的感觉不是取决于物体上的照度,而是取决于物体在眼睛视网膜上成像的照度。 亮度考虑了光的辐射方向,可以用来描述发光体或反光物体表面光亮程度。 “亮度”是衡量照明质量(明暗程度)的一个重要依据。,第1节 电气照明的基本知识,5色温 当光源的发光颜色与黑体(能吸收全部光能辐射的物体)被加热到某一温度所发出的光的颜色相同时的温度。 色温用绝对温度表示,绝对温度等于摄氏温度加 273 K。例如温度为2 000 K的光源发出的光
7、呈橙色,3 000 K左右呈橙白色,4 500 7 000 K近似白色。 例如: 白炽灯的色温为2400K(15W灯泡)2900K(1000W灯泡)。 日光灯的色温为6500K,第1节 电气照明的基本知识,冷暖感觉: 暖色-红色、橙色和黄色产生温暖的感觉; 冷色-青绿、青蓝、青紫颜色产生凉爽的感觉; 中性色-黑、白、灰。 5000K:光色偏白,冷色光(荧光灯6500K),对冷饮室、教室、计算机房等场所,营造凉爽清醒的效果; 33005000K:光色白中略偏红,视觉温和,对车站、商场等场所,营造轻松活跃的效果; 3300K:光色偏红,暖色光,视觉暖和(白炽灯2500K),对宾馆大堂、酒吧等场所,
8、营造亲切温暖、宾至如归的效果;,第1节 电气照明的基本知识,第1节 电气照明的基本知识,6显色性和显色指数 光源的显色性同一颜色的物体在具有不同光谱能量分布的光源照射下,显出不同的颜色,即光源对被照物体颜色显现的性质。 光源的显色指数指在被测光源照射下物体的颜色与日光参照光源照射下该物体颜色相符合的程度。 符号为Ra。 颜色失真越少,显色指数越高,光源的显色性好。 国际上规定参照光源的显色指数为100。,第1节 电气照明的基本知识,第1节 电气照明的基本知识,7发光效率 简称为光效。针对照明灯而言,是指光源发出的总光通量与电灯消耗电功率的比值,也就是单位功率的光通量。 例如:一般白炽灯的发光效
9、率约为7.1 17 lm /W ,荧光灯的发光效率约为 25 67 lm /W ,荧光灯的发光效率比白炽灯高。 发光效率越高,说明在同样的亮度下,可以使用功率小的光源,即可以节约电能。,第1节 电气照明的基本知识,8物体的光照特性 表征物体光照性能的三个参数: 反射比(反射系数、反射率): 吸收比(吸收系数、吸收率): 透射比(透射系数、透射率):,第1节 电气照明的基本知识,照明基本物理量小结 光通量-针对光源而言的,表征了发光体辐射光能的多少,不同的发光体具有不同的能量; 发光效率-针对光源而言的,表示了光源发光的质量和效率,根据这个参数可以判别光源是否节能; 发光强度-针对光源而言的,表
10、明光通量在空间的分布状况,工程上用配光曲线图加以描述; 照度-是针对被照物而言的,表示被照面接受光通量的面密度,用来鉴定被照面的照明情况; 亮度-表示发光体在视线方向单位面积上的发光强度,它表明物体的明亮程度。 光源显色性和色温-是光源的两个重要颜色指标。,第1节 电气照明的基本知识,13 照明分类,第1节 电气照明的基本知识,建筑物内照明(按使用功能分) 1一般照明 不考虑特殊部位的需要,照亮整个场地,照度比较均匀。如仓库、办公室、会议室、教室、候车室、营业大厅等。 可有分区照明,以节约能源。 2局部照明 局限于工作部位的固定或移动的照明。如车间内机床灯、商店橱窗的射灯、办公桌上的台灯等 整
11、个场所不应只设局部照明而不设一般照明。 3混合照明 一般照明与局部照明共同组成的照明。 其一般照明的照度不低于混合照明总照度的510。,照明种类(按照明用途的不同分类) 正常照明正常工作时,一般可以单独使用。 应急照明为正常照明因故障,供事故情况下的照明。有备用照明、安全照明、疏散照明等。 值班照明可利用正常照明或应急照明小的一部分。 警卫照明警戒。 障碍照明航空障碍标志,采用能穿透雾气的红光灯具。 标志照明借助照明以图文形式告知人们通道、位置、场所、设施等信息。 景观照明有装饰照明、庭院照明、喷泉照明、节日照明等。,第1节 电气照明的基本知识,21 电光源 人类最早发明的电光源是弧光灯和白炽
12、灯。 1807年英国的戴维制成了碳极度弧光灯。 1878年,美国的布拉许利用弧光灯在街道和广场照明取得了成功。 1879年 10月 22日,美国著名电学家和发明家爱迪生点燃了第一盏真正有广泛实用价值的电灯,揭开了电应用于日常生活的序幕。 随着科学技术突飞猛进的发展,各种新光源产品不仅在数量上,而且在质量上也产生了质的飞跃。发光效率高,显色性好,使用寿命长的新型电光源产品不断应用于建筑照明中。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,第2节 电光源、灯具的选择与布置,1、热辐射光源 热辐射光源利用物体通电使之发热到白炽状态而发光的原理所制造的光源。其功率因数接近1。 白炽灯: 靠钨丝白炽体的高温热辐射
13、发光; 显色性好; 只有极少部分为可见光,其发光效率低; 抗震性较差; 灯丝发热蒸发出的钨分子在玻璃泡上有黑化现象; 平均寿命一般达1000h; 电源电压变化会直接影响其使用寿命和发光效率; 常用在建筑物室内照明。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,白炽灯分类 按其用途和使用场合分:普通白炽灯、装饰灯、舞台灯、照相灯、信号灯、指示灯; 按定向发光性能分:聚光灯、反射灯; 按玻璃壳特性分:磨砂灯、涂白灯、乳白灯、彩色灯; 按是否充入气体分:真空灯、充气灯; 按使用电压高低分:市电灯、低压灯、经济灯等,低压灯额定电压 12 36 V,经济灯电压在 1.5 8 V。 结构 灯头、玻璃泡、支架、钨丝及
14、惰性气体构成。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,第2节 电光源、灯具的选择与布置,第2节 电光源、灯具的选择与布置,与卤钨灯对比,第2节 电光源、灯具的选择与布置,卤钨灯: 在白炽灯的基础上改进, 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。 当充入卤素物质的灯泡通电工作时,从灯丝蒸发出来的钨,在灯泡壁区域内与卤素化合,形成一种挥发性的卤钨化合物。卤钨化合物在灯泡中扩散运动,当扩散到较热的灯丝周围区域时,卤钨化合物分解成卤素和钨,释放出来的钨沉积在灯丝上,而卤素再继续扩散到温度较低的灯泡壁区域与钨化合,形成卤钨循环。卤钨循环有效地抑制了钨的蒸发,延长了卤钨灯的使用寿命,有效的改善了普
15、通白炽灯的黑化现象,同时还进一步提高了灯丝温度,获得较高的光效,减小了使用过程中光通量的衰减。,碘钨灯结构,特点: 发光效率比白炽灯高30。 为使卤钨循环顺利进行,卤钨灯必须水平安装,倾斜角不得大于40。 不允许人工冷却,工作时的管壁温度高达600,不能与易燃物接近。 由于卤钨灯工作时采用卤钨循环原理,较好地抑制了钨的蒸发,从而防止卤钨灯泡的发黑,使得卤钨灯在寿命期内的光维持率基本维持在 100% 。 在色表和显色性方面与普通白炽灯相比,其光色更白一些,色调更冷一些,但显色性较好。 耐震性、耐电压波动性都比白炽灯差。 常用于电视转播等场合。被广泛作为商业橱窗、餐厅、会议室、博物馆、展览馆照明光
16、源,第2节 电光源、灯具的选择与布置,卤钨灯分类: 按充入灯泡内卤素的不同分:碘钨灯和溴钨灯; 按灯泡外壳材料的不同分:硬质玻璃卤钨灯、石英玻璃卤钨灯; 按工作电压的高低不同分:市电型卤钨灯和低电压型卤钨灯(6 V /12 V /24 V); 按灯头结构的不同分:双端、单端卤钨灯; 按色温的高低分:高色温3 000 K以上,中色温 2 800 3 000 K,低色温 2 800 K 以下卤钨灯; 按应用领域分:室内照明、泛光照明、舞台照明、放映、幻灯、投影以及电影、电视、新闻摄影卤钨灯; 按外形分:管形卤钨灯和柱形卤钨灯。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,卤钨灯的主要技术参数,第2节 电光源
17、、灯具的选择与布置,与白炽灯对比,2、气体放电灯 荧光灯: 利用汞蒸气在外加电源作用下产生弧光放电,可以发出大量的可见光和大量的紫外线,紫外线再激励管内壁的荧光粉使之发出大量的可见光。 由镇流器、灯管、启辉器和灯座组成。 优点:光效高,使用寿命长,光谱接近日光,显色性好。 缺点:有频闪效应,不宜频繁开启。 目前使用电子镇流器的荧光灯,其功率因数达到0.9。 用在图书馆、教室、隧道、地铁、商场等对显色性要求较高的场所。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,根据单端荧光灯的放电管数量及形状分为 单管、双管、四管、多管、方形、环形荧光灯等类型。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,部分直管形荧光灯技术参
18、数,第2节 电光源、灯具的选择与布置,高压汞灯(水银灯): 工作原理同荧光灯,利用汞蒸气放电发光原理而制成的灯。但功率更高。 光效高,寿命长。显色性较差。 按构造分:外镇流式高压汞灯和自镇流式高压汞灯。 适用于庭院、街道、广场、工业厂房所的照明。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,第2节 电光源、灯具的选择与布置,荧光高压汞灯的主要技术数据,高压钠灯: 利用高压钠蒸气放电,其辐射光的波长集中在人眼感受较灵敏的区域内,故其光效高(为各种电光源之首),寿命长,但显色性差。 用于交通和广场照明。 高显色型高压钠灯,其色温与白炽灯相近,在不少场所可以代替白炽灯,节省电能。由于其显色性好,在更多的场所取
19、代高压汞灯。 缺点:受电源电压影响较大。电压波动在 -8% +6% 范围内可正常工作,电源电压过高或过低,将会影响灯泡的正常燃点及寿命。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,金属卤化物灯: 其结构与高压汞灯相似,发光管内添加金属卤(碘为主)化物,利用金属卤化物在高温下分解产生金属蒸气和汞蒸气的混合物,激发放电辐射出特征光谱。 较高的光效,寿命长,显色性极好。起动电压比较高,起动电流较 低,起动时间长。 适用于繁华街道、体育馆、商场、广场及高大厂房等。,第2节 电光源、灯具的选择与布置,氙灯 是最常用的惰性气体放电光源,其光色好,功率大,光效高,光谱能量分布与日光比较接近,并且不随电流的变化而改变
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