照明系统设计

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1、浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气高层建筑电气设计高层建筑电气设计第三章第三章 照明系统设计照明系统设计浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气n 电气照明的基本知识电气照明的基本知识n 光源、灯具的选择与布置光源、灯具的选择与布置n 照明标准与照度计算照明标准与照度计算 n 室内照明设计室内照明设计n 室外照明设计室外照明设计n 照明配电系统设计照明配电系统设计 n 应急照明系统设计应急照明系统设计 本章学习内容本章学习内容浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第1节节 电气

2、照明的基本知识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，现代物理学证实，关于光的本质有两种理论，即即电磁理论电磁理论和和量子理论量子理论。 光的电磁理论光的电磁理论认为光是在空间传播的一种电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磁波，而电磁波的实质是电磁振荡在空间的传播。传播。 光的量子理论光的量子理论则认为光是由辐射源发射的微则认为光是由辐射源发射的微粒流。粒流。1.1 1.1 光的基本概念光的基本概念浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气 电磁波波谱图如图所示。电磁波的波长范围极其宽广，电磁波波谱图如图所示。

3、电磁波的波长范围极其宽广，光只是其中的一个范围。光只是其中的一个范围。 波长小于波长小于380 nm的电磁辐射叫做紫外线；波长大于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的电磁辐射叫做红外线。紫外线和红外线均不能引起人的视觉。能引起人的视觉。 从从380 nm到到780 nm这个波长范围的光叫做这个波长范围的光叫做可见光可见光。顾。顾名思义，可见光能引起人的视觉。名思义，可见光能引起人的视觉。第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气可见光又可分为可见光又可分为7 7种单

4、色光：种单色光：红红640640780nm780nm、橙、橙600600640nm640nm、黄黄570570600nm600nm、绿、绿490490570nm570nm、青青450450490nm490nm、兰、兰430430450nm450nm、紫紫380380430nm430nm第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气 光的量子理论可用来解释光的光的量子理论可用来解释光的吸收吸收、散散射射及及光电效应光电效应等，而这些现象都无法用等，而这些现象都无法用电磁理论来解释。电磁理论来解释。 总之，电磁理论是从总

5、之，电磁理论是从宏观宏观上来研究光，上来研究光，而量子理论则是从而量子理论则是从微观微观上来研究光。因上来研究光。因此，光的两种理论并不是互相矛盾的。此，光的两种理论并不是互相矛盾的。第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识1光通量：光通量： 光源在单位时间内，向外辐射出使人眼产生光源在单位时间内，向外辐射出使人眼产生光感觉（可光感觉（可见光）见光）的能量。的能量。符号为符号为，单位为，单位为流明流明(lm)。 光通量是说明光源发光能力的基本量。通常该参数在产光通

6、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：品出厂的技术参数表中给定。例如：220 V /40 W 220 V /40 W 普通白炽灯的光通量为普通白炽灯的光通量为350 lm350 lm；220 V /40 W 220 V /40 W 荧光灯的光通量大于荧光灯的光通量大于2 000 lm2 000 lm，是白炽灯，是白炽灯的几倍。的几倍。1 12 2 照明的基本物理量照明的基本物理量浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气2发光强度发光强度 光源在光源在给定方向给定方向上、上、单位立体角单位立体角内辐射的光通量。内辐射的光通

7、量。符号为符号为I I，单位为，单位为坎德拉坎德拉( (cdcd) )。n 发光强度是表征光源发光强度是表征光源( (物体物体) )发光强弱程度的物理量。发光强弱程度的物理量。第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识立体角图立体角图发光强度发光强度 dId浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气例如：例如： 40W白炽灯，看作点光源时，其向空间发送的光通白炽灯，看作点光源时，其向空间发送的光通量约为量约为350lm，其立体角为，其立体角为4，则，则 发光强度发光强度 如果给其加上反光罩，其光通量并未改变，但其在空间的如果给其加上反光罩，其光通量并未改

8、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。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，光源的前提下，调整光强在各个方向的分布，可改善光强。可改善光强。350284Icd第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气立体角图立体角

9、图dEdA3照度照度 被照物体表面单位面积接收到的光通量被照物体表面单位面积接收到的光通量，符号为符号为E，单位为单位为勒克司勒克司(lx)。u照度用来表征被照面上接收光的强弱照度用来表征被照面上接收光的强弱u照度不考虑被照面的性质照度不考虑被照面的性质( (反射、透射和吸收反射、透射和吸收) )、不考虑观、不考虑观察者在哪个方向，因此它察者在哪个方向，因此它只表明被照物体上光的强弱只表明被照物体上光的强弱，并并不表示被照物体的明暗程度不表示被照物体的明暗程度。 第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气一般情况

10、下：一般情况下： 1 lx1 lx仅能够辨别物体轮廓；仅能够辨别物体轮廓； 5 lx5 lx看书阅读还比较困难看书阅读还比较困难 50 lx50 lx只能用于短时阅读；只能用于短时阅读； 距一个距一个40W40W的白炽灯的白炽灯1m1m远处的物体表面照度约为远处的物体表面照度约为30 lx;30 lx; 白天采光良好的室内照度为白天采光良好的室内照度为100 100 500 lx500 lx照度是照明工程中重要的参数，照度计算是照明工程设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。要求。照

11、度是计算照明光源用电负荷的主要依据照度是计算照明光源用电负荷的主要依据，照明，照明空间的照度可用空间的照度可用照度计照度计测量。测量。第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气 在同样照度的平面上，放置两在同样照度的平面上，放置两个同样大小的物体，一个黑，个同样大小的物体，一个黑，一个白，看上去表面为白色的一个白，看上去表面为白色的物体要亮的多。物体要亮的多。原因：原因：人体视觉并不取决于物体的照度，而是取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，被视物体沿视线决于物体表面的光亮程度，被视物体沿

12、视线方向上的发光强度造成了人体视觉现象。方向上的发光强度造成了人体视觉现象。为什麽？为什麽？ 亮度亮度第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气coscosIIILAAA4亮度亮度 光源在光源在给定方向给定方向单位投影面积上的单位投影面积上的发光强度发光强度。符号为符号为L，单位为，单位为尼特尼特(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。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

13、述发光体或反光物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。体表面光亮程度。 “亮度亮度”是衡量照明质量（明暗程度）的一个重要依据。是衡量照明质量（明暗程度）的一个重要依据。 第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气5色温色温 当光源的发光颜色与当光源的发光颜色与黑体黑体(能吸收全部光能辐射的物体能吸收全部光能辐射的物体)被被加热到某一温度所发出的光的颜色相同时的温度。加热到某一温度所发出的光的颜色相同时的温度。u色温用绝对温度表示，绝对温度等于摄氏温度加色温用绝对温度表示，绝对温度等于摄

14、氏温度加 273 K273 K。例如温度为例如温度为2 000 K2 000 K的光源发出的光呈橙色，的光源发出的光呈橙色，3 000 K3 000 K左右左右呈橙白色，呈橙白色，4 500 4 500 7 000 K7 000 K近似白色。近似白色。u例如：例如： 白炽灯的色温为白炽灯的色温为2400K2400K(15W(15W灯泡灯泡) )2900K2900K(1000W(1000W灯泡灯泡) )。 日光灯的色温为日光灯的色温为6500K 6500K 第第1节节 电气照明的基本知识电气照明的基本知识浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气u冷暖感觉：冷暖

15、感觉：u暖色暖色-红色、橙色和黄色产生温暖的感觉；红色、橙色和黄色产生温暖的感觉；u冷色冷色-青绿、青蓝、青紫颜色产生凉爽的感觉；青绿、青蓝、青紫颜色产生凉爽的感觉；u中性色中性色-黑、白、灰。黑、白、灰。u 5000K5000K：光色偏白，冷色光（荧光灯：光色偏白，冷色光（荧光灯6500K6500K），对冷饮室、教），对冷饮室、教室、计算机房等场所，营造凉爽清醒的效果；室、计算机房等场所，营造凉爽清醒的效果；u 330033005000K5000K：光色白中略偏红，视觉温和，对车站、商场等：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；场所，营造轻松活跃的效果； u 33

16、00K33：l l；工作区亮度与视野周围的平均亮度比值工作区亮度与视野周围的平均亮度比值1010：1 1；灯的亮度与工作区亮度之比灯的亮度与工作区亮度之比4040：1 1。u 当照明灯具采用暗装时，顶棚的反射系数应大于当照明灯具采用暗装时，顶棚的反射系数应大于6060，且顶棚的照度不宜小于工作区照度的且顶棚的照度不宜小于工作区照度的1 11010。频闪效应的消除：频闪效应的消除： 气体放电灯的光通量随电流周期性交变。气体放电灯的光通量随电流周期性交变。 措施：分相接入电源回路。如二个荧光灯接入两相，措施：分相接入电源回路。如二个荧光灯接入两相，光通量波动深度由光通量波动深度由55%55%降至降

17、至23%23%，三个荧光灯接入三，三个荧光灯接入三相，降至相，降至5%. 5%. 浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气 限制眩光的方法：限制眩光的方法： 限制光源的亮度；限制光源的亮度； 提高灯具的悬挂高度，增大照射角度；提高灯具的悬挂高度，增大照射角度； 设置光栅，遮挡直射光；设置光栅，遮挡直射光； 采用漫反射光源，如磨砂灯泡；采用漫反射光源，如磨砂灯泡； 减小灯泡的功率：减小灯泡的功率： 合理地布置光源的位置；合理地布置光源的位置； 提高环境亮度，减少亮度对比；提高环境亮度，减少亮度对比； 选择有适当保护角的灯罩，挡住直射光。选择有适当保护角的灯罩，

18、挡住直射光。 第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算直射眩光的质量等级直射眩光的质量等级眩光的定义：眩光的定义：人体视觉器官对照明空间的光线的感觉，是度量处于视觉人体视觉器官对照明空间的光线的感觉，是度量处于视觉环境中的照明装置发出的光对人眼引起环境中的照明装置发出的光对人眼引起不舒适感主观反应不舒适感主观反应的心理参数。的心理参数。浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气3.3 3.3 照度计算照度计算目的：根据需要

19、的照度值及其他已知条件（照明器型式目的：根据需要的照度值及其他已知条件（照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等）来决定及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等）来决定灯的容量灯的容量或或灯的数量灯的数量；或在照明器型式、布置及光源的；或在照明器型式、布置及光源的容量都已经确定的情况下，计算容量都已经确定的情况下，计算某点的照明度某点的照明度。照度计算常用方法：照度计算常用方法：利用系数法、单位容量法、利用系数法、单位容量法、逐点计算法逐点计算法任何一种计算方法除应用公式外，都需查阅某些系数的任何一种计算方法除应用公式外，都需查阅某些系数的表格；表格；任何一种计算方法都只能做到基本准

20、确，由于各种参数任何一种计算方法都只能做到基本准确，由于各种参数的不精确，计算结果有的不精确，计算结果有+20%-10%的的 误差。误差。第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气（1） 利用系数法利用系数法利用系数法考虑了利用系数法考虑了直射光直射光及及反射光反射光两部分产生的照度，两部分产生的照度，计算结果为水平面上的平均照度，特别适用于反射条件计算结果为水平面上的平均照度，特别适用于反射条件好的场所。好的场所。Fu=Fd+FrU=Fu/F0利用系数利用系数：表示室内工作面上由表示室内工作面上由灯具的照射

21、及墙、顶棚的反射而灯具的照射及墙、顶棚的反射而得到的光通量与光源发出的光通得到的光通量与光源发出的光通量的比值，与灯具类型、灯具效量的比值，与灯具类型、灯具效率、照明方式、房间内各表面反率、照明方式、房间内各表面反射系数有关。射系数有关。第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气利用系数法的基本公式利用系数法的基本公式建筑物内的平均照度为：建筑物内的平均照度为：avNUESK第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算 ：照明灯具数，由布灯方案确定或计算安排；：照明灯具数，由布灯方案确定或计算安排；

22、：每个照明灯具的光通量，：每个照明灯具的光通量，lm； ：被照建筑：被照建筑/水平工作面积，水平工作面积，m2； ：考虑灯具使用自身衰减及环境污染因素的照：考虑灯具使用自身衰减及环境污染因素的照度补偿系数；度补偿系数； ：利用系数，它决定于灯具自身结构形式、房：利用系数，它决定于灯具自身结构形式、房间室空间比间室空间比(KRC)及表面反射系数及表面反射系数(P)三项。三项。NSKU查表查表查表查表计算查表计算查表浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算常用光源光通量的推荐值常用光源光通量的推荐值照明补偿度系

23、数照明补偿度系数K浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气利用系数利用系数U第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算Pt/%705030 0Pq/%7050301070503010705030100KRCKu(简式荧光灯简式荧光灯YG2-1，=88%，140W，2400lm)10.930.890.860.830.890.850.830.800.850.820.800.780.7320.850.790.730.690.810.750.710.670.770.730.690.650.6230.780.700.630.580.740.670.610.5

24、70.700.650.600.560.5340.710.610.540.490.670.590.530.480.640.570.520.470.4550.650.550.470.420.620.530.460.410.560.510.450.410.3960.600.490.420.360.570.480.410.360.540.460.400.360.3470.550.440.370.320.520.430.360.310.500.420.360.310.2980.510.400.330.270.480.390.320.270.460.370.320.270.2590.470.360.290

25、.240.450.350.290.240.430.340.280.240.22100.430.320.250.200.410.300.240.200.390.300.240.200.18部分灯具的利用系数（部分灯具的利用系数（U）表）表 浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算查利用系数表前的准备工作查利用系数表前的准备工作1、确定、确定2个反射系数个反射系数顶棚反射系数（顶棚反射系数（Pt）墙面反射系数（墙面反射系数（Pq）浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气查利用

26、系数表前的准备工作查利用系数表前的准备工作2、确定室空间系数（、确定室空间系数（KRC）第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算5()RCRChABKA B浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算平均照度平均照度(Eav)与最小照度与最小照度(Emin)的折算的折算minavEEZZ为最小照度系数，查表可知为最小照度系数，查表可知 部分灯具的最小照度系数（部分灯具的最小照度系数（Z Z）值表）值表灯具名称灯具名称灯具型号灯具型号光源种类光源种类及容量及容量/W/W距高比距高比l l：h h（l:

27、hl:h）/Z/Z的最的最大允许值大允许值0.60.60.80.81.01.01.21.2 Z Z简式荧光简式荧光灯具灯具YG1YG11 11 140401.341.341.341.341.311.311.22/1.291.22/1.29YG2YG21 11.351.351.331.331.281.281.28/1.281.28/1.28YG2YG22 22 240401.351.351.331.331.291.291.28/1.291.28/1.29吸顶荧光吸顶荧光灯具灯具YG6YG62 22 240401.341.341.361.361.331.331.22/1.291.22/1.29YG

28、6YG63 33 340401.351.351.321.321.301.301.26/1.301.26/1.30浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算（2）单位容量法）单位容量法又称比功率法，按下式计算又称比功率法，按下式计算该法计算结果该法计算结果误差较大误差较大，因为不同环境下单位面积，因为不同环境下单位面积所需安装功率应不同，因而这只适用于所需安装功率应不同，因而这只适用于初步设计初步设计或或方案确定时用电量的方案确定时用电量的估算估算。最小照度标准最小照度标准WSNP ：规定照度下所需灯具数；：规

29、定照度下所需灯具数； ：单套灯具功率，：单套灯具功率，W(不计附件损耗功率不计附件损耗功率)； ：被照建筑：被照建筑/被照水平工作面积，被照水平工作面积，m2； ：规定：规定最小照度标准最小照度标准下单位面积安装功率；下单位面积安装功率； NPSW平均照度标准平均照度标准WSNZP浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气【例【例3.13.1】某中学计算机室长某中学计算机室长12m12m，宽，宽5m5m，装修后顶棚高，装修后顶棚高3.8m3.8m，桌面高，桌面高0.8m0.8m，拟采用拟采用YG6YG62 240W40W荧光灯吸顶安装，灯具的效率为荧光灯吸顶安

30、装，灯具的效率为8686，假定墙面反射系，假定墙面反射系数数P Pq q为为0.60.6，顶棚反射系数，顶棚反射系数P Pt t为为0.70.7。确定房间内的灯具数及计算机桌面最低。确定房间内的灯具数及计算机桌面最低照度。照度。第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算解：解： 【利用系数法求解【利用系数法求解】（1 1）求平均照度）求平均照度E Eavav根据专业规范，参照下表，按计算机房的推荐值的中间值，取根据专业规范，参照下表，按计算机房的推荐值的中间值，取200lx200lx浙江工业大学信息工程学院浙江工业大学信息工程学院 戚军戚军 建筑电气建筑电气第第3 3节节 照明标准与照度计算照明标准与照度计算（2 2）求每个灯具的光通量）求每个灯具的光通量参照下表，参照下表，40W40W荧光灯光通量为荧光灯光通量为2400lm2400lm，两支并用则为，两支并用则为2 2240024004800lm4800lm（3 3）求利用系数）求利用系数UU由题意可知由题意可知A12m，B5m，hRC=3.8-0.8=3m，故室空间系数，故室空间系数5()5 3 (125)4.2512 5RCRChABKA B