照明设计常识

照明常识

信息来源:本站发布时间:2015-01-04 浏览次数: 返回列表


照明常识
一、照明术语 
  1)光通量:光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量,单位:流明( Lm )。一般情况下,同类型的灯的功率越高, 光通量也越大。 如 85W 无极灯的光能量为 5100Lm ,而 135W 无极灯的光能量为 8100Lm ; 
  2)光效:光源将电能转化为可见光的效率,即光源消耗每一瓦电能所发出的光,数值越高表示光源的效率越高。从经济(能效)方面考虑,光效是一个重要的参数。单位:流明 / 瓦( lm/w )。 
  如 85W 无极灯的光能量为 5100Lm ,则其光效为 5100 Lm/85W=60 lm/W 
  3)光强( luminous intensity ) 单位:坎德拉( cd )   
  光源在某一给定方向的单位立体角内发射的光通量称为光源在该方向的发光强度。 
  1cd = 1lm?sr -1 
  即 1 单位立体角内发射 1 流明的光,光强为 1 坎德拉。 sr 为球面度是立体角的单位。立体角的最大数值为 4 π球面度。例如,一只 85W   无极灯的光通量为 5100lm ,则它的平均光强为:5100lm/4πsr = 406cd 
  4)照度:单位被照面上接收到的光通量称为照度。如果每平方米被照面上接收到的光通量为 1 ( lm ),则照度为 1(lx) 。单位:勒克斯( lx )。 
  1 勒克斯( lx )相当于每平方米被照面上光通量为 1 流明( lm )时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约 5000 lx ,冬天晴天时地面照度约 2000 lx ,晴朗的月夜地面照度约 0.2 lx 。 
  照明推荐的维持照度值范围:
照度范围( lx ) 评价的平面   应用场所 
1 ~ 10 水平 垂直 舒适环境、普通仓库 保安、比较随意的体育训练场所 
10 ~ 15 水平 货物装卸、要求不高的工作地区、车库 
50 ~ 100 水平垂直  要求严格之工作地区、体育活动、运动场 航空服务区、广告 
100 ~ 150 水平垂直  俱乐部和竞赛性运动、销售区 广告、体育比赛 
500 ~ 1000 垂直   有观众的体育比赛 
1000 ~ 2000 垂直  电视直播的体育比赛 

  照度的一些常用数据
  晴天室外 300 --- 2000 Lm ?根据时间不同而定?
  阴天室外 50 --- 500 Lm 晴天室内角落 20 Lm
  月夜 0.02 ---- 0.2 Lm 一般办公室要求的光照度在 100 ~ 200Lm ; 一般学习的光照度应不少于 75Lm; 
  5) 亮度: 光源在该方向上的单位投影面中单位立体角内发射的光通量,单位:坎德拉 cd/m 2, 即每平方米光强为 1 坎德拉, 
  太阳的亮度为 2 × 10 9 cd/m 2 
  白炽灯的亮度约为( 3-5 )× 10 6 cd/m 2 
  普通荧光灯的亮度只有 6~8×10 3 cd/m 2 
  6)平均寿命:指灯的光通维持率达到国家标准规定的要求并能继续燃点至 50% 的灯达到单只灯寿命时的累计时间(即 50% 的灯失效时的寿命), 单位:小 时( h ) 
  7)色温:当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时,“黑体的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度越高,光谱中蓝色的成分则越多,而红色的成分则越少。例如:白炽灯的光色是暖白色,其色温为 2700K 左右,而日光色荧光灯的色温则是 6400K 左右,单位:开尔文( K )。 
  白炽灯的色温一般在 2700K 左右、日光灯的色温在 2700-6400K 左右、钠灯的色温在 2000K 左右。 
  8)显色指数:衡量光源显现实照物体真实颜色 能力的参数。显色指数高( 0-100 )的光源对颜色的再现越接近自然原色。 显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数: 
  白 炽 灯: >95 
  管型荧光灯: 65-80 
  无极荧光灯: 80 左右 
  高 压 钠 灯: 25-50 
  金 卤 灯: 70-90 
  9)功率因数 :灯管的有功功率与视在功率之比。交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率,而有功功率只是其中的一部分。 
  功率因数低,则电流中的谐波含量越高,对电网产生污染,破坏电网的平衡度,无功损耗增加。 
  10)灯具效率:灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准,它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。
二、 IP防护等级 
  IP(INTERNATIONAL PROTECTION)防护等级系统是由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。将灯具依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具,人的手指等均不可接触到灯具内之带电部分,以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成,第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级,第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度,数字越大表示其防护等级越高,两个标示数字所表示的防护等级如下:
  第一个标示数字防护等级定义 
  0、 没有防护 对外界的人或物无特殊防护 
  1 、防止大于50mm的固体物体侵入 防止人体(如手掌)因意外而接触到灯具内部的零件。防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入。
  2、 防止大于12mm的固体物体侵入 防止人的手指接触到灯具内部的零件防止中等尺寸(直径大12mm)的外物侵入。 
  3、 防止大于2.5mm的固体物体侵入 防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线 或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。 
  4、 防止大于1.0mm的固体物体侵入 防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到灯具内部的零件。 
  5 、防尘 完全防止外物侵入,虽不能完全防止灰尘进入,但侵入的灰尘量并不会影响灯具的正常工作。 
  6、 防尘 完全防止外物侵入,且可完全防止灰尘进入。 
  第二个标示数字防护等级定义 
  0、 没有防护
  1、 防止滴水侵入 垂直滴下的水滴(如凝结水)对灯具不会造成有害影响。
  2、 倾斜15度时仍可防止滴水侵入 当灯具由垂直倾斜至15度时,滴水对灯具不会造成有害影响。
  3、 防止喷洒的水侵入 防雨,或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水进入灯具造成损害。
  4、 防止飞溅的水侵入 防止各方向飞溅而来的水进入灯具造成损害。 
  5、 防止喷射的水侵入 防止来自各方向由喷嘴射出的水进入灯具造成损害。 
  6、 防止大浪的侵入 装设于甲板上的灯具,防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。 
  7、 防止浸水时水的侵入 灯具浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。 
  8、 防止沉没时水的侵入 灯具无限期的沉没在指定水压的状况下,能确保不因进水而造成损坏。 
三、 频闪效应 
  电光源在给人类带来光明的同时,也由于电光源的频闪,给人类带来了新的危害,即频闪效应。 
  频闪效应指的是两个概念。一是频闪:即电光源光通量波动的深度,波动深度越大,频闪深度越大。二是频闪效应:即电光源频闪在人视觉上产生的负效应。频闪深度越大,负效应越大,危害越严重。频闪与频闪效应,跟电光源种类,及其技术性能具有直接的关系。不同种类与不同技术性能的电光源,其频闪与频闪效应程度也不同。 
  1 、常用电光源的频闪深度 
  当前,在生产领域、日常生活中。应用最广泛的电光源,主要有白炽灯、高压汞(钠)灯、直管型(电感式)日光灯。 
  现将上述几种电光源的频闪深度列表如下: 
  白炽灯 高压汞(钠)灯 直管型日光灯 (配电感镇流器) 
  频闪深度 50% 65% 55% 
  频闪频率 100Hz 100Hz 100Hz 
   由于电网电压波动影响,上表中的频闪深度,实际还会加大10%~20%。 
2、 频闪效应的危害性 
   电光源的频闪效应,给人类生产、日常生活、身心健康造成了不可弥补的严重危害。主要表现在以下几个方面: 
   1)引发工伤事故:在电光源的频闪频率,与运动(旋转)物体的速度(转速)成整倍数关系时。运动(旋转)物体的运动(旋转)状态,就会产生静止、倒转、运动(旋转)速度缓慢,以及上述三种状态周期性重复的错误视觉,引发工伤事故。 
   例如,制衣行业的缝纫机操作工,将高速上下运动的针头,错觉为静止状态,不慎将手指扎伤。 
   例如,机加工行业机床操作工,对正向旋转的车刀,错觉为倒转。而进行紧急换向操作,损坏工件、刀具,甚者造成人员伤亡。
   例如,在机械行业中,吊车操作工,对吊车与吊勾的运动状态产生运动速度缓慢,瞬间静止等错误视觉。产生定位困难,造成操作失误,引发事故。 
   例如,在机械行业中,生产操作人员对生产设备的飞轮、皮带轮的转速。产生转动缓慢、倒转等错误视觉。导致误操作,引发事故。
   2)造成生产效率低下:频闪效应会引发视觉疲劳、偏头痛。特别是机械行业采用高压汞(钠)灯,和轻工、食品、印刷、电子、纺织等行业,普遍采用直管型(电感式)日光灯的照明场合尤为明显。例如,流水线上的插件操作工,容易因视觉疲劳、眼花,引起偏头痛。产生定位困难情形,生产效率低下。 
  3)对成长中的青少年伤害眼睛,形成近视。在我国 80 年代以后,直管型(电感式)日光灯,普遍应用于家庭、学校、图书馆等,成长中的中小学生受害极大,视力下降明显,近视眼显著增多。
3、 产生频闪的技术机理分析 
  电光源产生频闪的技术机理,既有供电电源的因素,也有电光源技术性能落后的因素,以及照明设计不合理的因素等等。并且是诸多因素综合作用的结果,技术机理比较复杂。限于篇幅,本文仅就从常用电光源技术性能的角度,进行概括性技术分析。 
  1、电光源供电电源频率低。白炽灯、高压汞(钠)灯、直管型(电感式)日光灯。在现阶段, 绝大多数由50Hz工频正弦交流电,直接向电光源的发光体供电。 其频闪频率为50Hz * 2=100Hz,并且呈正弦波规律波动。
  2、电光源供电电压波动大。 我国现阶段工频交流电源, 瞬时电压值波动幅度在10%~20%之间,大大加重了频率为100Hz,呈正弦波规律波动的频闪深度。
  3、电光源技术性能落后。白炽灯为灯丝直接加热发光的热辐射性光源,发光体的发光功率,必然随供电电源的频率,呈正弦波规律波动。高压汞(钠)灯,直管型(电感式)日光灯,虽然是气体放电发光的电光源。但由于其启动与点燃均采用电感式镇流器(不具备 AC-DC-AC 变频功能)。所以,气体放电发光体的放电功率,必然随供电电源的频率,呈正弦波规律波动。
  4 、频闪效应的改进对策。无极荧光灯的工作频率是 2.65MHz ,远远高于 护眼灯的国家标准 40KHZ ,是真正意义上的无频闪。 
四、无极灯的中介视觉优势 
  1、 中介视觉: 
  人眼的视网膜上有两种感光细胞,一种叫做锥体细胞,位于视网膜的中央 , 锥状细胞既能感光,又能感色 ;另一种感光细胞是位于边缘的杆体细胞 , 杆状细胞只能感光,不能感色,但感光灵敏度极高 。一般认为,环境亮度大于 10cd/m 2 的情况下起作用的是锥体细胞, 看到的景象既有明亮感,又有彩色感, 为明视觉 , ;在较暗的环境,亮度小于 10 -2 cd/m 2 的情况下,锥体细胞就不起作用了,由分布广而相对稀疏的杆体细胞起作用, 看到的景物全是灰黑色,只有明暗感,没有彩色感, 为暗视觉。
  在环境亮度介于 10 cd/m 2 -10 -2 cd/m 2 的环境下的视觉为中介视觉,锥体细胞的杆体细胞共同参与中介视觉活动。道路照明亮度在 0.3-10cd/m 2 之间,属于中介视觉环境。
   2、 视觉光亮度刺激:
  人眼的视觉曲线是指对于不同波长(不同颜色)的光主观亮度的相对值曲线。相关数值表明:暗视觉比明视觉更有效,暗视觉中短波比长波更有效。
  尽管现在国内外道路照明中绝大多数采用的是高压钠灯,但高压钠灯的光谱特性不符合人眼在道路照明环境中介视觉特性,它并不是道路照明中的最佳光源。而无极灯具有高显色性、低能耗、长寿命、无光污染等优良性能,符合道路照明灯的中介视觉光谱特性,在中介视觉条件下具有良好的视觉效果 
  高压钠灯含黄光成份 (580nm) 较多 , 因此有效亮度系数取 0.8 左右 , 而无极灯为紫外线激发三基色荧光粉发光,该灯的红、绿、蓝成份相互配,在绿蓝波段较多,其有效亮度系数取 1.3-1.5 。 
   不同光源在不同视觉条件下的发光效率如下: 
明视觉 10cd/m 2 以上 中介视觉 暗视觉 0.01cd/m 2 以下 
1cd/m 2 0.1 cd/m 2
高压汞灯光效 lm/w 52 70 75 72 
高压钠灯光效 lm/w 95 115 100 61.4 
无极灯光效 lm/w 62 72.1 84.4 94.2 
    夜晚照明属于中介视觉环境,而无极灯在中介视觉和暗视觉下均 
    具有良好表现,适合夜晚的照明。 
 五 、无极灯与其他光源参数值比较 
光源名称 主要特性 
光效(lm/w) 平均寿命( h ) 一般显色指数 启动时间 再启动时间 功率因数 频闪效应 
高频无极放电灯 64 60000 >80 瞬时 瞬时 0.99 无 
白炽灯 6.5 ~ 19 1000 95 ~ 99 瞬时 瞬时 1 不明显 
卤钨灯 21 1500 95 ~ 99 瞬时 瞬时 1 不明显 
荧光灯 27 ~ 57.5 5000 70 ~ 80 1 ~ 3s 瞬时 0.33 ~ 0.7 明显 
高压钠灯 72 ~ 107 14000 < 40 ≤ 5s ≤ 3min 0.44 明显 
高压汞灯 31.5 ~ 52.5 3500 ~ 6000 30 ~ 40 <8s <10s 0.44 ~ 0.67 明显 
金属卤化物灯 64 ~ 80 10000 65 4 ~ 8min 10 ~ 15min 0.4 ~ 0.6 明 

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