光源的性能及選擇照明燈具教學(xué)課件

照明技術(shù)

1.1光的基本概念

1.2光的度量

1.3照明發(fā)展簡(jiǎn)史

1.4常用照明光源與燈具11.1光的基本概念1

光的基本性質(zhì)2

光的電磁理論3

光的量子理論4人眼的視覺(jué)21光的基本性質(zhì)1.光是能量存在的一種形式。2光在沒(méi)有任何中間媒質(zhì)的情況下，也能傳播。3.光在同一介質(zhì)（或無(wú)介質(zhì)）中，傳播路線將是直線，稱為光線。4.光是一種人類眼睛可以見的電磁波，光是由一種稱為光子的基本粒子組成。具有粒子性與波動(dòng)性，或稱為波粒二象性。32光的電磁理論

1.光的電磁波理論認(rèn)為光是一種能在空間以直線傳播的電磁波。2.光是一種橫波。3.所有電磁波在真空中傳播時(shí)具有相同的速度。4.不同電磁波在真空中振動(dòng)頻率與波長(zhǎng)不同。5.電磁波在介質(zhì)中傳播，傳播速度將隨介質(zhì)而改變。6.光的電磁波理論可以解釋光的干涉﹑衍射等。7.將電磁波按波長(zhǎng)排列可以繪出波普?qǐng)D。4

干涉衍射5光譜圖人眼最容易感覺(jué)的光譜段6光譜圖73光的量子理論1.量子理論認(rèn)為光是由輻射源發(fā)出的粒子流。2.光微粒的最小存在單位是光量子，它具有能量和動(dòng)量，在空間占有一定的位置，并作為一個(gè)整體在空間移動(dòng)。3.光子與其它實(shí)物粒子不同，它沒(méi)有靜止質(zhì)量

4.量子理論可以解釋光的吸收﹑散射及光電效應(yīng)。8視覺(jué)是一種物理現(xiàn)象更是一種生理現(xiàn)象。1.產(chǎn)生視覺(jué)的主要條件是有光線射入眼睛。2.光落在視網(wǎng)膜上，視細(xì)胞吸收光能，產(chǎn)生生物電流，經(jīng)過(guò)大腦綜合處理產(chǎn)生視覺(jué)。3.視覺(jué)的強(qiáng)弱取決于目標(biāo)發(fā)射的光強(qiáng)度。4.能引起視覺(jué)的最低限度的光量叫亮度閾值；一般來(lái)說(shuō)亮度越大越有利于視覺(jué)，但亮度太大會(huì)灼傷視網(wǎng)膜。5.眼睛要辨別物體總要把它與背景相對(duì)比，物體與背景有差異才能識(shí)別。這種差異有兩種：一種是顏色的不同，另一種是亮度的不同。4人眼的視覺(jué)91.2光的度量

基本度量單位1.光通量2.發(fā)光強(qiáng)度3.照度4.亮度5.光源的顯色性能6.色溫101.光度量的方法光的度量主要有兩種方法：第一種方法是用輻射度學(xué)的物理量來(lái)度量。輻射度學(xué)是純客觀的物理量，不考慮人的視覺(jué)。第二種方法是用光度學(xué)的物理量來(lái)度量光。它是考慮了人的視覺(jué)效果的生理物理量。光譜光效率：在同樣環(huán)境條件下，輻射通量相同時(shí)波長(zhǎng)不同的光視覺(jué)效果是不同的。人們具有最大視覺(jué)效果的波長(zhǎng)處光譜光效率為1。在明亮條件下555nm波長(zhǎng)視覺(jué)效果最佳，在昏暗條件下507nm波長(zhǎng)視覺(jué)效果最佳。11常用詞頭符號(hào)E艾1018a阿10-18P拍1015f飛10-15T太1012p皮10-12G吉109n納10-9M兆106μ微10-6k千103m豪10-3h百102c厘10-2da十101d分10-1122.光通量

光通量（luminousflux），光源在單位時(shí)間內(nèi)，向周圍空間輻射出的使人產(chǎn)生光感的能量,用符號(hào)Φ表示，其單位為流明（lm）。光通量的實(shí)質(zhì)是用眼睛來(lái)衡量光的輻射通量，與光輻射的強(qiáng)度及其波長(zhǎng)有關(guān)。光效（lm/W），電光源每消耗1瓦功率所發(fā)出的流明數(shù)。光效是衡量電光源性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，光效越高越好。電光源的普遍發(fā)光效率都是不高的，這是因?yàn)檩斎牍庠吹碾姽β什荒苋哭D(zhuǎn)化為電磁輻射通量，而電磁輻射通量中又只有一部分落在可見光區(qū)的緣故。133.發(fā)光強(qiáng)度

光源在某一特定方向上單位立體角內(nèi)輻射的光通量，稱為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度（luminousintensity），用符號(hào)I表示，單位為坎德拉（cd），簡(jiǎn)稱光強(qiáng)。光強(qiáng)是反映電光源發(fā)光強(qiáng)弱程度的物理量。對(duì)于向各個(gè)方向均勻輻射光通量的光源，其各個(gè)方向的發(fā)光強(qiáng)度相同，其值為 （10.1.1）式中Φ——光源在立體角Ω內(nèi)所輻射的總光通量；

Ω——空間立體角，，S為Ω相對(duì)應(yīng)的球面積，r為球半徑。144.照度

照度（illuminance）是表征被照面上光的強(qiáng)弱的物理量，用受照物體單位面積上的光通量表示。照度的符號(hào)為E，單位是勒克斯（lx）。如果光通量均勻地投射到面積為S的表面上，則該表面的光通量為

155.亮度

發(fā)光體在視線方向單位投影面上的發(fā)光強(qiáng)度稱為亮度（luminace），用符號(hào)L表示，單位為cd/m2。圖10.1.1所示發(fā)光體在視線方向的亮度為:166.光源的顯色性能

光源對(duì)被照物體顏色顯現(xiàn)的性質(zhì)稱為光源的顯色性能。物體的顏色以日光或與日光相當(dāng)?shù)膮⒖脊庠凑丈湎碌念伾珵闇?zhǔn)。光源的顯色性能用被測(cè)光源照明時(shí)與由參考光源照明時(shí)物體顏色相符程度，顯色指數(shù)（）來(lái)衡量。日光的顯色指數(shù)為100，白熾燈的顯色指數(shù)為97～99，熒光燈的為75～90。17顯色性18顯色性197.色溫

當(dāng)光源發(fā)射出的光的顏色與黑體（能吸收全部光能的物體）在某一溫度時(shí)發(fā)出的光的顏色相同時(shí)，該溫度就稱為光源的色溫，符號(hào)為T，單位是開爾文（K）。暖色光

暖色光的色溫在3300K以下，暖色光與白熾燈相近，紅光成分較多，能給人以溫暖，健康，舒適的感受。適用與家庭，住宅，宿舍，賓館等場(chǎng)所或溫度比較低的地方。

冷白色光

又叫中性色，它的色溫在3300K到5300K之間，中性色由於光線柔和，使人有愉快，舒適，安詳?shù)母惺?。適用與商店，醫(yī)院，辦公室，飯店，餐廳，候車室等場(chǎng)所。

冷色光

又叫日光色，它的色溫在5300K以上，光源接近自然光，有明亮的感覺(jué)，使人精力集中。適用與辦公室，會(huì)議室，教室，繪圖室，設(shè)計(jì)室，圖書館的閱覽室，展覽櫥窗等場(chǎng)所。20色溫21國(guó)際制度基本單位單位數(shù)量符號(hào)米meter長(zhǎng)度lengthm千克kilogram質(zhì)量masskg秒second時(shí)間times安培ampere電流electriccurrentA開kelvin溫度temperatureK摩爾mole數(shù)量amountofmattermol坎德拉candela發(fā)光強(qiáng)度luminousintensitycd221.3照明簡(jiǎn)史1早期照明2近代照明23早期照明1篝火始于60萬(wàn)年前猿人發(fā)明用火?；鸱N來(lái)源：雷電、火山噴發(fā)、隕石墜落等自然現(xiàn)象形成的森林火災(zāi)。二十萬(wàn)年前人類發(fā)明了摩擦取火。2油燈始于一萬(wàn)年前，經(jīng)歷了沒(méi)有燈芯的油燈發(fā)展到了有燈芯的油燈。3蠟燭始于2200年前。用凝固的動(dòng)物油脂內(nèi)加燈芯制成。為了用于室外照明，給它加了一個(gè)擋風(fēng)設(shè)備形成了燈籠。4氣燈始于19世紀(jì)初。通過(guò)煤氣燃燒，使釷、鈰等金屬氧化物制成的紗罩熾熱發(fā)光。245近代照明方式都有一個(gè)共同的特點(diǎn)-----用火。不管形式有多大的改進(jìn)它們都無(wú)法擺脫兩個(gè)致命的缺點(diǎn)：污染空氣和容易失火。25近代照明1808年英國(guó)科學(xué)家戴維用通電的碳棒發(fā)明了炭弧燈。

1879年愛(ài)迪生研制出實(shí)用炭絲燈。

1909年美國(guó)人柯里奇研制出鎢絲燈。

1933年高壓汞燈在荷蘭問(wèn)世。

1938年實(shí)用熒光燈研制成功。

1944年德國(guó)制造出了氙燈。

1959年碘鎢燈問(wèn)世。

1961年美國(guó)制造出高壓鈉燈。

1970年金屬鹵化物燈開始使用。261.4常用照明光源與燈具照明光源光源的分類光源的性能及選擇照明燈具燈具的光學(xué)特性燈具的結(jié)構(gòu)燈具的選擇室內(nèi)燈具的懸掛高度燈具的布置27照明光源光源的分類

常用的電光源按發(fā)光原理可分為熱輻射光源和氣體放電光源兩類。1.熱輻射光源：利用物體加熱時(shí)輻射發(fā)光的原理所制造的光源。如白熾燈、鹵鎢燈等。2.氣體放電光源：利用電場(chǎng)作用下氣體放電發(fā)光的原理所制造的光源。如熒光燈、高壓汞燈、高（低）壓鈉燈、金屬鹵化物燈和氙燈等。28（1）白熾燈

白熾燈是靠電流加熱鎢絲到白熾程度引起熱輻射發(fā)光的,結(jié)構(gòu)見圖10.2.1。其特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格低，顯色性好，有高度的集光性，便于光的再分配，使用方便，適于頻繁開關(guān)。缺點(diǎn)是光效低，使用壽命短，耐振性差。29

（2）鹵鎢燈

鹵鎢燈是利用鹵鎢循環(huán)的原理，在白熾燈中充入微量的鹵化物，結(jié)構(gòu)見圖10.2.2，白熾燈燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢和鹵元素結(jié)合，生成的鹵化鎢分子擴(kuò)散到燈絲上重新分解，使鎢又回到燈絲上，從而既提高了燈的光效又延長(zhǎng)了使用壽命。管形鹵鎢燈必須水平安裝，并且應(yīng)當(dāng)與易燃物保持一定距離。鹵鎢燈的耐震性也較差，不適于在振動(dòng)較大的場(chǎng)所使用，更不能作為移動(dòng)式光源來(lái)使用。30（3）熒光燈

熒光燈是一種低壓汞蒸氣弧光放電燈，結(jié)構(gòu)如圖10.2.3所示，汞蒸氣放電時(shí)發(fā)出可見光和紫外線，紫外線又激勵(lì)管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)出可見光，兩者混合光色接近白色。外熒光燈要與鎮(zhèn)流器（或稱穩(wěn)壓器）一起使用，將工作電流限制在額定值。熒光燈的優(yōu)點(diǎn)是光效高，壽命長(zhǎng)，顯色性好；但需要附件多，不宜用于需要頻繁啟動(dòng)的場(chǎng)合。31（4）高壓汞燈

高壓汞燈是低壓熒光燈的改進(jìn)產(chǎn)品，如圖10.2.4所示，它的光效約比白熾燈高三倍，壽命也長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)無(wú)需加熱燈絲，故只需鎮(zhèn)流器。缺點(diǎn)是顯色性差，啟動(dòng)慢，對(duì)電壓要求較高，也不宜頻繁啟動(dòng)。32（5）高壓鈉燈結(jié)構(gòu)見圖10.2.5，高壓鈉燈利用高壓鈉蒸氣放電發(fā)光，其輻射光的波長(zhǎng)集中在人眼較敏感的區(qū)域內(nèi)。具有照射范圍廣，壽命長(zhǎng)，紫外線輻射少，透霧性好等優(yōu)點(diǎn)。但顯色性差，對(duì)電壓波動(dòng)較敏感。

33（6）金屬鹵化物燈

金屬鹵化物燈是在高壓汞燈的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它克服了高壓汞燈顯色性差的缺點(diǎn)。在高壓汞燈內(nèi)添加了某些金屬鹵化物，通過(guò)金屬鹵化物的循環(huán)作用，不斷向電弧提供金屬蒸氣，金屬原子在電弧中受電弧激發(fā)而輻射發(fā)光。它具有光色好、光效高、受電壓影響小等優(yōu)點(diǎn)，是目前比較理想的光源。選擇適當(dāng)?shù)慕饘冫u化物并控制相對(duì)比例，便可制成各種不同光色的金屬鹵化物燈。34（7）氙燈

氙燈為惰性氣體弧光放電燈，高壓氙氣放電時(shí)能產(chǎn)生很強(qiáng)的白光，接近連續(xù)光譜，與太陽(yáng)光十分相似，故有“人造小太陽(yáng)”之稱。氙燈特別適合作廣場(chǎng)等大面積場(chǎng)所的照明。35（8）LED綠色照明燈具1LED高節(jié)能：節(jié)能能源無(wú)污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03瓦-1瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。2LED長(zhǎng)壽命：LED光源被稱為長(zhǎng)壽燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰快等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá)5萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。3LED利環(huán)保：LED是一種綠色光源，環(huán)保效益更佳。光譜中沒(méi)有紫外線和紅外線，熱量低和無(wú)頻閃，無(wú)輻射，而且廢棄物可回收，沒(méi)有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。36LED綠色照明燈具37光源的性能及選擇

各種常用電光源的主要性能見表10.2.1。

3839光源的性能及選擇

從表中可以看出，這些性能指標(biāo)之間有時(shí)是相互矛盾的，在選用電光源時(shí)首先應(yīng)考慮光效高、壽命長(zhǎng)其次再考慮顯色指數(shù)、啟動(dòng)性能以及其他次要指標(biāo)最后綜合考慮環(huán)境條件、初期投資與年運(yùn)行費(fèi)用40

光源的性能及選擇

選擇照明光源時(shí)，一般考慮如下因素。（1）對(duì)于一般性生產(chǎn)車間、輔助車間、倉(cāng)庫(kù)和站房，以及非生產(chǎn)性建筑物、辦公樓和宿舍、廠區(qū)道路等，優(yōu)先考慮選用投資低廉的白熾燈和簡(jiǎn)座日光燈。（2）照明開閉頻繁，需要及時(shí)點(diǎn)亮、調(diào)光和要求顯色性好的場(chǎng)所，以及需要防止電磁波干擾的場(chǎng)所，宜采用白熾燈和鹵鎢燈。（3）對(duì)顯色性和照度要求較高，視看條件要求較好的場(chǎng)所，宜采用日光色熒光燈、白熾燈和鹵鎢燈。41（4）熒光燈、高壓汞燈和高壓鈉燈的抗振性較好，可用于振動(dòng)較大的場(chǎng)所。（5）選用光源時(shí)還應(yīng)考慮到照明器的安裝高度。白熾燈、熒光燈適宜的懸掛高度為2～4m，高壓汞燈為5～18m，鹵鎢燈為6～24m。對(duì)于燈具高掛并需要大面積照明的場(chǎng)所，宜采用金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和氙燈。（6）在同一場(chǎng)所，當(dāng)采用的一種光源的光色較差時(shí)，可考慮采用兩種或多種光源混合照明。光源的性能及選擇42照明燈具燈具是燈泡和燈罩的總稱。

1.燈具的光學(xué)特性

燈具的光學(xué)特性主要體現(xiàn)在光強(qiáng)分布（配光曲線）、遮光角（保護(hù)角）和燈具的效率等指標(biāo)上。43照明燈具

（1）配光曲線

燈具在空間各個(gè)方向上的光強(qiáng)的分布情況用配光曲線來(lái)描述。配光特性是衡量燈具光學(xué)特性的重要指標(biāo)。常見的燈具的配光曲線有正弦分布型、光照型、漫射型、配照型和深照型五種形狀,如圖10.2.6所示。44照明燈具

（2）效率燈具射出的光通量與光源發(fā)出的光通量的比值稱為燈具的效率。燈具的效率一般在0.5～0.9之間，其大小與燈罩材料與形狀、光源的中心位置有關(guān)。45照明燈具

（3）遮光角遮光角又稱為保護(hù)角，指的是燈具出光沿口遮蔽光源發(fā)光體使之完全看不見的方位與水平線的夾角，如圖10.2.7所示。其值一般在15?！?/p>

30。之間。462.燈具的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開啟型光源與外界空間直接接觸（無(wú)罩）閉合型燈罩將光源包起來(lái)，但內(nèi)外空氣仍能流通封閉型燈罩固定處加以一般封閉，內(nèi)外空氣仍可有限流通密閉型燈罩固定處加以嚴(yán)密封閉，內(nèi)外空氣不能流通防爆型燈罩及其固定處和燈具外殼均能承受要求的壓力，符合《防爆電氣設(shè)備制造檢驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，可用于有爆炸危險(xiǎn)性介質(zhì)的場(chǎng)所照明燈具

47照明燈具

3.燈具的選擇根據(jù)被照?qǐng)鏊鶎?duì)配光的要求、環(huán)境條件和使用特點(diǎn)，合理地選擇燈具的光強(qiáng)分布、效率、保護(hù)角、類型及造型尺寸等，同時(shí)還應(yīng)考慮燈具的裝飾效果和經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先選用配光合理、光效髙、壽命長(zhǎng)的燈具。一般生產(chǎn)車間、辦公室和公共建筑，多采用半直接型或均勻漫射型燈具，從而獲得舒適的視覺(jué)效果。在正常工作環(huán)境中，宜選用開啟型燈具。48照明方式和種類

（1）照明方式

一般照明在整個(gè)場(chǎng)所或場(chǎng)所的某部分照度基本均勻的照明。局部照明為照亮某個(gè)局部而設(shè)置