某图书馆的照明系统设计.docx
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某图书馆的照明系统设计
某图书馆的照明系统设计
一绪论1
1.1本设计工程概况2
1.2本文的主要内容及章节安排3
二照明设计4
2.1照明方式和种类1
一照明方式1
二照明种类1
2.2照明质量1
一照度1
二亮度1
三频闪与眩光1
四光源的显色性能1
2.3照明灯具的选择与布置1
一光源类型1
二光源类型1
2.4本工程照明设计1
一本工程灯具的选择1
二应急照明设计1
三本工程照明设计的照度计算与灯具布置1
三系统设计
3.1统计负荷量的方法1
3.2电线电缆的选择1
一导线的分类、型号与使用1
二导线的选择原则1
3.3低压断路器的选择1
3.4本工程部分负荷统计及配电箱系统的设计1
一各类配电箱系统图设计1
二配电干线的设计1
第四章结论1
4.1总结1
4.2本次设计的成果与存在的问题1
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参考文献
内容摘要
随着社会经济与科技的不断发展，人们对照明的舒适性、美观性、节能性等性能提出了更高的要求。
本次设计主要是为大庆商务学院图书馆提供舒适、实用的照明环境。
本次设计采用先平面后系统的设计思路。
在平面设计中，主要完成的是照度计算、灯具选择与布置、应急照明与普通照明的配合等任务，最后绘制完整的照明平面图。
由于任务分配，本设计的平面图中不画插座回路，插座回路在系统图中体现。
在系统设计中，主要任务是统计负荷量、导线与空开的选择以及相互配合等任务，最终绘制完整的照明系统图。
完成平面图和系统图绘制后，经过计算检验，本次设计在照度和节能方面满足国家相关要求。
导线与空开的选择也满足供电可靠性与安全性的要求。
关键词：
图书馆；照明设计；统计负荷量
一绪论
1.1本设计工程概况
本工程为大庆商务学院图书馆，总建筑面积12826。
地上四层，一～三层层高4.5m，四层层高4.8m。
建筑高度为18.75m。
本次任务主要是对图书馆的照明系统进行设计。
本次设计的主要依据为：
《建筑照明设计标准》GB50034-2004、《图书馆建筑设计标准》JGJ38-99、《低压配电设计规范》GB50054-95以及建设单位设计任务书和建筑专业、结构专业.、通风水暖专业提供的设计条件。
本照明系统设计中应急照明为二级负荷供电，其余为三级负荷供电。
本工程照明以节能型高效荧光灯为主，荧光灯应配电子镇流器以提高功率因数，COS∅不小于0.9。
本工程所采用灯具均为Ⅰ类灯具。
所有应急照明及疏散指示灯具均应采用玻璃或非燃烧体灯罩。
本设计的最终目是为大庆商务学院图书馆提供满足规范要求的舒适、实用的照明环境。
本次的设计主要思路是先进行平面图设计，再进行系统图设计。
在对平面图设计时，首先要阅读建筑底图，了解建筑中功能间的种类、数量、面积以及对照度的要求；然后根据各个房间对照度的要求进行灯具的选型与布置，再根据灯具的种类与数量及控制方式对开关进行选择与布置；最后确定每层的照明与应急配电箱的位置，完成平面走线。
在完成平面图的设计后，就要设计系统图了。
系统图设计中最核心的就是统计负荷量，选择导线空开。
在选择导线空开时，要用导线与空开配合原则进行校验。
最后完成系统图的绘制。
表1大庆商务学院图书馆工程概况表
序号
层数
功能
1
一层
密集书库、接待休息室、自习区、学术报告厅、采编装钉室、读者服务部、配电室、书店等
2
二层
电子阅览室、网络系统部、馆长室、电子检索区、现刊开架阅览室、校史馆、文献资源建设部
3
三层
自然科学开架阅览室、教师备课室、社会科学开架阅览室、休闲区
4
四层
科技期刊开架阅览室、过刊阅览室、学术研究室、外文工具开架阅览室、休闲区
5
屋顶
通风机房、电梯机房
1.2本文的主要内容及章节安排
本文的主要内容包括照明设计、导线选择、导线与空开配合等内容。
主要章节内容安排如下：
第一章：
绪论。
介绍了课题研究背景及意义、国内外发展现状以及本次设计的工程概况。
第二章：
照明设计。
介绍照明设计的基本原则，照明方式以及光源类型，照明节能措施与功率密度等。
结合本工程对灯具进行选型与布置。
第三章：
系统设计。
系统设计中首先进行负荷量的统计，然后根据计算出的计算电流选择导线与空开。
第四章：
结论。
主要对本次设计进行总结，同时说明在设计中遇到的问题以及课题的发展方向。
二照明设计
2.1照明方式和种类
一照明方式
1.一般照明
为使整个照明场地获得均匀明亮的水平照度，使用照明灯具在整个照明场所基本均匀布置的照明方式。
下列场所宜选用一般照明方式：
（1）在受生产技术条件限制，不合适装设局部照明或不必采用混合照明的场所所；
（2）无固定工作区且工作位置密度较大，对光照方向无特殊要求的场所。
实际工程设计中，车间、办公室、体育馆、教室、会议厅、迎业大厅等场所用一般照明方式。
2.分区的一般照明
根据需要提高特定区域照度的一般照明。
根据工作面布置的实际情况，将照明器集中或分区集中均匀的布置在共工作区上方，使室内不同被照面上产生不同的照度，可以有效地节约能源。
同一场所内的不同区域有不同照度要求时，应采用分区一般照明。
3.局部照明
为满足照明范围内某些部位的特殊要求而在一定范围内设置照明灯具的照明方式称为局部照明。
它仅限于照亮一个有限的工作区域，通常采用从最适合的方向装设台灯、射灯等。
这种照明方式灵活、方便、节电、能够有效地突出重点。
4.混合照明
由一般照明和局部照明共同组成的照明称为混合照明。
实际上就是在一般照明的基础上，在另外需要提供特殊照明的局部，采用局部照明。
对于部分作业面照度要求较高，只采用一般照明不合理的场所，宜采用混合照明。
二照明种类
1.正常照明
正常照明是在正常工作时使用的室内照明。
它可以单独使用，也可以与应急照明、值班照明同时使用，但是控制线路必须分开。
2.应急照明
应急照明是在正常照明因故障熄灭后，供事故情况下继续工作或人员疏散使用的照明。
应急照明灯宜布置在主要通道的出入口。
3.值班照明
供值班人员使用的照明。
可利用正常照明能单独控制的一部分，或者利用应急照明作为值班照明。
4.警卫照明
有警戒任务的场所，应根据警戒范围的要求设置警卫照明。
5.障碍照明
障碍照明是指装设在建筑物上作为障碍标志使用的照明。
有危及航行安全的建筑物、构筑物上，应根据航行要求设置障碍照明。
例如在飞机场周围较高的建筑物上或有船舶同行的航道两侧的建筑物上，应按民航和交通部门的有关规定装设障碍照明灯。
2.2照明质量
一照度
被照物体表面单位面积投射的光通量，称为照度。
照度是决定受照物体明亮程度的指标。
通常，照度水平是衡量照明质量最基本的技术指标之一[1]。
当光通量均匀地照射到某平面上时，该平面上的照度为：
E=（2-1）
式中，E—照度，单位lx；
Φ—投射到物体表面的光通量，单位lm；
S—被照物体表面积，。
根据我国的经济情况和电力供应水平，在现行的标准中规定的照度等级为：
0.5、1、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500、2000、3000、5000lx。
不同的照度给人产生不同的感受，照度太低容易造成疲劳，而照度太高又会因为刺激太强而受不了。
因此合理的照度对减少视觉疲劳、提高工作效率有很大作用。
除了合理的照度外，为了减轻人眼对因照度的极不相同的频繁适应所造成的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度。
为保证照度的均匀度可以使用不同类型灯具，如发光顶棚、光带、光槽、面灯、密集布置的筒灯等，也可以使用透光系数较低的灯罩，这样可产生均匀、柔和的效果。
二亮度
人眼对明暗的感觉不是直接决定于受照物体（间接发光体）的照度，而是决定于物体在人眼睛视网膜上形成的像的照度。
所以，亮度是指发光体在视线方向单位投影面积上的发光强度。
只有在亮度分布合适的环境中，人才会感觉到舒适。
如果亮度分布不合适，则会使人感觉到视觉的疲劳和不适。
因此视野内适宜的亮度分布是舒适视觉的重要条件。
在设计中，为使得室内环境能够获得适当的亮度分布，同时又避免繁琐的计算工作，通常用照度对比和墙面、顶棚、地板等的反射比作为设计应达到的要求[4]。
三频闪与眩光
1.频闪
光源光通量与电源电压频率同步变化的现象叫做频闪，这种现象只发生在气体放电光源类灯具。
频闪现象会影响人的视力健康，在实际生活中应加以克服。
克服频闪的方法：
（1）在同一被照场所用两相或三相电源供电；
（2）采用移相器；
（3）采用直流供电。
2.频闪
眩光是指视野范围内由于亮度分布不合理或亮度过高所造成的视觉不适或视力减弱的现象。
由此，眩光被分成不舒适眩光和失能眩光两种。
在实际照明中，舒适眩光出现的机会远多于失能眩光。
不舒适眩光虽然不像失能眩光那样会使人丧失视觉功能，但是长时间在有不舒适眩光的环境中工作，人们会感到疲劳，甚至烦躁，从而降低劳动生产率。
严重的还会引发事故，造成重度损失。
因此在照明实践中应尽可能地限制不舒适眩光，而限制不舒适眩光的一系列措施，也将有效地限制失能眩光。
眩光产生的原因：
（1）被照环境中，在人的视野出现了亮度极高的发光体，如在夏日中抬头看太阳，或去看光较强的地方。
（2）光线与视线夹角太小，比如夏天太阳光线很刺眼，视线与日光夹角足够大就不会产生眩光。
当视线与光线夹角在30度以内产生较强眩光，当角度大于45度眩光会逐渐减弱，所以在照明中可以通过灯具灯罩及栅格、光槽、筒灯等增大保护角以限制眩光。
（3）光源表面亮度太大，当光源瓦数越大，而其表面面积越小，透光外壳透光系数偏大，这时光源表面亮度就会过大，产生眩光概率就大。
为了限制不舒适眩光，可选用具有较大遮光角的照明器，选择合适的照明器安装高度和采用具有低亮度大面积发光发光面的照明器、也可以通过提高房间表面的反射比，改善视野内的亮度分布，达到限制眩光的目的。
此外，还应有效地限制光幕反射。
四光源的显色性能
同一颜色物体在具有不同光谱的光源照射下能显现出不同的颜色。
光源对被照物体颜色显现的性质，叫做光源的显色性，并用显色指数表示光源显色性能的好坏。
光源的显色指数是指某光源照射下物体的颜色与日光照射下该物体颜色相符合的程度，并将日光的显色指数定为100.因此，物体颜色失真越小，光源的显色指数越高。
表2光源一般显色指数类别
显色类别
一般显色指数
适用场所
ⅠA
医疗诊所、画廊、颜色校验等
ⅠB
绘图室、卧室、客房、食品、印刷等
Ⅱ
办公室、体育馆、休息室、表面处理等
Ⅲ
热处理、铸造车间、机械加工车间等
Ⅳ
仓库、停车场等
光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度。
研究表面，在照度和显色指数之间存在一种平衡关系。
从广泛的试验中得到的结果是：
用显色指数的灯照明办公室，就其外观的满意程度来说，要比用显色指数低的灯（）照明的办公室，照度值可降低25%以上。
要注意的是针对良好的视觉外观而言，如果为了节能而把室内照度减少到使视觉功能变坏的水平，那就完全不合理了，应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源同时具有适当的照度，以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果。
2.3照明灯具的选择与布置
一光源类型
灯具是照明工程中常用的电器，其作用是将电能转换成光能，不同的环境必须选择不同类型的灯具才能达到照明效果的要求。
目前常用灯具的光源种类较多，从其发光原理来分，主要分为两大类:
一类是利用灯丝的高热辐射产生的电光源，称为热辐射光源，如白炽灯、卤钨灯；另一类是利用气体放电产生光的电，称为气体放电光源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等[5]。
1.热辐射光源
（1）白炽灯
白炽灯靠钨丝通过电流加热到白炽状态从而引起热辐射发光。
它价格低廉，使用方便，显色性好，但发光效率较低，使用寿命短。
大部分白炽灯会把消耗能量中的90%转化为无用的热能，只有10%的能量会成为光，这就很费电。
国家发改委公布，白炽灯将在5年内逐步退出市场，由省电环保的节能灯取而代之。
（2）卤钨灯
在钨丝管中加入一定的卤元素（如溴、碘等）而成的照明灯称为卤钨灯，如常用的有碘钨灯、溴钨灯。
这种灯适用于照度要求高，安装高度较高的室内、外大面积场所的照明，其寿命比白炽灯要长2-3倍。
2.气体放电光源
（1）荧光灯
荧光灯俗称日光灯，是高光效、长寿命的电光源，在电气照明中采用荧光灯是一个重要的发展，它在建筑工程上广泛使用。
荧光灯是由一根充有氩气和微量汞的玻璃管构成，管壁涂有荧光物质，管的两端装有钨丝制成的电极。
在汞氩混合气体发生发电时，辐射的紫外线去激发管内壁的荧光物质即可放出可见光。
（2）高压汞灯
高压汞灯与荧光灯的发光原理相同，只是高压汞灯灯泡内部压力比荧光灯管内的压力要高的多，高压汞灯有戴镇流器启动和不带镇流器启动两种。
高压汞灯的光效高，寿命长，但启动时间较长，显色性较差。
（3）高压钠灯
它利用高气压的钠蒸汽放电发光，其光谱集中在人眼较为敏感的区间，因此其光效比高压钠灯还高一倍，而且寿命长，但其显色性较差、启动时间较长。
高压钠灯具有优秀的色表和颜色质量，透雾能力强，但其适应电压变化的能力较差，所以常用于广场、车站等大面积对光源显色性要求不高的照明场所。
二光源类型
1.灯具的选择
灯具具有控制光源、保护光源、安全、美化环境等作用。
设计时主要从其光学性能、光源种类、安装方式、照明场所的使用条件、经济性能等方面综合考虑确定[6]。
照明光源宜采用荧光灯、高强气体放电灯（高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯）等，不推荐采用卤钨灯、长弧疝气灯等。
在许多照明场所如商业橱窗、展览厅（包括一般商业产品、文化艺术品以及历史文物的展览展示等）以及摄影照明等，要求显色性高，高档冷光或聚光的场所，可采用各种结构形式的卤钨灯。
为了节约电能，当灯具悬挂高度在4m及以下时，宜采用荧光灯；在4m以上时，宜采用高强气体放电灯。
金属卤化物灯，属于高强度气体放电灯。
各种规格的高压钠灯和金属卤化物灯由于具备高光效和使用寿命长的特点，广发用于各种环境条件的室内外照明，如机场、港口、码头、道路、体育场馆、大型工业车间、展览厅地铁等场所。
2.灯具的布置
灯具布置主要就是确定灯在室内的空间位置。
灯具的布置对照明质量有重要影响。
光的投射方向、工作面的照度、照明均匀性、直射眩光、视野内其他表面的亮度分布以及工作面上的阴影等，都与照明灯具的布置有直接关系。
灯具的布置合理与否影响到照明装置的安装功率和照明设施的耗费，影响照明装置的维修和安全。
灯具的布置方式一般分为两种，一种是均匀布置，在照度要求均匀的场所应用较为广泛；第二种是选择布置，广泛应用在局部照明中。
（1）灯具布置原则
①合理的照度水平，并具有一定的均匀度；
②适当的亮度分布；
③必要的显色性和入射方向；
④限制眩光作用和阴影的产生；
⑤美观、协调；
⑥便于安装、检修。
（2）灯具布置方式
①均匀布置
均匀布置是使灯具之间的距离及行间距离均保持一定。
一般地，在一般照明或者分区一般照明方式的场所都选择均匀布置的方式。
均匀布置为了达到照度均匀度，将同一型号的多个灯具按面积等分的方法，均匀布置成直线型、正方形、菱形、矩形等各种单一的几何图形，从而使工作面上照度均匀。
这种布置方式适用于照度均匀的场合，如图2.1所示。
图1灯具的均匀布置
②选择布置
选择布置是指根据工作面的安排、设备的布置来确定来确定灯具的布置方式。
这种布灯适用于分区、分段一般照明，它的优点在于能够选择最有利光的照射方向和保证照度要求，可避免工作面上的阴影。
在办公、商场、车间等工作场所内设施布置不均匀的情况下，采用这种有选择的布灯方式可以减少一定数量的灯具，有利于减少投资，节约能源。
2.灯具的距高比
灯具的距高比是指灯具在布置时相邻灯具间距离与灯具悬挂高度之比，即
λ=（2-2）
式中，λ—灯具距高比；
L—相邻灯具间距离，m；
h—灯具的悬挂高度，m。
对于不对称的灯具距高比分为横向距高比和纵向距高比，即
=/h（2-3）
=/h（2-4）
式中，（）—灯具横向（纵向）距高比；
（）—相邻灯具间横向（纵向）距离，m；
h—灯具的悬挂高度，m。
因此，在进行平面布置时，灯具实际距高比要小于灯具产品指标数据中的距高比，灯具与墙的距离取L/4—L/2之间数值，以保证照度的均匀性。
2.4本工程照明设计
一本工程灯具的选择
不同类型的工程对照明质量的侧重点各有不同，但都离不开以下几个方面，合适的照度水平；合适的空间亮度分布；把握好色温与显色性；眩光的有效控制；正确的投光方向和完美的造型立体感，而这些因素之间往往互相影响的，所以要实现高质量的照明效果，光源与灯具的选择至关重要。
光源的选择原则：
1、考虑光源特性
2、满足环境的要求
3、根据人的生理和心理需求
4、与建筑气氛的配合
5、装饰效果
灯具的选择应与光源配合，即在满足要求的前提下，依照建筑装饰要求选择相应的灯具造型与之协调；根据限制直射眩光和光幕的反射等要求，选择灯具的遮光角和表面亮度。
本工程是图书馆照明，所以大部分场所（如书库、自习室、阅览室等）均采用T8三基色直管荧光灯。
楼梯间要给人们一种宁静的气氛，所以选用冷色荧光吸顶灯进行照明。
洗手间一般采用防水吸顶灯。
层高较高的大厅上空采用金属卤化物灯。
二应急照明设计
1.应急照明介绍
应急照明，作为在外接电源突然中断的情况下，为楼内人员提供及时撤离、疏散至安全地带的照明，在整个照明系统中担负着相当重要的角色。
应急照明系统包括：
备用照明、疏散指示照明、安全照明。
①备用照明
正常照明失效时，为确保工作继续进行（或暂时继续工作）而设置的备用照明。
由于工作中断或误操作时，可能会引起爆炸、火灾、人身伤亡或造成严重后果和经济损失的场所，应考虑设置供暂时继续工作的备用照明，例如配电室、消防控制室、演播室、手术室等场所都应设置备用照明。
②疏散指示照明
疏散指示照明是在发生火灾、事故停电等突发情况下，为人员安全到达室外或临时避难层而设置的路线标志。
如“安全出口”、“避难层”等。
此外还有引向标志，即借助于箭头或某种分辨方向的图形或文字进行指向。
③安全照明
正常照明突然中断时，为确保处于危险中的人员安全而设置的安全照明。
2.本工程应急照明设计
根据《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008中有关应急照明供电设计的规定：
应急照明应由两路电源供电，在重要场所或供电条件不具备两个电源或两回路时，还应设置有蓄电池的应急照明灯或用蓄电池组供电。
带蓄电池的应急照明灯可接自本层（本区）配电盘的专用回路，或防灾专用配电盘。
备用照明、疏散照明，应由不同不同分支回路提供电源，同时不允许将电源插座接在应急照明回路上。
本设计中，配电室、值班室、消控中心的照明100%为应急照明；其他公共场所应急照明一般按正常照明的10%设置，正常情况兼做普通照明，采用双控开关控制。
在大空间用房、走廊、楼梯间、主要出入口等场所设置疏散指示照明，如图2.2所示。
应急照明地面最低照度不低于5Lx。
疏散指示灯平时应处于点亮状态。
功能性灯具：
出口标志灯、疏散指示灯需有国家主管部门的检测报告，达到要求的方可使用
图2.2（a）门厅应急照明与疏散指示设计
图2.2（b）配电室、值班室应急照明设计
本工程的应急照明布置详见各层照明平面图。
三本工程照明设计的照度计算与灯具布置
1.照度计算
照度计算是照明设计的重要内容，是照明功能效果的重要组成部分。
照度计算的目的是根据所需要的照度值，结合其他已知条件（如照明灯具类型及布置方式、房间各个面的反射条件及污染情况等）来决定灯具的容量或灯具的数量。
同时也为了更好地按照规范要求，进行功率密度控制，达到满足使用要求下的节能要求。
因此，在实际的照明工程设计中，应进行必要的照度计算。
照度计算通常采用利用系数法、单位容量法和逐点计算法，本节只介绍实际中使用最多的利用系数法。
利用系数法是一种考虑反射和折射两种光照效果，以利用系数为主要计算数据，以照度的定义为依据的一种计算照度的方法。
它适用于非电光源照明场所的照度计算，主要用于灯具布置比较均匀，室内其他工作面反射系数较高且比较空旷的照明场所。
①利用系数法计算公式：
（2-5）
式中，—工作面上的平均照度，lx；
—光源光通量，lm；
—光源数量；
—利用系数；
—工作面面积，；
—灯具的维护系数。
②灯具利用系数
灯具的利用系数是指自然光投射在工作面上的光通量与全部光源发出的光通量之比，它是表明光源的光通利用程度的一个系数。
根据房间室空比RCR、墙壁、顶棚及地面的反射系数查灯具的利用系数表即可得灯具的利用系数。
不同的灯具有不同的利用系数表，下表为YJK-1/40-2型单管荧光灯的利用系数表。
表3YJK-1/40-2型单管荧光灯的利用系数表
80
70
50
0
50
30
10
50
30
10
50
30
10
0
20
RCR
利用系数U
1
0.85
0.80
0.76
0.83
0.79
0.75
0.79
0.76
0.73
0.66
2
0.75
0.69
0.63
0.73
0.67
0.63
0.70
0.65
0.61
0.56
3
0.66
0.59
0.54
0.65
0.58
0.53
0.62
0.57
0.52
0.48
4
0.59
0.51
0.45
0.57
0.50
0.45
0.55
0.49
0.44
0.41
5
0.52
0.44
0.39
0.51
0.44
0.39
0.49
0.43
0.38
0.35
6
0.47
0.39
0.34
0.46
0.39
0.34
0.45
0.38
0.33
0.31
7
0.42
0.35
0.29
0.42
0.34
0.29
0.40
0.34
0.29
0.27
8
0.38
0.31
0.26
0.38
0.31
0.25
0.36
0.30
0.25
0.24
9
0.35
0.28
0.23
0.34
0.27
0.23
0.33
0.27
0.22
0.21
10
0.30
0.23
0.19
0.30
0.23
0.19
0.29
0.23
0.19
0.17
房间室空比RCR是根据房间尺寸，灯具的安装高度和工作面高度计算得出的。
其计算公式为：
RCR=（2-6）
式中，—灯具的安装高度；
—工作面高度；
—房间的长；
—房间的宽。
灯具的维护系数和墙壁、顶棚及地面的反射系数均可查表得出，详见表2.3和表2.4。
表4维护系数表
环境污染
特征
房间或场所举例
灯具最少
擦拭次数
（次/年）
维护
系数
值
室
内
清洁
卧室、办公室、餐厅、阅览室、教室、病房、客房仪器仪表装配间、电子元件装配间、检验室等
2
0.8
一般
商店营业厅、候车室、影剧院、机械加工车间、机械装配车间、体育馆等
2
0.7
污染严重
厨房、锻工车间、铸工车间、水泥车间等
3
0.6
室外
雨棚、站台
2
0.65
表2.4墙壁、顶棚及地面的反射系数近似值
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