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1、 光源与（照明）设计基础光源与（照明）设计基础复旦大学复旦大学周太明周太明（室内照明设计国际培训班）（室内照明设计国际培训班）2007.12.14 照明好坏的判据照明好坏的判据照明好坏的判据照明好坏的判据照明水平（照度）照明水平（照度）视场中的亮度分布视场中的亮度分布眩光的防护眩光的防护光的空间分布光的空间分布色温和显色性能色温和显色性能照明水平（照度）照明水平（照度）视场中的亮度分布视场中的亮度分布眩光的防护眩光的防护光的空间分布光的空间分布色温和显色性能色温和显色性能 可见光部分的波长范围为 380780nm.由单一波长组成的光称为单色光,不同的单色光有不同的颜色.波长的单位是 nm 或

2、m 1nm(纳米)=10-9m(米);1m(微米)=10-6m(米)630 780 红光600 630 橙光566 600 黄光500 566 绿光435 500 蓝/青光380 435 紫光辐射和光辐射和光-可见光 nm400450400450550600650700750500500550600650700750nm汞和太阳的可见辐射光谱汞和太阳的可见辐射光谱 光源的四个发展阶段光源的四个发展阶段 1 2 3 4 普通白炽灯普通白炽灯白炽灯是根据热辐射原理制成的白炽灯的主要部件为灯丝、支架、泡壳、填充气体和灯头 卤钨灯卤钨灯卤钨灯卤钨灯光产生原理与白炽灯一致填充气体：添加卤素 (溴化物形式

3、)耐高温的石英玻璃 减少灯丝的蒸发率，增加灯的寿命无泡壳黑化现象，光衰减少 卤钨灯的类型卤钨灯的类型低电压型:MR 型卤钨灯是低电压型卤钨灯的代表,它由灯泡和反射镜封在一 起,抛物面是由玻璃压制而成,内表面涂多层介质膜,卤钨灯的可见光被反射 到需要照明的物体上,而所发射的红外线绝大部分透过反射镜被滤掉了MR 型卤钨灯型卤钨灯 气体放电气体放电 气体放电灯气体放电灯气体放电灯的结构示意图B 为泡壳,A 和 C 为电极,G 为填充气体A 为阳极,C 为阴极放电灯工作电路示意图 荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理荧光灯的工作原理:灯内包含有低气压的汞蒸气和少量的惰性气体,灯管的内表面涂有荧光粉层,灯内

4、的低气压汞蒸气放电将 60%左右的输入电能转变成波长为 253.7nm 的紫外辐射,荧光粉能有效地将这一紫外辐射转变成可见光紫外辐射可见光荧光粉汞原子电子电极荧光灯的工作原理 气体放电灯的负伏安特性气体放电灯的负伏安特性负阻特性 限流装置限流装置 -补偿负阻特性 启动装置启动装置-克服启动时气体较冷条件下的高电阻 荧光灯附件电气附件电气附件镇流器和启辉器镇流器和启辉器 细管径荧光灯荧光灯细管径荧光灯荧光灯细管径荧光灯荧光灯细管径荧光灯荧光灯近来荧光灯的细管近来荧光灯的细管径化开发日趋活跃径化开发日趋活跃，除现已大量生产，除现已大量生产上市的上市的 T8(26mm)灯外，又先后研制灯外，又先后研

5、制了了 T5(16，5mm)、T2(7mm)的超的超细管径荧光灯。细管径荧光灯。T8 直管荧光灯的典型参数1213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.61213.6285028502500335033503250235023502300320032005163728585859595968585290041006200270040006500300040006500300040003636363636363636363232TLD36W/29TLD36W/33TLD36W/54TLD36W/827TLD36W/840TL

6、D36W/865TLD36W/930TLD36W/940TLD36W/965TLD32W/830HFTLD32W/840HF长度（mm）光通量（lm）显色指数（Ra）色温（K）功 率 型 号 飞利浦 TL5 系列荧光灯参数973400/8651003500/8501043650/8401043650/8351043650/830G51463.217.01702051043650/827TL5 35W962700/8651002800/8501042900/8401042900/8351042900/830G51163.217.01701661042900/827TL5 28W931950/86

7、5952000/8501002100/8401002100/8351002100/830G5863.217.01701231002100/827TL5 21W891250/865931300/850961350/840961350/835961350/830G5563.217.017084961350/827TL5 14W灯头长度（mm）直径（mm）灯电流（mA）灯电压（V）光效（lmW-1）光通量（lm）光色代码灯管型号 CFL 荧光灯的主要类型荧光灯的主要类型紧凑型荧光灯紧凑型荧光灯:分为一体化(I)和非一体化(NI)两种类型各种紧凑型荧光灯形状不尽相同,有 U 形、H 形、形、螺旋型等等

8、 但其结构原理和性能是大同小异的 高压钠灯高压钠灯 金属卤化物灯的主要部件金属卤化物灯的主要部件电弧管和支架电极外泡壳填充气体灯头 单泡壳双端型单泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳双端型双泡壳单端型双泡壳单端型陶瓷电弧管金属卤化物灯 陶瓷电弧管金属卤化物灯 金属卤化物灯的主要类型金属卤化物灯的主要类型陶瓷管能耐更高温度,化学性质极其稳定,因而做成的金属卤化物灯不仅光效更高,光色更好,而且颜色稳定,灯的寿命更长 陶瓷金卤灯性能改进陶瓷金卤灯性能改进光效光效 m/W石英管MHW陶瓷管金卤灯白钠灯卤钨灯白炽灯光效光色颜色特性(CRI+光色稳定性+光色评估)利浦直管单端陶瓷金属卤化物灯的参数96400010

9、,16012,70060009.01.8T-615085300010,80014,00012,0009.01.8T-61509240005280660012,0007.00.98T-6708130005200660012,0007.00.98T-6708130002600340012,0005.00.53T-639显色指数相关色温（K）平均光通量（lm）额定初始光通量（lm）额定平均寿命（h）电弧长度（mm）工作电流（A）泡壳形状标称功率（W）利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱 利浦陶瓷金属卤化物灯的光谱 左边左边 3000K，显色指数，显色指数 82 85；右边；右边 4000K，显色指数，显色指数

10、 90 93 LUXEON STAR10-Mar-99 29单色光 LED 的应用举例trafficsignalvideo screenvideo screenAutomotivebrake/tailturn/markerInGaNAlInGaPAlInGaPAlInGaPAlInGaPInGaNInGaN 白光白光 LED 灯的寿命灯的寿命灯的寿命灯的寿命技术寿命:灯点燃到不能工作的时间。平均寿命:在测试当中，50%的灯不能工作时所点燃的时间。经济寿命:当综合光输出下降到某一百分比时所点燃的时间(室外70%,室内 80%是可接受的数据)灯的寿命灯的寿命灯寿命灯寿命:下图为下图为 TL84 系

11、列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对系列荧光灯的平均寿命和经济寿命的相对关系关系 常用照明电光源的主要特性比较有有无是否有附件好较好好较好较差耐震性能较小大小环境温度变化对光通输出的影响较大大较大较大大电压变化对光通输出的影响明显普通管明显，高频管不明显不明显闪烁1015101551010s或快速14s瞬时再启动时间（min）4104810s或快速14s瞬时启动稳定时间（min）3000650019002800550025006500250065002800330024002900相关色温（K）609023853060 80709595999599显色指数（Ra）（57）106（68）106-1

12、05(510)104-104107108亮度（cd/m2）3001000012000240001000020000500010000800015000150020001500200010002000平均寿命（h）52130641403255448760100143014307.325光效（lm/W）35350035100050100055542002075605000101500额定功率范围（W）金属卤化物灯高压钠灯荧光高压汞灯紧凑型荧兴灯直管形荧光灯低压卤钨灯管形、单端卤钨灯普通照明白炽灯光源种类注：光效为不含镇流器损耗时的数据。指发光体的平均亮度。电感式镇流器。电子式镇流器。“”一体化紧凑

13、型荧光灯可视为 无附件。随着制灯技术的发展，这些参数都会变化，这里是 2000 年数据。光度量及其单位光度量及其单位 光源光源光通量光通量(流明流明)光强光强(坎德拉坎德拉)眼睛眼睛亮度亮度(坎坎/平方平方米米)照度照度(勒克斯勒克斯)从光源到眼睛从光源到眼睛光度量及其单位光度量及其单位 光通量光通量:(Luminous Flux)-光源在单位时间内发出的光量称为光源光通量,以表示单位:流明(lm)例如例如:当发出波长为 555nm 绿色光的单色光源,其辐射功率为 1W 时,则它所发出的光通量为 683lm光度量及其单位光度量及其单位-光通量光通量 所谓发光效率(简称光效)是指一个光源(一般指

14、照明用电光源)所发出的光通量与该光源所消耗的电功率 P 之比:P 光效(lm/W)光源 200低压钠灯 130高压钠灯 100/80 荧光灯 90金卤灯 85CFL 70标准荧光灯 65汞灯 25卤钨灯 15 白炽灯光度量及其单位光度量及其单位-发光效率 光强度光强度:(Luminous Intensity)光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向上的光强度(简称光强),以 I 表示.单位:坎德拉(cd)光度量及其单位光度量及其单位-光强度光强度 d 球面度球面度 d 流明 流明 I=光通量光通量立体角立体角=照度照度流流明明面积面积(m2)单位面积接受到的光通量单位面积接受

15、到的光通量单位 单位:勒克斯勒克斯 lx符号 符号:E光度量及其单位光度量及其单位-光照度光照度 流明 流明 x(设计系数设计系数)面积面积E=100 000 LUX10 000 LUX 推荐照度(lx)场所或活动20户外和工作区域100通行区域,简单定向或短暂停留150不连续用于工作目的的房间300视觉简单的作业500一般视觉作业750对视觉有要求的作业1000有困难的视觉要求的作业1500有特殊的视觉要求的作业2000非常精确的视觉作业对各种场所或活动形式的推荐照度值对各种场所或活动形式的推荐照度值 光亮度光亮度:(Luminance)光源在某一方向的光亮度(简称亮度)是光源在该方向上的单

16、位投影面在单位立体角中发射的光通量.以 L 表示.L(亮度亮度)=d I/d S cos 单位:坎/平方米(cd/m2),它直接影响人眼的主观感觉它直接影响人眼的主观感觉.照照度一定时度一定时,物体的反射率越大物体的反射率越大,亮度越高亮度越高:L=k E对余弦辐射体对余弦辐射体,ML光度量及其单位光度量及其单位-光亮度光亮度 某些实际例子某些实际例子太阳表面 1,650,000,000 cd/m2 白炽灯灯丝 7,000,000 cd/m2 荧光灯管 5000-15000 cd/m2 满月的月表面 2500 cd/m2 阳光下的海滩 1,500 cd/m2 一般道路照明下的路面 0.5-2 cd/m2 光度量及其单位光度量及其单位-光亮度光亮度 作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低作业区周围环境的亮度应比作业区的亮度低,但不低于其但不低于其 1/3:当照度为 5001000lx 时:作业区墙壁的亮度应为 50100cd.m-2,其反射率为 0.50.8作业区天棚壁的亮度应为 100300cd.m-2,但不能大于 500cd.m-2亮度亮度(cd.m-2)分布条件1000050002