第六章 照明光照设计《电气照明技术(第3版)》课件

电气照明技术的发展历程
总结词
电气照明技术的发展历程
详细描述
电气照明技术的发展经历了多个阶段。最初，人们使用白炽灯作为主要的照明方式，但随着科技的发展，荧光灯 、LED等新型照明方式逐渐取代了白炽灯。现在，随着智能化和节能技术的发展，智能照明和节能照明已经成为 电气照明技术的重要发展方向。
电气照明技术的应用场景
光生物安全
关注照明设备对人体的影响，特 别是对眼睛和皮肤的伤害，选择 符合光生物安全标准的光源和灯 具。
节能技术与措施
高效照明设备
采用高效节能的照明设备，如LED灯 具，具有高光效、长寿命和低能耗等 特点。
智能控制
利用智能照明控制系统，实现照明的 自动化和智能化，根据实际需求调节 光照强度和色温，有效节约能源。
测量技术
照明测量是评估照明质量和效果的 重要手段，包括照度计、亮度计等 测量工具的使用，以及测量数据的 分析和处理。
03
照明电路与系统
照明电路的基本构成
电源
提供电能，驱动照明设 备工作。
导线
传输电能，连接电源和 负载。
负载
照明设备，如灯泡、灯 管等，将电能转换为光
能。
控制开关
控制照明设备的开启和 关闭。
点。LED灯的发光效率高、体积小、重量轻，可制成各种形状和颜色，
广泛应用于景观照明、室内照明等领域。
照明设计基础
01
02
03
照明设计原则
照明设计应遵循舒适、安 全、经济、美观等原则， 以满足人们的生活和工作 需求。
照明际情况进 行合理规划。
节能控制
根据实际需求和环境因素，智能调节照明设 备的功率，实现节能减排。
自动感应
通过人体感应、光线感应等技术，自动调节 照明设备的亮度和开关状态。

5—U型双金属片 6—电容器7—灯管
15.2.1 常用电光源
2
9
6 8
5
7
3
4
5 1
1 5
高压汞灯构造 1—灯头 2—玻壳 3—抽气管 4—支架 5—导线 6—主电极
7—启动电阻 8—启动电极 9—石英玻璃内管
15.2.1 常用电光源
15.2.1 常用电光源
15.2.1 常用电光源
15.2.2 灯具
5. 色温: 光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射 的光色相同时，黑体的温度称为光源的色温。 单位：开尔文（K）
6. 色表: 观察光源本身给人的颜色印象。根据色温大 小可以将光源色表分为三类:暖色、中间色、冷色。
7. 显色性 指在某种光源照射下，与作为标准光源的 照明相比，各种颜色在视觉上的失真程度。用显 色指数Ra表示。
15.2.1 常用电光源
电光源根据发光原理分成三类：
热辐射光源 气体放电光源 半导体发光光源
15.2.1 常用电光源
54
3
2
1
6
卤钨灯灯图 1—石英玻璃管 2—螺旋状钨丝 3—钨质支架 4—钼箔 5—导线 6—电极
15.2.1 常用电光源
1
2
3
4
5 6
7
荧光灯接线原理图 1—镇流器 2—启辉器 3—静触头 4—氖泡
15.3.2 照明设计
照度计算方法之一:单位容量法 房间所需的总功率计算公式如下：
P=WS 式中：P——全部灯泡的安装功率，W；
W——单位面积安装功率， W/m2； S——被照面积，m2。 房间所需的灯具数公式如下:
n=P/PL 式中：n——房间灯的总盏数；
PL——每盏灯的额定功率，W。

(2) 光谱 光源辐射的光往往由许多波长的单色 光组成，把光线中不同强度的单色光按波长长短依 次排列，称为光源的光谱。
(3) 光通量 光源在单位时间内，向周围空间辐 射出的、使人眼产生光感觉的能量，称为光通量， 用符号Φ表示，单位为流［明］(lm)。人们通常以电 光源消耗1W电功率所发出的流明数(lm／W)来表征 电光源的特性，称为发光效率，简称光效。电光源 的光效越高越好。
8～10
4.1.2 照明方式及种类
（1） 照明方式 ① 一般照明 在整个场所或场所的某部分照度
基本上均匀的照明。对于工作位置密集而对光照方 向又无特殊要求，或工艺上不适宜装设局部照明装 置的场所，宜使用一般照明。
② 局部照明 局限于工作部位的固定的或移动 的照明。对于局部地点需要高照度并对照射方向有 要求时，宜采用局部照明。
如图4.2所示，对于向各方向均匀辐射光通量 的光源，各方向的光强相等，其值为：
I
(5) 照度 对被照物体表面而言，它单位面积上 所接受的光通量，称为该被照面的照度，照度用符 号E表示，单位为勒［克斯］（lx
被光均匀照射的平面照度为：
E S
表4.1给出了一些情况下的照度。
(6) 亮度 某一物体(或发光体)的表面亮度是该 物体单位面积向视线方向发出的发光强度。亮度用 符号L表示，其单位为坎［德拉］每平方米(cd/m2)。
(8) 显色性和显色指数 同一物体在不同的光源 照射下，显示出不同的颜色，光源对被照物体颜色 呈现的真实程度称为光源的显色性。
对同一物体，在被测光源的光照射下呈现的颜 色，与在标准光源的光照射下呈现的颜色的一致程 度愈高，Ra则愈大，显色性愈好。表4.2所列是常用 电光源的一般显色指数Ra。
(9) 频闪效应 电光源在采用交流电源供电时， 由于交流电做周期性的变化，因而电光源所发出的 光通量也随之做周期性的变化。这就会使人眼产生 闪烁的感觉。

①电压偏移
在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离标称值的程度
★电压偏移对照明的影响：
正偏移→电压↑(＞Un)→寿命↓
负偏移→电压↓(＜ Un)
光通量↓→照度↓ 多次启动→寿命↓
★GB50034-2004规定：
灯具的端电压不宜大于其额定电压的105%，亦不宜低于其
额定电压的下列数值：
一般工作场所——95%
器后，当一台变压器停电时，通过 分开供电，应急照明由两台变压
联络断路器接到另一段干线上。 ppt课器件 交叉供电。
15
6-2
二、照明供电方式（6-3）
③一级照明负荷 ★双变压器变电所 ★单变压器变电所
★单变压器变电所 +应急电源
第 1 电源
第 2 电源
蓄电池组或柴油发电机组 或有附近引来的独立电源
★对电压波动允许值的限制：
荧光灯:160V 高压钠灯、金卤灯:183～190V
当电压波动值＜ Un1% 时，波动次数不受限制
当电压波动值＞ Un1% 时，1h内允许的波动次数n
n 6 Vt 1
电压波动百 分数绝对值
ppt课件
9
6-2 一、照明对供电电源的要求（6-3）
③改善电压质量的措施
★照明宜与较大功率冲击性电力负荷接自不同变压器，或 与电力负荷接自同一变压器时，照明应由专用馈电线路供电
3. 照明网络电压的选择
①一般灯具
★一般照明光源的电源电压应采用220V
★对于大功率(1500W及以上)的HID灯，若有220V和380V两种 电压时，宜采用380V（可降低损耗）
②移动/手提式灯具(Ⅲ类)——用安全特低电压供电
★在干燥场所的电压值不大于50V
★在潮湿场所的电压值不大于25V

.
6-1 二、电气设计的主要任务（1-1）
1. 正确选择供电电压、配电方式
——确保照明设备对电能质量的要求
2. 进行负荷计算
——正确地选择导线、控制与保护电器
3. 选择合理、方便的控制方式
——以便照明系统的管理、维护和节能
4. 选择合理的保护方法
——确保照明装置和人身的电气安全
5. 尽量减少电气部分的投资和年运行费
当电压波动值＞ Un1% 时，1h内允许的波动次数n
n 6 Vt 1
电压波动百 分数绝对值
.
6-2 一、照明对供电电源的要求（6-3）
③改善电压质量的措施
★照明宜与较大功率冲击性电力负荷接自不同变压器，或 与电力负荷接自同一变压器时，照明应由专用馈电线路供电
★照明与冲击性负荷共用配电线路时，应合理减少系统阻抗 ★无窗厂房或工艺设备对电压质量要求较高的场所，宜采用有
公共场所秩序混乱
★三级负荷 不属于一、二级负荷的照明负荷均属于三级负荷
.
6-2 一、照明对供电电源的要求（6-6）
②照明负荷对电源的要求
★一级负荷 普通一级负荷：两个独立电源供电 特别重要负荷：除两个独立电源外，还必须增设应急电源
★二级负荷 两个电源供电
★三级负荷 单电源供电
.
6-2
二、照明供电方式（6-1）
注意：一级负荷中符合下列条件之一者为特别重要负荷
发生爆炸、火灾及严重中毒事故等场所 特别重要的交通/通信枢纽、国家级建筑（国宾馆、会堂等） 影响实时处理计算机及计算机. 网络正常工作
6-2 一、照明对供电电源的要求（6-5）
★二级负荷 ——符合下列条件之一者
较大的政治影响
中断正常照明将造成 较大的经济损失

第一节 概 述
光照设计基本要求
1.适用 提供一定数量和质量的照明，保证规定的可见度水平
2. 经济 ★采用高效新型光源和灯具，充分发挥照明设施的实际
效益，尽量能以较少的投资获得较好的照明效果 ★在符合各项规程、标准的前提下，还要符合国家当
前 的电力、设备和材料等方面的生产水平，尽量节省投资 3. 美观
第六章 照明光照设计
第一节 概述 第二节 照明种类 第三节 照明方式和灯具布置 第四节 照明质量评价 第五节 照明设计软件简介
第一节 概 述
第一节 概 述
照明设计包括光照设计、控制设计和电气设计。
主要内容：
照度选择、光源选用、灯具选择和布置、照明计算、
眩光评价、方案确定、照明控制策略和方式及控制系统。
应急照明宜设置在可能引起事故的工作场所以及主要通道的出 入口。
应急照明必须采用能瞬时点燃的可靠光源，一般采用白炽灯或 卤钨灯。
当应急照明作为正常照明的一部分点燃，而且发生故障不需要 切换电源时，也可用气体放电灯。
第二节 照明种类
3、值班照明 非工作时间，为值班所设置的照明。 利用正常照明中能单独控制的一部分，或利用应急照
正常照明和应急照明的关系
在正常情况下采用的照明为正常照明。在非正常情
况下暂时采用的照明为应急照明。当照明电源故障停电
使正常照明无法工作或该环境中发生火灾时为非正常情
况；当照明电源正常供电并且该环境无以上非正常情况
发生时为正常情况。
正常照明和应急照明的区别
第三节 照明方式和灯具布置
第三节 照明方式和灯具布置
★照度值满足要求，但不要求均匀(照亮某个设备或区域) ★可单独设置，亦可利用正常照明的一部分
第三节 照明方式和灯具布置

分类
根据不同的激活方式，电气照明 可分为气体放电灯、荧光灯、 LED灯等。
电气照明发展历程
早期阶段
早期的电气照明主要使用白炽灯 ，其发光原理是利用电流通过灯 丝产生热能，从而激发出可见光
。
发展阶段
随着科技的发展，荧光灯、LED灯 等新型照明技术逐渐普及，它们具 有更高的发光效率和更长的使用寿 命。
公共设施照明
公共设施如道路、桥梁、隧道 等需要良好的照明以确保交通
安全。
Hale Waihona Puke 工业照明工厂、仓库等工业场所需要高 亮度的照明设备以满足生产和
存储需求。
02
电气照明系统组成与原理
电源及电源控制设备
01
02
03
电源
提供电能，通常为交流或 直流电源。
电源控制设备
用于控制电源的通断，如 开关、插座等。
电源保护设备
智能化阶段
现代的电气照明不仅追求高效、节 能，还注重智能化控制，如通过手 机APP控制灯光开关、亮度等。
电气照明应用领域
01
02
03
04
家庭照明
家庭中的照明是电气照明最广 泛的应用领域，包括客厅、卧
室、厨房等空间的照明。
商业照明
商业场所如商场、办公室、酒 店等需要大量的照明设备，以
营造舒适、明亮的环境。
高效节能技术
研发更高效、更节能的照明产品，降低能源消耗 和运营成本。
智能化控制
利用物联网、人工智能等技术，实现照明系统的 智能化控制和管理。
新型材料应用
探索和应用新型材料，提高照明产品的性能和寿 命。
市场需求变化趋势分析
定制化需求
消费者对个性化、定制化的照明产品需求增加，要求企业提供多 样化的产品选择。

二、电气设计的主要任务 （1）正确选择供电电压、配电方式，确保照明设备对
电能质量的要求，以保证照明质量和照明设备的使用寿命。 （2）进行负荷计算，以正确地选择导线型号、截面及
控制与保护电器的规格型号。 （3）选择合理、方便的控制方式，以便照明系统的管
理、维护和节能。 （4）选择合理的保护方法，确保照明装置和人身的电
5）分配单相负荷时，应尽量做到三相平衡，以尽可能地减 少因三相负荷分布不均所造成的相间的电压偏差。
h
10
2．照明负荷对供电可推性的要求
（1）照明负荷分级。照明负荷通常分为三级：
1）一级负荷。符合下列条件之一者均属于一级照明负荷： A．中断正常照明用电将造成人身伤亡者； B．中断正常照明用电将造成重大的政治影响者； C．中断正常照明用电将造成重大的经济损失者； D．中断正常照明用电将造成公共场所秩序严重混乱者。
电压骤降→气体放电灯自熄→无法正常工作(再启燃时间长)
★对电压波动允许值的限制：
荧光灯：160V 高压钠灯、金卤灯：183～
190V
当电压波动值＜ Un1% 时，波动次数不受限制，
当电压波动值＞ Un1% 时，1h内允许的波动次数n：
n 6 Vt 1
电压波动百 分数绝对值
h
9
（3）改善电压质量的措施。 1）照明负荷宜与冲击性负荷（如大功率接触焊机、大型吊
气安全。 （5）尽量减少电气部分的投资和年运行费。
h
3
三、电气设计步骤 （1）收集原始资料，主要了解电源情况，照明负荷对供
电连续性的要求。 （2）根据照明负荷性质确定供电电源形式。 （3）确定照明配电系统，包括配电分区的划分，设多少电源点至各配电箱之间的接线方式。
不属于一、二级负荷的照明负荷均属于三级负荷 。

一、气体放电的全伏安特性
通过改变电源电压 U0 ，测量在不同放电电流时的灯管 电压 U ，就可得到气体放电的“全伏安特性曲线”。
U I
U / V 非自持放电
D
UZ
C
B
自持放电
G
A
E
F
H
A
辉光放电
弧光放电
U0
R
O
10-9
10-6
10-3
10-1
10 I /A
a) 工作电路
b) 全伏安特性
图 3-4 气体放电灯
4.控制电路的影响 控制电路类型对荧光灯的效率、寿命都有影响。
启辉器预热电路中，灯的寿命取决于开关次数 高频电子镇流器点灯点灯电路中，频繁开关不影响灯管寿 命 5.寿命 发射物质，开关次数
6. 流明维持（光通量衰减）： 灯管在寿命期间光输出随点燃时间变化的情况因素：荧光
粉材料的损伤，钠含量，污染物质的沉积
第三章 电光源
3.1 概述 3.2 白炽发光和热辐射 3.3 气体放电 3.4 荧光灯 3.5 高强度气体放电灯（HID） 3.6 场致发光光源 3.7 各种常用电光源的性能比较与选用
基本概念
一、定义
电光源：将电能转换成光学辐射能的器件。
二、分类：按照工作原理分类
（1）热辐射光源：白炽灯、卤钨灯； （2）气体放电光源：荧光灯、高压钠灯、金属卤化 物灯等； （3）固体发光光源
（a）自带镇流器或一体化紧凑型 （b）与灯管中的控制电路分离的灯管 （c）配适配器的可拆离灯管
4. 特种荧光灯：
（1）平板（平面）荧光灯 （2）无极荧光灯 图3-20 无极灯的结构原理图
5.其他
3.5 高强度气体放电灯（HID）

h
4
（2）视角 物体的尺寸与物体到任眼的距离的比值为视角
（3）亮度对比 只有被观察的物体与其北京在亮度和颜色上存在差别时，人
眼才能正常分辨。差别越大，看得越清楚，视觉越好。 （4）识别时间
指在一定的照度条件下，看清楚物体所用的时间。 视角大的物体 ，照度高的地方，识别时间越短 （5）眩光
视影响视觉的重要因素。
降低眩光的方法 利用眩光作用于式线角度的关系可以减小和消除眩光；增 大背景亮度；降低眩光源的面积；降低光源的亮度。
h
8
（6）明适应和暗适应 人的眼睛在明亮的条件下能看见物体，在微弱光亮下也能看
见物体，除了靠变化瞳孔的大小来调节亮度之外，主要由视网膜 的锥状体细胞工作，在暗处时由杆状体工作。在照明条件急剧变 化的情况下，视觉过程需要适应，从黑暗中进入明亮的环境时， 眼晴要经过约2分钟的时间才能重新恢复视力，这种现象称为明适 应；从明亮处进入暗的环境时，眼睛达到适应所需要的时间更长， 要有30~40分钟才能完全恢复视力，这时称为暗适应。急剧和频繁 的适应会增加眼睛的疲劳，使视力迅速下降。
额定电压——电光源正常工作的电压 额定电流——在额定电压下工作通过的电流 额定功率——在额定工作状态下所消耗的有功功率。 2、额定光通量和发光效率 发光效率——光电源在额定工作状态下每消耗1W的有功功率 所发出的光通量, 单位是 lm/w。发光效率越高越节能。
h
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3、平均寿命 电光源有效寿命的平均值。一般以小时表示。
h
1
5、照度（勒克司——lx）
受照物体单位面积上接受的光通量。
二、照明与视觉的关系
1、视觉
人的眼睛，在接收光源直接发出的光或被物体反射的光，光
射入眼睛后产生的视知觉，是“光觉”（看见明亮）、“色觉” （看

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3
照明技术中的常用物理量
名称
含义
单位
光通量（φ）
光源在单位时间内向周围空间辐 射出的使人眼产生光感觉的能量
lm（流明）
源在给定方向上单位立体角内辐 发光强度（I）射的光通量，用于表征光源发光 cd（坎德拉）
能力大小
照度（E）
受照物体表面上单位面积接受到 lx（勒克斯） 的光通量
亮度（L）
10-密封胶泥 11锡焊接触端
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15
（2）卤钨灯
在石英玻璃管中充入微量的卤化物（碘化物或 溴化物），利用卤钨循环的作用，有效地避免了玻 壳的黑化，抑制了钨丝蒸发，灯的寿命延长了，光 效也提高了（光效比白炽灯高30％）。
卤钨灯结构示意图 1-灯脚 2-钼箔 3-灯丝（钨丝） 4-支架
5-石英玻璃管（内充微量卤素）
1.照明的方式 （1）一般照明
在整个场所或场所的某部分照度基本上的均 匀照明。对于工作位置密度很大而对光源方向又 无特殊要求，或工艺上不适宜装设局部照明装置 的场所，宜单独使用一般照明。一般照明是电气 的基本方式，在满足规定的照度方面，它起主要 的作用。
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（2）局部照明 局部照明是为了提高局部工作场所的照度，
一般照明的灯具，正确选用其型式并选择好悬挂
高度。
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7
3.光源良好的显色性 在需要正确辨色的场所，要采用显色指数高
的光源，如白炽灯、卤钨灯、荧光灯等。 在单 一使用高压汞灯或高压钠灯的场合其显色性不能 满足要求时，可以采用两种光源混合使用提高其 显色性。
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8
四、照明方式与种类
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管形卤钨灯使用注意事项：（1）需要水平 安装，倾角不大于正负4度，否则卤化物向 一端集中，破坏卤钨循环，寿命大大缩短。 （2）工作管壁温度达200度以上，不能与易 燃物接近，灯脚引入线应采用耐高温导线。 （3）引线封口是全灯 最薄弱的环节，使用 时避免弯折、扭曲或过大压力，否则造成 管子爆裂漏气或引线折断。（4）灯丝细长 又脆，避免震动和撞击。
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(2)启辉器 用作灯丝自动接通断开，采用双 金属片自动通断加热电路。
补偿电容 电感性镇流器功率因素低，利用 电容可将它得到有效提高。
HID灯的电气附件不能随意调换，否则将影 响光源的启动特性，工作特长，使用寿命。
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二、照明电光源的主要性能指标
是选择和使用光源的依据 1、额定电压 光源及其附件组成的贿赂所需电源
电压的额定值。 2、灯管功率 是灯泡的设计功率值，灯泡在工作
时消耗的功率。是在额定电流下消耗的功率。 3、光通量输出 灯泡在工作时小发出的光通。光
源在额定电压、额定功率下的光通量输出，主要 与点燃时间有关。在前100小时衰减多，之后衰减 慢。
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4、发光效率 消耗单位电功率发出的光通量，灯 泡的光通量输出与它取用的电功率之比，简称光 效。单位LM/W。
5、寿命用点燃的小时数表示。（1）平均寿命 取 一组样品，同时点燃到50%样品损坏，累计时间 的平均值。光通衰减小的光源采用。（2）有效寿 命 从点燃到光通衰减为70%~80%额定值累计的小 时数。一般光通衰减显著的光源采用。
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6、颜色特性 包括色表和显色性。 色表取决于色温，可以分暖色调光源、中间色调光源、冷色调光源。 显色性取决于光谱功率分布，用显色指数表示。 7、启燃、再启燃时间 启燃时间 接通电源到光通量输出达额定值需要的时间。 再启燃时间 熄灭后再点燃需要的时间，HID灯的比启燃时间长。频繁

四、实际照度计算公式
实际计算时还应考虑以下两个因素:
1.光强换算 2．维护系数
（水平面照度）
五、实用计算图表
1.空间等照度曲线
空间等照度曲线适用于对称配光灯具的照度计算。
2.平面相对等照度曲线
平面相对等照度曲线适用于不
对称配光灯具的照度计算。
第二节线光源的点照度计算
线光源: 指宽度比长度小得多的光源(灯具)。
斜面或垂直面的照度。
1．点光源在不同平面上P点的照度之比
见图4-3所示。
则
即点光源s在两个不同平面上同一点 P的照度之比为光源至该平面的垂 线长度之比。
2.倾斜面照度计算
见图4-4所示。
被照点P上的倾斜面照度与水平照度之比，即 点光源倾斜面照度Ei
3．垂直面照度（Ev)
当倾斜角δ等于900时，此时的倾斜面即为垂直面，垂直面照 度为
(4)灯具的利用系数表是按有效地板反射比为20％编制的， 若计算得到的ρfc值不是20％时，则应适当修正。见附录1-4。
(5)灯具利用系数表中有效顶棚反射比及墙面反射比均为 零的利用系数，用于室外照明设计。
四、平均照度的简化计算
利用系数法在求利用系数时需要插值计算和修正，致使计算 过程相对复杂。若对计算精度要求不高时，可利用灯具的概算 曲线或单位容量计算表，使计算过程得到简化。
▲人们坐着工作时的参考面是离地0. 75M的水平面。 ▲当人站着工作时，可根据CIE推荐，把离地的水平面看 作是参考面。
（1）室形指数
（5）室空间系数（美国的带域-空间法）
室空间系数 顶棚空间系数 地板空间系数
即室形指数与室空间系数呈互为倒数关系。
2．有效空间反射比
(1)有效顶棚反射比 顶棚空间有两部分表面组成：