《灯具光学讲义》课件.ppt

1.了解和掌握光度学基本知识的基础，学习光学的基本定律，为对照明计算和灯具的控光部件（主要是反射器）的研究作准备2.能看懂三大类灯具（室内灯、路灯和投光灯）的光度测试图表，并且能从中了解灯具的光学性能并能利用图表进行简单照明计算3. 能够根据灯具的配光曲线来设计灯具的光学部件,例如反射器等培训目的 电磁波频谱图电磁波频谱图 常用380—780nm表示可见光的范围 平面角和立体角 α=  在光度学物理量的基本定义中都要引用到立体角这一概念，而且立体角在照明计算中也经常用到 lαAoB(a)sAA＇r(b)orΩ光度学的几个基本概念Ω= 平面角和立体角辐射能和光n辐射能（Qe）、辐通量（Φe）、辐强度（Ie）、辐照度（Ee）、辐亮度（ Le ）；n对应的光度量定义： 光能量（Qv）、光通量（Φv）、光强度（Iv）、光照度（Ev）、光亮度 （Lv ）；Km 最大光谱光效能= 683 lm/W眼睛处在明视觉条件下的光谱光效率曲线 作为光度量——客观评价的物理量，必须要规定和使用世界上认可并适用的标准人眼和它的光谱灵敏度数值，这就是目前已被公认的光谱光效率υ（λ）也称视见函数 00.20.40.60.81.0υ400500600700nmλ（ ）υλΦEIΦ=E·SΦ=I·ΩI=E·L2常用光度学单位及其相互关系n光通量Φ（lm）n光强I（cd）n照度E（lx） 常用的光度测量定律 na)照度的平方反比定律 E= I 垂直于光线传播方向的照度与光源在该方向的光强成正比，与光源到表面的距离的平方成反比。

注意：只有点光源才符合距离平方反比定律测试距离不应少于灯具出光口面最大尺寸的10倍) nb)照度的余弦定律： E=      ·cosθS1面：E1=       =            ；S2面：E2=       ； ∵ S1=S2 cosθ∴ 显而易见：E2= E1cosθ 将它与照度的平方反比定律结合起来就有 ：nc)余弦立方定律 式中：I—点光源射向该点的光强；           h—光源离该平面的高度； θ—平面法线与入射光线的夹角； — OA长度E=     · cosθ= · cos3θ 屋边路边γAγA（ ， ）（ ， ）90BγBγBc-γ坐标系统 适合路灯的分布光度系统国际照明学会推荐的分布光度国际照明学会推荐的分布光度C-γC-γ坐标系统坐标系统 V-H坐标系统 适合投光灯的分布光度系统国际照明学会推荐的分布光度国际照明学会推荐的分布光度ΒΒ -β-β坐标系统坐标系统 光度学中常用的坐标空间光强分布，可以通过三种方式：1、极坐标极坐标　　　室内灯　　路灯2、直角坐标直角坐标　　投光灯　　3、等光强图等光强图　　　　　　　　　　　 　不对称配光旋转对称二个对称平面一个对称平面极坐标直角坐标等光强曲线示意等光强曲线　　　　　灯具光度测试报告解读灯具光度测试报告解读　　　　　　　　　和　　　　　　　　　和　　　　　在照明计算中的应用　　　　　在照明计算中的应用道路灯具道路灯具子午面配光曲线圆锥面配光曲线等光强曲线等照度曲线光通量利用系数曲线子午面配光曲线圆锥面配光曲线光源：400WHPS等光强曲线IESNA路灯分类图人行道边线1.0MH2.25MH3.75MH6.0MH2.75MH1.75MH1.0MH马路横跨线用圆形网图表示IESNA路灯分类 灯具的纵向分布纵向分布分为三种（供参考）： 1、当最最大大光光强强点点位于1.0和2.25MH TRL之间时，此灯具被归类为Short(S)分布，最大的灯具间隔是安装高度的4.5倍； 2、在2.25和3.75MHTRL之间的，此灯具被归类为Medium(M)分布，最大的灯具间隔是安装高度的7.5倍； 3、在3.75和6.0MH TRL之间称为Long(L)分布，最大的灯具间隔是安装高度的12倍。

灯具的横向分布横向分布分为四类： 1、当灯具位于或接近于道路边， 50%50%最最大大光光强强的的曲曲线线位于参考轴的两边且屋边1.0M宽，路边1.0-MH宽，这种灯具被称作І类； 2、50%最大光强的轨迹的横向宽度在路边1.75MH LRL以内，属于Ⅱ类； 3、部分的或全部在路边1.75MH和2.75MH LRL之间，属于Ⅲ类； 4、部分的或全部的在路边2.75MH LRL以外，属于Ⅳ类 最大光强的垂直角度以上的光分布控制 IESNA眩光控制分类完完全全截截光光型型 离开灯下点90°（r=90°）以上的所有角度的光强值为0，而且在离灯下点80°（r=80°）的位置每1000流明的光强值不超过100cd（10%）围绕灯具的所有横向角度都要满足这个要求截截光光型型 离开灯下点90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光强值不超过25cd（2.5%），而且在离灯下点80°（r=80°）的位置不超过100cd（10%）的灯具是达到截光水平的同样应用到围绕灯具的所有横向角度半半截截光光型型 离开灯下点90°（r=90°，水平）的位置的每1000流明的光强值不超过50cd（5%），而且在离灯下点80°（r=80°）的位置不超过200cd（20%）的灯具是达到截光水平的。

同样应用到围绕灯具的所有横向角度 完全截光型完全截光型灯具灯具安装高度修正系数 k54.0062.7872.0481.5691.23101.00110.83120.69130.59140.51150.44160.39Eh=kE10等照度曲线后面例题当灯具安装在9米高，求在马路上且垂直于马路纵向的方向上，离灯下点的水平距离13.5米的地方的照度值是多少？求照度均匀度光通量利用系数曲线路灯头的仰角光通量利用系数曲线示意道路上照度均匀度=最小照度/平均照度平均照度=光源光通量×利用系数×维护系数灯间隔距离×路宽例题：道路宽10米，灯具的安装间隔是15米，灯的高度10米，求路面的平均照度是多少？用光通量利用曲线和等照度曲线计算照度均匀度维护系数（K）维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数建筑物特征分类维护系数（K） 卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7室内灯具室内灯具光通比与距高比极坐标配光曲线空间等照度曲线平面等照度曲线利用系数 CU概算曲线 最最 大大 距距 高高 比比: : A-A: 1.2A-A: 1.2 B-B: 1.7 B-B: 1.7 CIE CIE 分分 类类: : 直直 接接 向向 上上 光光 通通 比比: .0 %: .0 % 向向 下下 光光 通通 比比: 63.0 %: 63.0 % 灯灯 具具 效效 率率: 63.0 %: 63.0 % 光通比与距高比 CIE CIE 分分 类类: : 直直 接接 向向 上上 光光 通通 比比: .0 %: .0 % 向向 下下 光光 通通 比比: 63.0 %: 63.0 % 灯灯 具具 效效 率率: 63.0 %: 63.0 % θ1/2—— ½照度角最最 大大 距距 高高 比比: : A-A: 1.2A-A: 1.2 B-B: 1.7 B-B: 1.7距高比：1.2 距高比：1.7 距高比：2.1灯具描述：灯具描述：70WHPS；；光源被垂直装在一个旋转对称反射器内光源被垂直装在一个旋转对称反射器内极坐标配光曲线例：在灯下6米，距灯下点3米的地方的照度有多大？空间等照度曲线灯具描述：灯具描述：支架灯具；支架灯具；36W荧光灯管荧光灯管极坐标配光曲线极坐标配光曲线示意例：在灯下6米，c-0方向距灯下点3米的地方的照度有多大？平面等照度曲线γ平面等照度曲线示意流明法利用灯具的配光曲线或等照度曲线， 按照灯具的布置方式直接计算室内各点的照度。

逐点计算法利用灯具的配光曲线考虑到房间大小房间大小形状形状、房间中各个面的反射率反射率和灯具布置方式后计算灯具直接射到工作面上的光通量和射到室内其它表面（包括墙、天花板、地板）后反射的光线再投到工作面上的光通量之和除以工作面的面积得到平均照度照照 度度 计计 算算室空间比　ＲＣＲ室空间比　ＲＣＲRCR=5hRC(L+W)/L*W室内照明计算是把房间看作直六面体，能表征房间尺寸的表式就是室空间比（室指数）越是低而宽敞的房子，可得到的光通利用率越高，越是狭而高的房间，光通利用率越低 利 用 系 数 : ρCC 80 70 50 30 10 0　ρW 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50 30 10 0 WDRC RCR COEFFICIENTS OF UTILIZATION FOR ρFC=20 0 .75 .75 .75 .73 .73 .73 .70 .70 .70 .67 .67 .67 .64 .64 .64 .6363 1 .68 .65 .63 .66 .64 .62 .63 .62 .60 .61 .60 .59 .59 .58 .57 .56 .182 2 .61 .57 .54 .59 .56 .54 .57 .55 .52 .55 .53 .51 .54 .52 .50 .49 .176 3 .54 .50 .47 .53 .49 .46 .52 .48 .46 .50 .47 .45 .49 .46 .44 .43 .168 4 .49 .44 .40 .48 .44 .40 .46 .43 .40 .45 .42 .39 .44 .41 .39 .37 .160 5 .43 .38 .35 .43 .38 .34 .42 .37 .34 .40 .37 .34 .39 .36 .33 .32 .154 6 .39 .34 .30 .38 .34 .30 .37 .33 .30 .36 .32 .30 .35 .32 .29 .28 .145 7 .35 .30 .26 .35 .30 .26 .34 .29 .26 .33 .29 .26 .32 .28 .26 .24 .138 8 .31 .26 .23 .31 .26 .22 .30 .26 .22 .29 .25 .22 .29 .25 .22 .21 .131 9 .28 .23 .19 .28 .23 .19 .27 .22 .19 .26 .22 .19 .25 .22 .19 .18 .125 10 .25 .20 .17 .25 .20 .17 .24 .20 .17 .24 .20 .17 .23 .19 .17 .16 .118利用系数 CUΡcc——顶棚空间的反射系数;ρw——墙面的反射系数;ρfc——地板空间的反射系数;WDRC——墙面直接辐射系数 平均照度=光源光通量×灯具数量×CU ×维护系数 /长×宽灯具数量=平均照度×长×宽/光源光通量× CU ×维护系数 维护系数（K）维护系数是考虑由于光源光通衰减、灯具污染及老化所引起的效率降低，以及被照场所建筑物内墙表面、顶棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必须乘入的系数。

建筑物特征分类维护系数（K） 卤钨灯白炽灯、荧光灯、高压水银荧光灯A．生产中几乎很少有尘埃、烟、烟灰及蒸气排出或出外部进入本房间0.8(0.85)0.75(0.8)B．生产中排出或外界进入少量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，比较明显但不严重0.75(0.81)0.7(0.76)C．生产中排出或外界进入大量的尘埃、烟、烟灰及蒸气，积累较快0.66(0.76)0.6(0.69)户外露天广场0.750.7利用系数法及灯具概算曲线应用例 某电机装配车间，双侧开窗，采用钢筋混凝土多边形屋架，因此顶棚有效反射率ρcc是47%下弦高度12M屋内墙及大型屋面板均喷白，因此墙面平均反射率ρw是41.5%地面为混凝土地坪水泥砂浆抹面，因此地面反射率ρf是20% 车间跨度W=18M，长度L=54M，柱距6M试确定照明方案和灯数1.照度的确定和灯型选择：设计要求该车间平均照度为90lx拟选用D-16号GC5-B-4型深照型400W高压水银荧光灯，装于屋架下弦，工作面高度距地面0.8M2.求室空间比：灯的计算高度为 h=12-0.8=11.2MRCR=[5 ×11.2 ×(54+ 18)]/ 54 ×18=4.153.查D-16号灯具图表，用内插法求出利用系数u=0.371。

该车间属于B类，维护系数K=0.7，光源光通F=20000lm应用公式N=90×54 ×18/（20000 ×0.371 ×0.7）=16.8个 利 用 系 数 : ρCC 70 50 30 10 0　ρW 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50 30 10 0 RCR COEFFICIENTS OF UTILIZATION FOR ρFC=20 1 .69 .66 .64 .66 .64 .62 .63 .61 .60 .61 .59 .58 .57 2 .60 .56 .52 .58 .54 .51 .55 .52 .50 .53 .51 .49 .47 3 .52 .47 .43 .50 .46 .42 .48 .45 .41 .47 .43 .41 .39 4 .46 .40 .36 .44 .39 .36 .43 .39 .35 .41 .38 .35 .33 5 .40 .35 .30 .39 .34 .30 .38 .33 .30 .36 .32 .29 .28 6 .36 .30 .26 .34 .29 .25 .33 .29 .25 .32 .28 .25 .23 7 .32 .26 .22 .31 .25 .21 .30 .25 .21 .29 .24 .21 .20 8 .28 .23 .19 .28 .22 .19 .27 .22 .18 .26 .22 .18 .17 9 .26 .20 .16 .25 .20 .16 .24 .19 .16 .23 .19 .16 .15 10 .23 .18 .14 .22 .17 .14 .22 .17 .14 .21 .17 .14 .13D-16号灯具利用系数表：号灯具利用系数表：概算曲线投光灯具投光灯具直角坐标配光曲线等光强曲线区域光通量穿过反射器母线，且含有最大光强的截面上V角和H角的配光曲线直角坐标配光曲线半峰发散角——在选定的通过最大光强的平面上，两个为50%最大光强的光 强之间的夹角半峰边角——在选定的通过最大光强的平面上，最大光强与50%最大光强之 间的夹角灯的有效光束——光强大于或等于10%最大光强的所有光束称灯具的有效 光束(IES定义)投光灯光度特性的三个定义等光强曲线区域光通量旋转反射器的设计和计算旋转反射器的设计和计算M反射器轮廓上的斜线段光源光线增量间隔角度△θ出射光线增量角△α表1计算光束中各环带的光通环带（度）中间角度的光强（cd）环带常数环带内光通0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821 总和 2410（lm）表2计算光源各环带内的光通环带环带内中间角上的光强（cd）环带常数环带内光通△Fθ170-1802920.09528160-1702910.28382150-1602890.463134140-1502040.628185130-1403050.774236120-1303130.897281110-1203130.993311  946100-1103061.05832490-1002901.09131680-902751.09130070-802811.05829760-702960.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.62818620-302920.46313510-202510.283710-101010.09510  总和 3700（lm）表3光束光通与光源能提供的光通二者计算表环带（度）光束配光曲线修正后需要的光通由光源来的直接光通二者差值△Fα0-1079285110-202498216720-3046313432930-4068318549840-5067323643750-6047028118960-70174*17470-8025*25总和28169461870表4不同θ或α角度内的光通量角度α∑△Fα角度θ∑△Fθ0 0 1051107(10×0.85×0.8=7)202182055(7+71×0.85×0.8=55)305473014740104540273501482504336016716061870184570818801870801020  901224  1001439  1101659  1201870表5找出α～θ对应关系表从光源发出的光线环带△△θ（度）从反射器上反射出去的环带△△α（度）0-200-1020-3610-2036-5720-3057-8130-4081-10240-50102-11050-60110-11660-68116-12068-80表6用图解法求α～θ关系从光源发出的光线环带△△θ（度）从反射器上反射出去的环带△△α（度）20-320-1032-4410-2044-6420-3064-9830-4098-11440-50114-12050-60表7按表6中所述的α～θ关系计算反射器上各点的坐标 θi-θi+1αi-αi+1θi+1/2αi+1/2βyi+1xi+1tgβyi+1+ xi+1tgβtgβ-tgθixiyi114-12050-6011755-462-2.5259.482.17627.3361.3998-11440-5010645-14.561.39-7.0754.326.857.9256.3764-9830-408135-3256.37-4.9451.42-2.675-19.2239.4144-6420-305425-50.539.4123.3162.73-2.179-28.7927.8032-4410-203815-63.527.8057.7485.54-2.63-32.5220.3220-320-10265-74.520.32117.26137.58-3.97-34.6612.61。