建筑设备安装与识图：电气照明系统任务三

我们的生活和工作离不开照明，合理的建筑电气照明对提高工作效率、保证安全生产和保护人们的视力等方面都有重要的作用，同时装饰照明也起到美化和装点环境气氛等作用。

一、电光源

（一）电光源

电光源是能将电能转化为光能的照明设备，常用的照明电光源按其发光原理可分为两大类：热辐射光源和气体放电光源。热辐射光源是利用某些耐高温、低挥发物质 （通常是钨）通电加热达到白炽状态而发出可见光的原理所制造的光源，如白炽灯、卤钨灯；气体放电光源是利用气体放电电离气体而发光的原理制造的光源，如荧光灯、高压汞灯、高（气）压钠灯、金属卤化物灯和氖灯均属此类。

照明电光源已经发展到第三代产品，但目前仍然是新老产品共存的时代，常用的照明电光源包括：

1.白炽灯

白炽灯是第一代电光源的代表，其光谱能量为连续分布型，显色性好。白炽灯具有结构简单，使用灵活，可调光，能瞬间点燃，无频闪现象，可在任意位置点燃，价格便宜等优点，所以仍是目前广泛使用的电光源之一。但因其极大部分热辐射为红外线，故光效很低，而且灯泡表面温度很高。电源电压波动对灯泡的寿命和光效有很大的影响。白炽灯按其灯头形式分螺纹和卡式两种，按其构造和工艺的不同可分为：

（1）普通型：灯泡为一般透明玻璃壳，灯泡亮度较强，100W灯泡灯丝亮度约为550×10－4cd/m2。

（2）磨砂型：对玻璃壳内表面进行了化学处理，降低了灯丝的亮度，使灯泡具有漫射光的性能。这种灯泡适用于灯罩为透明玻璃或无灯罩的装饰性灯具。

（3）漫射型：乳白玻璃壳或玻壳璃内表面涂以扩散良好的白色无机粉末，使灯泡亮度降低，并具有良好的漫射光性能。

（4）反射型：在灯泡玻璃壳内上部涂以反射膜，形成抛物线状的反射面，使光通向一定方向投射。

（5）局部照明灯泡：额定电压为6V、12V、36V，其发光效率较220V灯泡提高20％～30％，适用于移动式局部照明及安装高度较低、易碰撞或潮湿的场所。

（6）水下灯泡：在水下能承受25个大气压力，功率为1000W、1500W，用于喷泉、瀑布等作为水景装饰照明。

2.卤钨灯

卤钨灯是一种管状光源，它是在具有钨丝且耐高温的石英灯管中充以微量的卤化物 （碘化物和溴化物），而利用卤钨再生循环作用来改善灯管内壁透光性，从而提高发光效率的一种光源，如图6.19所示。卤钨灯的光谱能量分布为连续型，故显色性好。卤钨灯具有体积小，功率大，发光效率高，能瞬间点燃，可调光，无频闪效应，光通稳定和寿命长等特点。这种灯适用于面积较大、空间高的场所。其缺点是对电压波动比较敏感、灯管表面温度很高 （600℃左右）。

图6.19 卤钨灯

3.荧光灯

荧光灯是第三代电光源的代表，直管状灯管，它利用电离低压汞蒸气放电的电光源，简称日光灯。它的工作原理是靠汞蒸气放电时发出紫外线激发管内壁的荧光粉而发光的。改变荧光粉的成分，即可获得不同的颜色可见光。按其色温，荧光灯有以下4种光色：

（1）日光色：其色温约为6500K，与微明的天空光色相似。

（2）白色：其色温约为4500K，与日出2小时后的太阳直射光相似。

（3）暖白色：其色温约为3000K，与白炽灯光接近。

（4）三基色：该类灯的管壁分蓝、绿、红三个狭窄区域，并分别涂有发光的三基色荧光粉，色温与暖白色荧光灯接近。其工作接线如图6.20所示。

图6.20 日光灯接线图

荧光灯比白炽灯有显著的优点——光色好，特别是日光色荧光灯，其光谱分布接近天然光的谱线，且光线柔和，温度低，而发光效率比白炽灯高2～3倍，使用寿命长 （可达3000h以上），它被广泛用于进行精细工作、照度要求高或进行长时间紧张视力工作的场所。

荧光灯在低温环境下启动困难，不适宜用于开关频繁的场所。因此，低温环境应使用低温用的荧光灯，或挑选放电电压较高的启辉器配用。

荧光灯频闪效应比较明显。为了防止灯光闪烁，常将相邻的灯管接到电源的不同相上（即分相法），或将两只荧光灯并列使用，但要求一只按正常方式接线，而另一只并入电容器 （即移相法），使两灯管电流不同时为零，从而减弱光的闪烁。当荧光灯由直流电源供电时，应按顺极性接线，如启辉器的静片接正极，动片接负极。

4.高压汞灯

高压汞灯的发光原理与荧光灯相似，但结构却有很大的差异，如图6.21所示。其灯管由内管和外管组成，内管为石英放电管，内管的工作气压为2～6个大气压，故称为高压汞灯。在高压汞灯的外管上加有反射膜，形成反射型的照明高压汞灯，使光束集中投射，作为简便的投光灯使用。在外管内，将钨丝与放电管串联接成自镇式高压汞灯，不必再配用镇流器，否则需配用镇流器。

高压汞灯的光谱能量分布不连续，集中在几个窄区段上，因而显色性较差。高压汞灯具有功率大，光效高，耐振，耐热，寿命长等特点，常用于空间高大的建筑物中，悬挂高度一般在5m以上，故适用于不需要分辨颜色的大面积照明场所，在室内照明中可与白炽灯、碘钨灯等光源配合使用。

其他新型的电光源还包括金属卤化物灯、钠灯、氖灯和LED灯等，其中，LED灯外观如图6.22所示。

.21 高压汞灯

图6.22 LED灯

（二）常见电光源的部分特性参数

光源的主要特性参数有色温、显色指数、色调、频闪效应及发光效率等。常见电光源的性能参数值见表6.10。

表6.10 常见电光源的性能

1.额定值

额定电压是电光源的额定工作电压 （一般是单相220V），在额定电压工作时产生的电流称为额定电流。电光源在额定工作条件下所消耗的有功电功率叫额定功率 （W）。

2.寿命

包括全寿命、有效寿命和平均寿命，有效寿命是指电光源的发光效率下降到初始值的70％时为止的使用时间；而平均寿命是每批次抽样试品的有效寿命的平均值。

3.光源的色表、显色性

在视觉作业时根据辨别颜色的不同要求，合理地选择光源的显色性和色表。光源发光的颜色称为光源的色表，它可用色温等表示。当光源发光的颜色与黑体加热到某一温度所发出的光的颜色相同时，则黑体的绝对温度就称为该光源的色温。

物体的颜色是物体对所照射的光源光谱有选择地吸收、反射和透射的结果。光源的显色性是其光谱特性在被照物体上所产生的颜色与白天太阳光底下颜色 “感觉”接近效果。用显色指数Ra（范围Ra＝0～100）表示，规定自然太阳光下看到物体颜色Ra＝100。Ra越小，表示其颜色感与自然光下的颜色相差越大。

民用建筑中一般要求：宴会厅、展览厅等场所需选用显色指数大于80的照明光源，显色指数为60～80的光源可用于办公室、教室、餐厅及一般商店的营业厅；显色指数在40～60范围内的光源只能应用在那些不需特别识别色彩的库房等建筑物内。

4.色调

色调是不同颜色给人在冷暖的、心理上和情绪上的主观感觉，表6.11是常见电光源的色调。

表6.11 常用电光源的色调

5.电光源的发光效率

电光源的发光效率是指消耗一定量 （每瓦）的电能产生可见光的多少。常用电光源的发光效率见表6.12。

6.频闪效应

由于交流电做周期性变化，电光源发出的光通量也随之做周期性变化，使人的眼睛产生闪烁感觉的现象叫频闪效应。频闪效应有比较大的危害，特别是气体放电光源，当转动的物体的转动频率是光源变化频率的整倍数时，实际转动的物体看上去会产生不动的 “假象”，容易造成工伤事故。混光照明和分相照明 （即一定数量的灯分别接在不同的相线上）可以削弱频闪效应的影响。

表6.12 常用电光源的发光效率

7.启动稳定时间

启动稳定时间是指电光源接通电源到正式点燃，达到稳定的发光效率所需要的时间。热辐射电光源大多可以瞬间点燃，而气体放电电光源则需一定时间预热方可点燃。

其他环境温度、震动和电压稳定性等对电光源的工作也有一定的影响。

（三）光源的选择

电光源选择是照明设计重要的环节之一，应根据被照明对象和场所对光源特性 （即色调、显色性、效率和频闪效应等）的要求，选择照明光源。

（1）室内照明光源室内照明一般采用白炽灯、荧光灯或其他气体放电光源。电磁波干扰和频闪效应的场所不宜选用气体放电光源。

（2）有振动的场所光源对于振动较大的场所，宜选用高压汞灯或高压钠灯。大面积照明且有高挂条件的场所，宜采用金属卤化物灯、高压钠灯或氙灯。

（3）对显色要求高的场所以及识别颜色要求较高的场所，宜采用显色指数较高的日光色荧光灯、白炽灯和卤钨灯。在同一场所内，当用一种光源不能满足光色要求时，可采用几种光源混光照明办法，如常用高压汞灯与白炽灯 （或卤钨灯）按不同功率比例安装混光，而不同的混光比例其显色效果也不同。

二、灯具

（一）照明灯具分类及特性

1.照明灯具

照明灯具由控照器 （俗称灯罩）和电光源组成。灯罩为光源的重要附件，灯罩可改变光源的光学指标，可适应不同安装方式的要求，可做成不同的形式、尺寸，可以用不同性质和色彩的材料制造，可以将几个到几十个光源集中在一起，组成建筑花灯。

灯罩的作用有：重新分配光源产生的光通量；限制光源的眩光作用，减少和防止光源的污染；保护光源免遭机械破坏；安装和固定光源；它和光源配合起到一定装饰作用。

2.照明灯具分类

为便于选择使用，可从不同角度对灯具进行分类。

（1）按光源分：可分为白炽灯具、卤钨灯具和荧光灯具等。(www.xing528.com)

（2）按光源数目分：可分为普通灯具、组合花灯灯具（由几个到几十个光源组合而成）。

（3）按灯罩结构形式 （按灯罩结构的严密程度）分：可分开启式、保护式、密闭式和防爆灯。

①开启式：光源和外界环境直接接触的普通灯具；

②保护式：有闭合的透光罩，但灯罩内外可以自由流通空气，如走廊吸顶灯等；

③密闭式：透光罩将其内外空气隔绝，如浴室的防水防尘灯；

④防爆灯：严格密闭，在任何情况下都不会因灯具而导致爆炸。用于易燃易爆场所。

（4）按配光曲线分：按国际照明学会 （简称CIE）约定，以灯具上半球和下半球发射的光通百分比来区分配光特性，即主要分为直射型灯具、半直射型灯具、漫射型灯具、半反射型灯具、反射型灯具等。

（5）按材料的光学性能分：分为反射型灯罩、折射型灯罩和透射型灯罩。

①反射型灯罩主要由金属材料制成，可分为漫反射型、走向反射型和定向漫反射型。

②折射型灯罩用具有棱镜结构的玻璃制成，经折射可使光线在空间任意分布；

③透射型灯罩有浸透射型和定向散射透射型，浸透射型是用乳白玻璃或塑料等漫透射材料制成；定向散射透射型是用磨砂玻璃等材料制成，透过灯罩可隐约看见灯丝。

（6）按安装方式分：可分为线吊式 （X）、杆吊式 （G）、链吊式 （L）、座灯头式（Z）、吸顶式 （D）、壁式 （B）和嵌入式 （R）等。

（二）灯具的主要特性

1.配光曲线

一个光源配上了灯罩后，其光通可以重新分配，称为灯具的配光，灯具的配光以配光曲线表示。配光曲线是描述灯具周围空间的发光强度在各个方向上大小的分布情况。对于大部分灯具来说，这种曲线是旋转对称三维空间曲面几何体的。为了表达方便取其剖切平面轮廓图形来代表，并用极坐标绘制，如图6.23所示。极坐标原点表示灯具的安装位置，横轴表示灯具的上下空间区域，同心圆表示发光强度读数，配光特性决定于灯罩的形状和材料。

图6.23 光源的配光曲线

配光曲线可分为四类：

（1）均匀配光：光强在各个方向大致相等，不带反射器或带平面反射器的灯具属这种特性，如乳白色玻璃圆球灯。

（2）深照配光：光通量和最大发光强度集中在300以下的狭小立体角内，如镜面探照型灯具。

（3）广照配光：光线的最大发光强度分布在较大角度上，可在较广的面积上形成均匀的照度。深照型和广照型配光通常具有镜面反射器。

（4）余弦配光：光线在空间各方向的发光强度近似余弦曲线，如搪瓷配照型灯和珐琅型灯。根据有关手册中各种灯具的配光曲线的图形数值可以查得相应形式的灯具在空间某一方向光强的大小。

2.光效率

光效率是指由灯罩输出的光通量φ1与光源的辐射总光通量φ之比值，此值总是小于1。

对于不同类型的灯具，光效率的具体计算公式各不相同。

3.保护角β

保护角如图6.24所示，指灯罩开口边缘与发光体 （灯丝）边缘最远的连线与水平线之间的夹角β，即灯罩遮挡光源的角度。保护角的大小可以用下式确定：

图6.24 灯具的保护角

式中，h——发光体 （灯丝）至控照器 （灯罩）下缘的高差；

d——发光体尺寸；

D——控照器开口水平距离。

灯具的三个特性之间紧密相关、相互制约，如改善配光需加灯罩，为减弱光需增大保护角，但都造成光效率降低；遮光格栅 （可以任意调节格板的角度）是一种可建立任意大小的保护角，但不增加尺寸的新型灯具。

（三）灯具布置和要求

灯具的布置包括确定灯具的高度和平面布置两部分内容，即确定灯具在房间内的具体空间位置和数量。

1.灯具的高度

灯具的竖向布置如图6.25所示，在图中，HS称为垂度，H称为计算高度，HP称为工作面的高度，HS称为安装高度，单位均为m。

图6.25 灯具的安装高度

确定灯具的安装高度应考虑如下因素：

（1）保证电气安全。对工厂的一般车间，不宜低于2.4m；对电气车间，可降至2m；对民用建筑，一般无此项限制。

（2）便于维护管理，用梯子维护时不超过6～7m；用升降机维护时，高度由升降机的升降高度确定。

（3）与建筑尺寸配合，如吸顶灯的安装高度即为建筑的净高。

（4）应防止晃动，垂度HC一般为0.3～1.5m，多取0.7m。

（5）应提高经济性，必须有合理的距高比值L/H，灯具的距高比值见表6.13。

表6.13 灯具的距离高度比L/H

常用灯具的悬挂高度为：一般灯具的悬挂高度为2.4～4.0m；配照型灯具的悬挂高度为3.0～6.0m；搪瓷探照型灯具悬挂高度为5.0～10m；镜面探照型灯具悬挂高度为8.0～20m。

2.灯具的平面布置

灯具的平面对照明的质量有重要的影响，对光的投射方向、工作面的照度、照明的均匀性、反射眩光和直射眩光、视野内各平面的亮度分布、阴影、照明装置的安装功率和初次投资、用电的安全性以及维修的方便性等有决定性的作用。

灯具的平面布置方式分为均匀布置和选择布置两种，两者结合形成混合布置。对均匀布置方式来说，最常采用的有矩形布置和菱形布置两种，如图6.26所示。选择布置会造成强烈阴影，通常不单独采用。

图6.26 灯具的布置方式

图6.26中，La、Lb为灯具间距，布置形式不同其意义亦不同。Lc为最边缘的一列灯具距墙边的距离，在计算中，灯具间的距离常用等效间距L表示，即对于均匀布灯的一般照明系统，灯具的平面布置应考虑以下因素：

（1）与建筑结构配合，做到考虑功能、照顾美观、防止阴影，方便施工。

（2）与室内设备布置情况相配合，尽量靠近工作面，但不应装在大型设备的上方。

（3）应保证用电安全，与裸露导电部分应保持规定的距离。

（4）应考虑经济性。若无单行布置的可能性，则应按表6.13的规定，确定灯的间距和布置。对于荧光灯，横向和纵向合理距高比的数值不同，在相应照明手册中有表可查。当实际布置灯的距高比等于或略小于相应合理距高比时，即认为布灯合理。

灯具离墙的距离Lc一般取 （1/3～1/2）L，有工作面时取 （1/4～1/3）L。灯具的平面布置确定后，房间内灯具的数目就可确定，从而包括建筑空间 （房间的形状和大小、反射性能和清洁度等）在内的，由光源种类、灯具形式和布置等因素组成的照明系统也就可以确定。

（四）单位容量法计算确定照明灯具的数量

单位容量法是从利用系数法演变而来的一种计算平均照度的简化方法，它是根据建筑物的功能借助于单位面积安装功率表进行计算的。单位面积安装功率表是在考虑灯具的型式和布置、光源效率、要求的最低照度、计算高度以及各种反射和减光因素后，编制单位面积所需灯泡或灯管的功率的关系表，它适用于计算方案或初步设计的近似计算和一般的照明计算，这对于估算照明负载或进行简单的照明计算是非常适用的。灯具数量的计算步骤如图6.27所示。

图6.27 灯具数量的计算步骤

图中，∑P——总安装容量（不包括镇流器的功率损耗）（W）；

S——房间面积 （一般指建筑面积）（m2）；

P0——满足某照度标准的单位面积安装功率 （W/m2），可查表6.14、表6.15。其值是根据我国电力发展水平和人们生活水平的经验数据，实际可以根据调查得出；

PN——灯具的安装容量 （不包括镇流器的功率损耗），如40W/套；

n——在规定照度下所需灯具数 （套）。

其他更准确的照明计算方法还包括利用系数法、逐点法等，由于需要考虑的因数较多，在此不做详细介绍 （见表6.14、表6.15）。

表6.14 单位建筑面积照明用电量P0估算参考

表6.15 乳白玻璃罩灯单位面积安装功率P0（单位：W/m2）