燈具光學(xué)講義[1]

1、 了解和掌握光度學(xué)基本知識(shí)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)光學(xué)的基本定律，為對(duì)照明計(jì)算和燈具的控光部件（主要是反射器）的研究作準(zhǔn)備。 能看懂三大類(lèi)燈具（室內(nèi)燈、路燈和投光燈）的光度測(cè)試圖表，并且能從中了解燈具的光學(xué)性能并能利用圖表進(jìn)行簡(jiǎn)單照明計(jì)算。3. 能夠根據(jù)燈具的配光曲線來(lái)設(shè)計(jì)燈具的光學(xué)部件,例如反射器等。培訓(xùn)目的 電磁波頻譜圖紫外線可見(jiàn)光紅外線射線射線電視、廣播 圖電磁波頻譜圖電磁波頻譜圖 常用380780nm表示可見(jiàn)光的范圍 平面角和立體角 = 在光度學(xué)物理量的基本定義中都要引用到立體角這一概念，而且立體角在照明計(jì)算中也經(jīng)常用到 。lAoB(a)sAAr(b)or光度學(xué)的幾個(gè)基本概念rl= 2rS平面角和

2、立體角輻射能和光n輻射能（Qe）、輻通量（e）、輻強(qiáng)度（Ie）、輻照度（Ee）、輻亮度（ Le ）；n對(duì)應(yīng)的光度量定義： 光能量（Qv）、光通量（v）、光強(qiáng)度（Iv）、光照度（Ev）、光亮度 （Lv ）；Km 最大光譜光效能= 683 lm/W眼睛處在明視覺(jué)條件下的光譜光效率曲線 作為光度量客觀評(píng)價(jià)的物理量，必須要規(guī)定和使用世界上認(rèn)可并適用的標(biāo)準(zhǔn)人眼和它的光譜靈敏度數(shù)值，這就是目前已被公認(rèn)的光譜光效率（）也稱視見(jiàn)函數(shù) 00.20.40.60.81.0400500600700nm（ ）EI=ES=II=EL2常用光度學(xué)單位及其相互關(guān)系n光通量（lm）n光強(qiáng)I（cd）n照度E（lx） 常用的光度測(cè)

3、量定律 na)照度的平方反比定律 ddsnE= 2IlI 垂直于光線傳播方向的照度與光源在該方向的光強(qiáng)成正比，與光源到表面的距離的平方成反比。 注意：只有點(diǎn)光源才符合距離平方反比定律。(測(cè)試距離不應(yīng)少于燈具出光口面最大尺寸的10倍。) nb)照度的余弦定律： E= cosS1面：E1= = ；1Scos2SS2面：E2= ； 2S S1=S2 cos 顯而易見(jiàn)：E2= E1cos 將它與照度的平方反比定律結(jié)合起來(lái)就有 ：2dIE2S2E1S1d為光源到S1平面的垂直距離Inc)余弦立方定律 式中：I點(diǎn)光源射向該點(diǎn)的光強(qiáng)； h光源離該平面的高度； 平面法線與入射光線的夾角； OA長(zhǎng)度。E= co

4、s= cos3 2Il2hIO光源hDAIEl屋邊路邊A。A（ ， ）（ ， ）90BBB。c-坐標(biāo)系統(tǒng) 適合路燈的分布光度系統(tǒng)國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度C-C-坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng) V-H坐標(biāo)系統(tǒng) VH適合投光燈的分布光度系統(tǒng)國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度國(guó)際照明學(xué)會(huì)推薦的分布光度 -坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng) 光度學(xué)中常用的坐標(biāo)空間光強(qiáng)分布，可以通過(guò)三種方式：1、極坐標(biāo)極坐標(biāo)室內(nèi)燈路燈2、直角坐標(biāo)直角坐標(biāo)投光燈3、等光強(qiáng)圖等光強(qiáng)圖 不對(duì)稱配光旋轉(zhuǎn)對(duì)稱二個(gè)對(duì)稱平面一個(gè)對(duì)稱平面極坐標(biāo)直角坐標(biāo)等光強(qiáng)曲線示意等光強(qiáng)曲線燈具光度測(cè)試報(bào)告解讀燈具光度測(cè)試報(bào)告解讀和和在照明計(jì)算中的應(yīng)用在照明計(jì)算

5、中的應(yīng)用道路燈具道路燈具子午面配光曲線圓錐面配光曲線等光強(qiáng)曲線等照度曲線光通量利用系數(shù)曲線子午面配光曲線圓錐面配光曲線光源：400WHPS等光強(qiáng)曲線IESNA路燈分類(lèi)圖人行道邊線1.0MH2.25MH3.75MH6.0MH2.75MH1.75MH1.0MH馬路橫跨線用圓形網(wǎng)圖表示IESNA路燈分類(lèi) 燈具的縱向分布縱向分布分為三種（供參考）： 1、當(dāng)最大光強(qiáng)點(diǎn)最大光強(qiáng)點(diǎn)位于1.0和2.25MH TRL之間時(shí)，此燈具被歸類(lèi)為Short(S)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的4.5倍； 2、在2.25和3.75MHTRL之間的，此燈具被歸類(lèi)為Medium(M)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的7.5倍；

6、 3、在3.75和6.0MH TRL之間稱為L(zhǎng)ong(L)分布，最大的燈具間隔是安裝高度的12倍。燈具的橫向分布橫向分布分為四類(lèi)： 1、當(dāng)燈具位于或接近于道路邊， 50%50%最大光強(qiáng)的曲線最大光強(qiáng)的曲線位于參考軸的兩邊且屋邊1.0M寬，路邊1.0-MH寬，這種燈具被稱作類(lèi)； 2、50%最大光強(qiáng)的軌跡的橫向?qū)挾仍诼愤?.75MH LRL以內(nèi)，屬于類(lèi)； 3、部分的或全部在路邊1.75MH和2.75MH LRL之間，屬于類(lèi)； 4、部分的或全部的在路邊2.75MH LRL以外，屬于類(lèi)。 最大光強(qiáng)的垂直角度以上的光分布控制 IESNA眩光控制分類(lèi)完全截光型完全截光型 離開(kāi)燈下點(diǎn)90（r=90）以上的所

7、有角度的光強(qiáng)值為0，而且在離燈下點(diǎn)80（r=80）的位置每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)100cd（10%）。圍繞燈具的所有橫向角度都要滿足這個(gè)要求。截光型截光型 離開(kāi)燈下點(diǎn)90（r=90，水平）的位置的每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)25cd（2.5%），而且在離燈下點(diǎn)80（r=80）的位置不超過(guò)100cd（10%）的燈具是達(dá)到截光水平的。同樣應(yīng)用到圍繞燈具的所有橫向角度。半截光型半截光型 離開(kāi)燈下點(diǎn)90（r=90，水平）的位置的每1000流明的光強(qiáng)值不超過(guò)50cd（5%），而且在離燈下點(diǎn)80（r=80）的位置不超過(guò)200cd（20%）的燈具是達(dá)到截光水平的。同樣應(yīng)用到圍繞燈具的所有橫向角度。 完全

8、截光型完全截光型燈具燈具安裝高度修正系數(shù) k54.0062.7872.0481.5691.23101.00110.83120.69130.59140.51150.44160.39Eh=kE10等照度曲線后面例題當(dāng)燈具安裝在9米高，求在馬路上且垂直于馬路縱向的方向上，離燈下點(diǎn)的水平距離13.5米的地方的照度值是多少？求照度均勻度光通量利用系數(shù)曲線路燈頭的仰角光通量利用系數(shù)曲線示意道路上照度均勻度=最小照度/平均照度平均照度=光源光通量利用系數(shù)維護(hù)系數(shù)燈間隔距離路寬例題：道路寬10米，燈具的安裝間隔是15米，燈的高度10米，求路面的平均照度是多少？用光通量利用曲線和等照度曲線計(jì)算照度均勻度維護(hù)系數(shù)

9、（K）維護(hù)系數(shù)是考慮由于光源光通衰減、燈具污染及老化所引起的效率降低，以及被照?qǐng)鏊ㄖ飪?nèi)墻表面、頂棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必須乘入的系數(shù)。建筑物特征分類(lèi)維護(hù)系數(shù)（K） 鹵鎢燈白熾燈、熒光燈、高壓氣體放電燈A生產(chǎn)中幾乎很少有塵埃、煙、煙灰及蒸氣排出或出外部進(jìn)入本房間0.8(0.85)0.75(0.8)B生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入少量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，比較明顯但不嚴(yán)重0.75(0.81)0.7(0.76)C生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入大量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，積累較快0.66(0.76)0.6(0.69)戶外露天廣場(chǎng)0.750.7室內(nèi)燈具室內(nèi)燈具光通比與距高比極坐標(biāo)配光曲線空間等照度曲線

10、平面等照度曲線利用系數(shù) CU概算曲線 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 類(lèi)類(lèi): : 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 % 燈燈 具具 效效 率率: 63.0 %: 63.0 % 光通比與距高比 CIE CIE 分分 類(lèi)類(lèi): : 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 % 燈燈 具具 效效 率率: 63.0 %: 63.0 % 1/

11、2 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燈具描述：燈具描述：70WHPS；光源被垂直裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器內(nèi)光源被垂直裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器內(nèi)極坐標(biāo)配光曲線例：在燈下6米，距燈下點(diǎn)3米的地方的照度有多大？空間等照度曲線燈具描述：燈具描述：支架燈具；支架燈具；36W熒光燈管熒光燈管極坐標(biāo)配光曲線極坐標(biāo)配光曲線示意例：在燈下6米，c-0方向距燈下點(diǎn)3米的地方的照度有多大？平面等照度曲線平面等照度曲線示意流明法利用燈具的配光曲線或等照度曲線， 按照燈具的布置方式直接計(jì)算室內(nèi)各點(diǎn)的照

12、度。逐點(diǎn)計(jì)算法利用燈具的配光曲線考慮到房間大小房間大小形狀形狀、房間中各個(gè)面的反射率反射率和燈具布置方式后計(jì)算燈具直接射到工作面上的光通量和射到室內(nèi)其它表面（包括墻、天花板、地板）后反射的光線再投到工作面上的光通量之和除以工作面的面積得到平均照度。照照 度度 計(jì)計(jì) 算算室空間比室空間比RCR=5hRC(L+W)/L*W室內(nèi)照明計(jì)算是把房間看作直六面體，能表征房間尺寸的表式就是室空間比（室指數(shù)）。越是低而寬敞的房子，可得到的光通利用率越高，越是狹而高的房間，光通利用率越低。 利 用 系 數(shù) : CC 80 70 50 30 10 0W 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50

13、30 10 50 30 10 0 WDRC RCR COEFFICIENTS OF UTILIZATION FOR FC=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

14、.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

15、.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利用系數(shù) CUcc頂棚空間的反射系數(shù);w墻面的反射系數(shù);fc地板空間的反射系數(shù);WDRC墻面直接輻射系數(shù) 平均照度=

16、光源光通量燈具數(shù)量CU 維護(hù)系數(shù) /長(zhǎng)寬燈具數(shù)量=平均照度長(zhǎng)寬/光源光通量 CU 維護(hù)系數(shù) 維護(hù)系數(shù)（K）維護(hù)系數(shù)是考慮由于光源光通衰減、燈具污染及老化所引起的效率降低，以及被照?qǐng)鏊ㄖ飪?nèi)墻表面、頂棚、地面的反射率下降等因素使照度降低所必須乘入的系數(shù)。建筑物特征分類(lèi)維護(hù)系數(shù)（K） 鹵鎢燈白熾燈、熒光燈、高壓水銀熒光燈A生產(chǎn)中幾乎很少有塵埃、煙、煙灰及蒸氣排出或出外部進(jìn)入本房間0.8(0.85)0.75(0.8)B生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入少量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，比較明顯但不嚴(yán)重0.75(0.81)0.7(0.76)C生產(chǎn)中排出或外界進(jìn)入大量的塵埃、煙、煙灰及蒸氣，積累較快0.66(0.76)0

17、.6(0.69)戶外露天廣場(chǎng)0.750.7利用系數(shù)法及燈具概算曲線應(yīng)用例 某電機(jī)裝配車(chē)間，雙側(cè)開(kāi)窗，采用鋼筋混凝土多邊形屋架，因此頂棚有效反射率cc是47%。下弦高度12M。屋內(nèi)墻及大型屋面板均噴白，因此墻面平均反射率w是41.5%。地面為混凝土地坪水泥砂漿抹面，因此地面反射率f是20% 。車(chē)間跨度W=18M，長(zhǎng)度L=54M，柱距6M。試確定照明方案和燈數(shù)。1.照度的確定和燈型選擇：設(shè)計(jì)要求該車(chē)間平均照度為90lx。擬選用D-16號(hào)GC5-B-4型深照型400W高壓水銀熒光燈，裝于屋架下弦，工作面高度距地面0.8M。2.求室空間比：燈的計(jì)算高度為 h=12-0.8=11.2MRCR=5 11.

18、2 (54+ 18)/ 54 18=4.153.查D-16號(hào)燈具圖表，用內(nèi)插法求出利用系數(shù)u=0.371。該車(chē)間屬于B類(lèi)，維護(hù)系數(shù)K=0.7，光源光通F=20000lm應(yīng)用公式N=9054 18/（20000 0.371 0.7）=16.8個(gè) 利 用 系 數(shù) : CC 70 50 30 10 0W 50 30 10 50 30 10 50 30 10 50 30 10 0 RCR COEFFICIENTS OF UTILIZATION FOR FC=20 1 .69 .66 .64 .66 .64 .62 .63 .61 .60 .61 .59 .58 .57 2 .60 .56 .52 .5

19、8 .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

20、.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號(hào)燈具利用系數(shù)表：號(hào)燈具利用系數(shù)表：概算曲線投光燈具投光燈具直角坐標(biāo)配光曲線等光強(qiáng)曲線區(qū)域光通量VH穿過(guò)反射器母線，且含有最大光強(qiáng)的截面上V角和H角的配光曲線直角坐標(biāo)配光曲線半峰發(fā)散角在選定的通過(guò)最大光強(qiáng)的平面上，兩個(gè)為50%最大光強(qiáng)的光 強(qiáng)之間的夾角

21、半峰邊角在選定的通過(guò)最大光強(qiáng)的平面上，最大光強(qiáng)與50%最大光強(qiáng)之 間的夾角燈的有效光束光強(qiáng)大于或等于10%最大光強(qiáng)的所有光束稱燈具的有效 光束(IES定義)投光燈光度特性的三個(gè)定義等光強(qiáng)曲線區(qū)域光通量旋轉(zhuǎn)反射器的設(shè)計(jì)和計(jì)算旋轉(zhuǎn)反射器的設(shè)計(jì)和計(jì)算母線母線側(cè)板旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光源的軸與反射器重合旋轉(zhuǎn)對(duì)稱等光強(qiáng)分布旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器有兩個(gè)對(duì)稱面的光源軸線與反射器軸垂直有兩個(gè)對(duì)稱面的等光強(qiáng)分布有兩個(gè)對(duì)稱面的光源軸線與反射器軸重合旋轉(zhuǎn)對(duì)稱反射器有兩個(gè)對(duì)稱面的等光強(qiáng)分布有二個(gè)對(duì)稱面的柱面反射器長(zhǎng)條形的光源有兩個(gè)對(duì)稱平面的光強(qiáng)分布有一個(gè)對(duì)稱面的柱面反射器有一個(gè)對(duì)稱平面的等光強(qiáng)分布不對(duì)稱反射器旋轉(zhuǎn)對(duì)稱光源

22、有一個(gè)對(duì)稱平面的等光強(qiáng)分布長(zhǎng)條形的光源球面反射器主反射器M1-2FOR2RM光源像點(diǎn)光源F2F1FM1M2反射器輪廓上的斜線段光源光線增量間隔角度出射光線增量角表1計(jì)算光束中各環(huán)帶的光通環(huán)帶（度）中間角度的光強(qiáng)（cd）環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶內(nèi)光通0-107200.0956810-207550.28321320-308550.46339630-409300.62858440-507450.77457650-604500.89740360-701500.99314970-80201.05821 總和 2410（lm）表2計(jì)算光源各環(huán)帶內(nèi)的光通環(huán)帶環(huán)帶內(nèi)中間角上的光強(qiáng)（cd）環(huán)帶常數(shù)環(huán)帶內(nèi)光通F170-180

23、2920.09528160-1702910.28382150-1602890.463134140-1502040.628185130-1403050.774236120-1303130.897281110-1203130.993311 946100-1103061.05832490-1002901.09131680-902751.09130070-802811.05829760-702960.99329450-603040.89727340-503060.77423730-402970.62818620-302920.46313510-202510.283710-101010.09510 總和 3700（lm）表3光束光通與光源能提供的光通二者計(jì)算表環(huán)帶（度）光束配光曲線修正后需要的光通由光源來(lái)的直接光通二者差值F0-1079285110-202498216720-3046313432930-4068318549840-5067323643750-6047028118960-70174