1、第 3 章 技术设计,第 2 节 照明设计与计算,学习单元2 照明计算,学习目标,1、了解照明计算方法 2、了解照明设计软件类型 3、掌握用照明软件计算一般室内场所照度,1、照明计算基本方法 2、照明设计软件 3、照明工程设计软件,相关知识,第一部分 照明术语和概念,平均照度 average illuminance 规定表面上各点的照度平均值。 平均亮度 average luminance 规定表面上各点的亮度平均值。 最小照度 minimum illuminance 规定表面上的照度最小值。 最大照度 maximum illuminance 规定表面上的照度最大值。,水平照度 horizon
2、tal illuminance水平面上的照度。垂直照度 vertical illuminance垂直面上的照度。维持平均照度 maintained average illuminance 照明装置必须进行维护时，在规定表面上的平均照度值。初始平均照度 initial average illuminance 照明装置新装时在规定表面上的平均照度。初始平均照度由规定的维持平均照度值除以维护系数值求出。 ,照度均匀度 uniformity ratio of illuminance 通常指规定表面上的最小照度与平均照度之比。有时也用最小照度与最大照度之比。 平均柱面照度 average cylinde
3、rical illuminance光源在给定的空间一点上一个假想的很小圆柱面上产生的平均照度。圆柱体轴线通常是竖直的。该量的符号为Ec。 平均半柱面照度 average semi-cylindrical illuminance光源在给定的空间一点上一个假想的很小半个圆柱面上产生的平均照度。圆柱体轴线通常是竖直的。该量的符号为Esc。,照明功率密度 lighting power density（LPD）单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器等），单位为瓦特每平方米（W/m2）。简称LPD。路面平均亮度 average road surface luminance按照国际照明委员会（C
4、IE）有关规定，在路面上预先设定的点上测得的或计算得到的各点亮度的平均值。该量的符号为Lav。 路面亮度总均匀度 overall uniformity of road surface luminance路面上最小亮度与平均亮度比值。 路面亮度纵向均匀度 longitudinal uniformity of road surface luminance同一条车道中心线上最小亮度与最大亮度的比值。,路面平均照度 average road surface illuminance 按照国际照明委员会（CIE）有关规定，在路面预先设定的点上测得的或计算得到的各点照度的平均值。路面照度均匀度 unifor
5、mity of road surface illuminance路面上最小照度与平均照度的比值。路面维持平均亮度（照度） maintained average luminance (illuminence) of road surface即路面平均亮度（照度）维持值，它是在计入光源计划更换时光通量的衰减以及灯具因污染造成效率下降等因素（即维护系数）后设计计算时所采用的平均亮度（照度）值。,阈值增量 threshold increment失能眩光的度量。表示为存在眩光源时，为了达到同样看清物体的目的，在物体及背景之间的对比所需增加的百分比。该量的符号为TI。 （道路照明）环境比 surround
6、 ratio of road lighting车行道外边5m宽的带状区域内的平均水平照度与相邻的5m宽的车行道上平均水平照度之比。该量的符号为SR。,光强分布；配光 distribution of luminous intensity用曲线或表格表示光源或灯具在空间各方向上的发光强度值。 对称光强分布 symmetrical luminous intensity distribution有对称轴线或至少有一个对称面时的光强分布。 旋转对称光强分布 rotationally symmetrical luminous intensity distribution平面上极坐标的光强分布曲线绕轴旋转所
7、得的光强分布。 ,总光通量 total luminous flux光源在4球面立体角内的光通量总和。下射光通量 downward luminous flux 光源或灯具在水平面以下的2立体角内的总光通量。上射光通量 upward luminous flux光源或灯具在水平面以上的2立体角内的总光通量直接光通量 direct luminous flux表面上直接得到来自照明装置的光通量。间接光通量 indirect luminous flux表面上由其他表面反射之后所得到的光通量。,参考平面 reference surface测量或规定照度的平面。 工作面 working plane在其表面上进
8、行工作的平面。 灯具计算高度 calculating height of luminaire灯具的光中心到工作面的距离。 利用系数 utilization factor 投射到参考平面上的光通量与照明装置中的光源的光通量之比。 室空间比 room cavity ratio 表征房间几何形状的数值 室形指数 room index 表征房间几何形状的数值，,维护系数 maintenance factor照明装置在使用一定周期后，在规定表面上的平均照度或平均亮度与该装置在相同条件下新装时在规定表面上所得到的平均照度或平均亮度之比。 点光源 point light source发光体的最大尺寸与它至被
9、照面的距离相比较非常小的光源。 线光源 line light sourec 一个连续的带状发光体的总长度数倍于其到照度计算点之间距离的光源。 面光源 area (surface) light source发光体宽度与长度均大于发光面至受照面之间距离的光源。,（光源的或灯具的）光中心 light center (of a light source or luminaire)测定和计算时作为原点用的光点。灯具间距 spacing of luminaire 相邻灯具的中心线间的距离。 灯具安装高度 mounting height of luminaire灯具底部至地面的距离。灯具距高比 spacin
10、g height ratio of luminaire灯具的间距与灯具计算高度之比。灯具最大允许距高比 maximum permissable spacing height ratio of luminaire保证所需的照度均匀度时的灯具间距与灯具计算高度比的最大允许值。, 利用系数法 method of utilization factor；流明法 lumen method使用利用系数计算平均照度的计算方法。 逐点法 point method使用灯具的光度数据，逐一算出各点直射光照度的计算方法。 等光强曲线 iso-luminous intensity curve在以光源的光中心为球心的假想
11、球面上，将发光强度相等的那些方向所对应的点连接成的曲线，或是该曲线的平面投影。 等照度曲线 iso-illuminance curve连接一个面上等照度点的一组曲线。 等亮度曲线 iso-luminance curve连接一个面上等亮度点的一组曲线。,仰角 tilt ，inclination灯具出光口平面自水平面向上倾斜的角度。悬挑长度 overhang灯具的光中心至邻近一侧路缘石的水平距离。灯臂长度 bracket projection从灯杆的垂直中心线至灯臂插入灯具那一点之间的水平距离。路面的有效宽度 effective road width of road surface用于道路照明设计
12、的路面理论宽度。它与道路的实际宽度，灯具的悬挑长度和灯具的布置方式等有关。该量的符号为Weff。,（道路照明）亮度系数 luminance coefficient of road lighting路面上某一点的亮度（L）和该点的水平照度（E）之比。该量的符号为q，即 q=L/E。用它来表示路面的反光性能。 亮度系数除了和路面材料有关外，还取决于观察者和光源相对于路面所考察的那一点的位置，即q=q(,),其中为光的入射平面和观察平面之间的角度,为入射光线的垂直角度。,（道路照明）简化亮度系数 reduced luminance coefficient of road lighting为便于计算路
13、面亮度而导出的一个系数。该量的符号为r，定义为某一类路面的简化亮度系数值通常以表格形式给出，并将该表称为r表。,第二部分 照明照度计算,照明计算,照度计算,亮度计算,眩光计算,一、平均照度计算 利用系数法1、利用系数式中 利用系数； 由灯具发出的最后落到工作面上的光通量；单位：lm； 每个灯具中光源额定总光通量，单位：lm。,2、室内平均照度计算(利用系数法),N: 灯具数A: 工作面积 : 每个灯具中光源额定总光通量(lm)K: 维护系数U: 利用系数,: 工作面平均照度(lx),维护系数K,表明了灯具的效率 室空指数表面反射系数 在设计师用光通量方法计算灯具数量时非常重要,利用系数表,3、
14、利用系数的概念,（1）空间系数1）室空间系数2）顶棚空间系数3）地板空间系数室长，m； 室宽，m；室空间高，m； 顶棚空间高，m地板空间高，m；,（2）有效空间反射比顶棚(或地板)平面面积，单位为 ；顶棚(或地板)空间各表面的平均反射比；假如空间由若干表面组成，以 、 分别表示为第 个表面的面积和反射比。,（3）确定利用系数的步骤 1）确定房间的各特征量：室空间比、顶棚空间比、地板空间比；2）确定顶棚空间有效反射比；3）确定墙面平均反射比；房间在求利用系数时，墙面反射比应该采用其加权平均值； 4）确定地板空间有效反射比；5）确定利用系数。在求出室空间比 、顶棚有效反射比 ，墙面平均反射比 以后
15、，按所选用的灯具从计算图表可查得其利用系数 。,举例：某房间长6m，宽4m，高3.0m。室内表面反射比分别为：顶棚0.7，墙面0.5，地面0.2。采用MENLO C 155型灯具照明，光源为环形T5-1x55W，灯具利用系数见表1。顶棚上均匀布置2个灯具，灯具吸顶安装，求距地面0.8m高的工作面上的平均照度。,解：1. 填写原始数据 灯具类型MENLO C 155、光源光通量=4000lm、安装灯数N=2、室长l=6m、室宽b=4m、顶棚空间高hc=0m、顶棚反射比c =0.7、室空间高h=2.2m、墙面反射比w =0.5、地板空间高hf =0.8m、地板反射比f =0.2。,2计算空间比,3
16、求有效反射比要求精度不高时，cc = c =0.7 w =0.5 fc =0.2,4查灯具维护系数 查得K=0.8。 5查利用系数表 查得数值后，RCR=4，U=0.41 RCR=5，U=0.37 经内插 RCR=4.58， U=0.39 6计算平均照度,该房间工作面的平均照度为104lx。,二、概算曲线与单位容量法应用概算曲线应已知以下条件：1）灯具类型及光源的种类和容量(不同的灯具有不同的概算曲线)；2）计算高度(即灯具开口平面离工作面的高度)；3）房间的面积；4）房间的顶棚、墙壁、地面的反射比。实际采用的灯具数量可按下列公式进行换算：实际采用的灯具数量；根据概算曲线查得的灯具数量；实际采
17、用的维护系数；概算曲线上假设的维护系数；设计所要求的平均照度，单位为lx。,灯数概算曲线,灯数概算曲线,某房间长10m，宽6m，工作面高0.8m，灯具距工作面3m，顶棚反射比c =0.7，墙面反射比c =0.5，地板反射比f =0.3，选用MENLO C155型灯具照明，工作面照度要求达到150lx，用灯数概算曲线计算所需灯数。,根据照明现场实际情况，N应选取整数，故N=6。,解：MENLO C 155型灯数概算曲线如表所示。 工作面面积 lb10660(m2) 根据反射率和工作面面积，由灯数概算曲线查出在照度为100lx 时所需灯数为4.2，故照度为150lx时所需灯数为,三、点光源直射照度
18、计算,倾斜面上的照度,点光源在垂直上的照度,点光源在水平面上的照度,照度计算-平方反比定律,平方反比定律,当光源为点光源，距离大于光源最大尺寸的十倍时，此定理成立。,100 lux,11 lux,25 lux,1m,2m,3m,1、点光源水平照度计算点光源在水平面上产生的照度符合平方反比定律。 如图所示，该面单元面积 上的光通量为：其中， 为光源 投向面积元 的立体角。按立体角的定义,光源在指向平面上P点所产生的法线方向照度 为光源在水平面上P点所产生的照度 为或 式中 水平面照度，单位为lx；光源(灯具)照射方向的光强，单位为cd；实际所采用灯具的光源光通量，单位为lm；,2、任意倾斜面照度
19、计算若 为P点的法线照度， 在x、y、z三个坐标轴上的分量分别为式中，、分别为P点法线照度矢量与x、y、z轴之间的夹角。,任意倾斜面上照度 完整的计算表达式为式中 A点的水平照度，lx倾斜面（背光）与水平面的夹角灯具在水平面上的投影点至情斜面与水平面的交线的垂直最短距离灯具至水平面的距离当角进入arc cos(P/h)范围内时，上式右边第二项取负号。,3、实用计算图表,（1）空间等照度曲线在采用旋转对称配光的灯具的场所，可利用“空间等照度曲线”图进行水平面照度值的计算。但所查得的照度值是“假设水平照度”。计算点处的实际水平照度为 式中 水平面照度，lx； 每个灯具中的总光通量，lm维护系数；各
20、灯具对计算点所产生的假设水平照度的总和，lx,（2）平面相对等照度曲线对非对称配光的灯具可利用“平面相对等照度曲线”进行计算。“平面相对等照度曲线”是假设计算高度为而绘制的。式中 水平面照度，lx； 每个灯具中的总光通量，lm维护系数；各灯具所产生的相对照度的总合，lx；计算高度，。,四、线光源直射照度计算,1、线光源的光强分布（1）各种线光源的横向光强分布曲线可用下面公式表示：式中 方向上的光强，cd； 在线光源发光面法线方向上的光强，cd；（2）任意线状灯具在通过灯纵轴的各个平面上的光强分布曲线，可用下面一般形式表示：,实际应用的各种线光源的纵向光强分布曲线，可利用 下列五类理论光强分布曲
21、线来表示。 A类：B类：C类：D类：E类：,2、基本计算方法,则自线元 指向计算点P的光强以及法线照度为 ： 整个线状光源在点P处产生的法线照度 和水平照度 为：,3、被照点在不同情况下的计算,（1）计算点不在线光源端部的照度计算如图所示计算点位于P1或P2点，则照度可利用如下关系式进行计算：（2）断续线状光源的计算,五、反射（间接）照度计算,1、水平面照度灯数；光源光通量，lm；反射的辐射系数；维护系数计算平面的面积，即工作面积,2、垂直面照度墙壁反射辐射系数可用下式计算：墙壁直接辐射系数可用下式求得：,六、平均亮度计算,墙壁初始平均亮度 可用下式求出：顶棚空间初始平均亮度 可用下式求出：墙面的平均亮度 可用下式求出：,七、不舒适眩光计算,统一眩光评价系统(UGR)的基本公式为式中 眩光源亮度， ；背景亮度， ；眩光源的立体角， ；位置系数,小结 照明计算方法,
