照明計(jì)算課件

照明計(jì)算LightingCalculation,陳育明,Index,光與視覺照明術(shù)語照明計(jì)算,一、光與視覺,什么是光？光(visiblelight)就是電磁波(electromagneticwave)中的其中一員.它同時(shí)具有waveduality和particleduality(第二者解釋了它是一種物質(zhì),光由photons組成).,*光波是特定波段的電磁波,可見光波長(zhǎng)約為380-760nm，光頻為81014-41014Hz,怎么看見光？,遠(yuǎn)視與近視,視覺細(xì)胞,視覺范圍,明視覺和暗視覺,(1)錐體細(xì)胞和桿體細(xì)胞,(2)明視覺：L3cd/m2，錐體細(xì)胞起主要作用，m=555nm，黃綠光明亮，有色感；(3)暗視覺：L0.03cd/m2，主要由桿體細(xì)胞工作,m=507nm，藍(lán)綠色明亮；(4)中間視覺：0.03ntL被視點(diǎn)亮度時(shí)，視力下降；(3)蘭道爾圓環(huán)視標(biāo),蘭道爾圓環(huán)是一個(gè)缺口圓環(huán)，設(shè)缺口的尺寸為Dm，視距為Pm，則以分為單位計(jì)算眼睛的視角為：,設(shè)Dm=1mm，視距為Pm=5m，則：,設(shè)Dm=1.5mm，視距為Pm=5m，則：,(4)影響視力的因素：,視覺感受速度(1)是眼睛能感受對(duì)象所必需的最小時(shí)間tmin的倒數(shù)，即形成視覺所需時(shí)間的倒數(shù)。(2)影響視覺感受速度的因素：,顏色特性,3.1.1視網(wǎng)膜的顏色區(qū)中央?yún)^(qū)（全色區(qū)）主要由錐體細(xì)胞起作用邊緣區(qū)（紅綠盲區(qū)、全色盲區(qū)）錐體細(xì)胞逐漸較少，桿體細(xì)胞逐漸增多3.1.2顏色的形成(1)光源色：因發(fā)光體發(fā)出的光而引起人們色覺的顏色；(2)光譜色：當(dāng)發(fā)光體發(fā)出的是單色光，那么其光源色稱為光譜色；(3)物體色（表面色）：非發(fā)光體（即一般物體）的顏色，這是物體在光源照射下產(chǎn)生反射光所引起的顏色。,光譜色的波長(zhǎng)和波長(zhǎng)范圍,顏色的分類及各自特性,非彩色A.范圍：包括黑色、白色和深淺不同的灰色B.特性：有明度，無色調(diào)和彩度,彩色A.范圍：除黑白色以外的顏色。B.特性：,三色原理,任何顏色都可以用三原色混合而成。三原色為700nm的紅色、546.1nm的綠色和435.8nm的藍(lán)色?；旌仙獵=R(R)+G(G)+B(B)(R),(G),(B)表示單位三原色R，G，B表示混合色中三原色的量,光源的顏色,光源的色表表觀顏色，用色溫或相關(guān)色溫來表示。色溫：當(dāng)某一光源的色度與某溫度下完全輻射體（黑體）的色度完全相同時(shí)，完全輻射體（黑體）的溫度即為該光源的色溫。用絕對(duì)溫度表示。K色溫?zé)彷椛涔庠聪嚓P(guān)色溫非熱輻射光源,光源的顯色性,(1)標(biāo)準(zhǔn)光源(2)顯色性光源照射到物體上所顯現(xiàn)出來的顏色的性能稱為光源的顯色性。也就是光源照射物體表面與在標(biāo)準(zhǔn)光源照射下顯示的顏色相符合的程度。由光源的光譜能量分布決定。(3)顯色指數(shù)特殊顯色指數(shù)Ri：適用于評(píng)價(jià)光源對(duì)特定顏色的顯色性。一般顯色指數(shù)Ra：適用于對(duì)人工照明光源的顯色性評(píng)價(jià)。把Ra=80-100顯色性優(yōu)良；Ra=50-79一般；Ra50較差。,1.光通量,定義：按人眼對(duì)光的感覺量為基準(zhǔn)，來衡量輻射通量。表達(dá)式：,(3)單位:流明,其中:Km為683lm/W,二、照明術(shù)語,例：某白熾燈的光譜能量分布如表所示，求該燈的光通量。,光效,光源顯色指數(shù)和光效,2.發(fā)光強(qiáng)度（光強(qiáng)）,定義：光源在某一個(gè)約定方向上單位立體角內(nèi)（每球面度內(nèi)）的光通量，稱為光源在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度，稱為光強(qiáng)。面積A對(duì)球心形成的角成為立體角如果A=r2，=1sr,表達(dá)式：(3)單位：坎德拉cd,其中，為光源在立體角內(nèi)所輻射的總光通量。,對(duì)于向各方向均勻輻射光通量的光源，其在立體角內(nèi)的平均光強(qiáng)：,例：100W普通白熾燈輸出的光通量為1250lm，假設(shè)光源向四周是均勻發(fā)射其光通量的，求光源某方向上的光強(qiáng)。,解：,3.照度,定義：被照面上單位面積所接受的光通量。表達(dá)式：E=d/dAE=/A單位：lx勒克斯1lx=1lm/m2它表示在1m2的面積上均勻分布1lm的光通量的照度值。,例：100W普通白熾燈輸出的光通量為1250lm，假設(shè)光源向四周是均勻發(fā)射其光通量的，求燈下2m處的照度值。解：,也可以表示為一個(gè)光強(qiáng)為1cd的均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，以它為中心，在半徑1m的球面上形成的平均照度值。在40W白熾燈下1m處的照度為30lx；加搪瓷燈罩后為73lx；陰天中午室外照度為8000-20000lx；晴天中午在陽光下室外照度80000-120000lx；,例1：有一個(gè)向四周均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，發(fā)光強(qiáng)度為10cd。如果以這個(gè)點(diǎn)光源為球心，以1m為半徑作一球面，問：（1）在球面上多大的面積范圍內(nèi)所通過的光通量為1lm？（2）整個(gè)球面所通過的光通量是多少？（3）如果球半徑增大為2m和3m，上述兩問又如何？,3）當(dāng)半徑變化時(shí)，光通量不變。,例2：有一個(gè)向四周均勻發(fā)光的點(diǎn)光源，放在半徑為2m的球心上，已知這個(gè)球面上4m2的面積得到8lm的光通量，問：（1）光源的發(fā)光強(qiáng)度？（2）光源輻射出的總光通量？,4光出射度,定義：表示具有一定面積的發(fā)光體，其單位面積上發(fā)出的光通量。表達(dá)式：a.（對(duì)微小面積）M=d/dAb.(對(duì)于任意大小的表面積)Mav=/Ac.(對(duì)于因反射而發(fā)光的二次發(fā)光表面)M=E=(/A)=(被照射面的反射比被照面的照度)d.(對(duì)于因透射而發(fā)光的二次發(fā)光表面)M=E=(/A)=(被照射面的透射比被照面的照度)單位：輻射勒克斯rlx1rlx=1lm/1m2,例：100W普通白熾燈向周圍均勻發(fā)射1250lm的光通量。若白熾燈外裝一球形乳白玻璃燈罩，其透光率為60%，并假設(shè)沿?zé)粽值恼麄€(gè)球面均勻發(fā)光，當(dāng)燈罩直徑為250mm時(shí)，求其光出射度。解：,5亮度,定義：發(fā)光體在視線方向上單位面積發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度。表達(dá)式：圖中被視物體表面積為A在視線方向上的發(fā)光強(qiáng)度為I,I與表面A的法線夾角為，則表面A在方向上的亮度為：,單位：1nt(尼特)=1cd(坎德拉)/m2=1cd/104cm2=10-4sb（熙提）=亞熙提=(1cd/m2),照度和發(fā)光強(qiáng)度的關(guān)系,例：如圖，在桌上2米處掛著一40W白熾燈，I0-45=30cd，求燈下桌面點(diǎn)1處及2處的照度值。,光線垂直入射到被照射面（入射角等于0）,表面的照度與點(diǎn)光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比，與距點(diǎn)光源的距離平方成反比。,光線不垂直入射到被照射面（即入射角不等于0）,因?yàn)橛炙裕罕砻娣ň€與入射光線成角處的照度除與它至點(diǎn)光源在這方向的發(fā)光強(qiáng)度成正比，與距點(diǎn)光源的距離平方成反比之外，還與入射角的余弦成正比。,照度和亮度的關(guān)系,(1)光源亮度和它所形成的照度間的關(guān)系如右圖，發(fā)光面dA1和r相比很小，視為點(diǎn)光源，這樣，它在A2上O點(diǎn)形成的照度為由光強(qiáng)與亮度的關(guān)系：則得整個(gè)發(fā)光表面在O點(diǎn)形成的照度,發(fā)光表面在被照面上形成的照度值的大小，等于這一發(fā)光表面的亮度與該發(fā)光表面在被照點(diǎn)上形成的立體角的投影的乘積。,例：在房間側(cè)墻和屋頂上各開一個(gè)1m2的窗，它們與室內(nèi)桌子的相對(duì)位置如圖，設(shè)通過窗洞看見的天空亮度為104cd/m2，試分別求出窗洞在桌面O點(diǎn)上形成的照度。解：窗洞亮度等于看到的天空亮度。(1)側(cè)窗(2)天窗,例：100W普通白熾燈向周圍均勻發(fā)射1250lm的光通量。若白熾燈外裝一球形乳白玻璃燈罩，其透光率為60%，并假設(shè)沿?zé)粽值恼麄€(gè)球面均勻發(fā)光，當(dāng)燈罩直徑為250mm時(shí)，求乳白玻璃燈罩的亮度。解：,（2）均勻漫反射表面亮度和照度間的關(guān)系,均勻漫反射的特點(diǎn)是光強(qiáng)分布符合余弦定律：,具有均勻漫反射特性的反射表面，其亮度與照度之間具有如下關(guān)系：,例：某長(zhǎng)條形嵌入頂棚式照明器的發(fā)光面積為0.25X1.30M2，在方向上的發(fā)光強(qiáng)度為500cd，求：(1)由該方向觀察照明器發(fā)光面的亮度；(2)求被照面點(diǎn)O處的照度；(3)若該紙上各點(diǎn)照度均相同，且是一張漫反射的白紙，反射率為0.81，求該紙的平均亮度。,照明計(jì)算,照明計(jì)算是照明設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一；它包括照度計(jì)算、亮度計(jì)算、眩光計(jì)算等照明功能上各種效果的計(jì)算。一、簡(jiǎn)單、快速二、力求計(jì)算準(zhǔn)確,1.平均照度計(jì)算-利用系數(shù)法,工作面上光通量,總光通量,維護(hù)系數(shù),室形指數(shù)和室空間比(1)空間劃分,頂棚空間,室空間,地板空間,工作面,出光口平面,(2)空間比Kr工作面上的平均照度除了與照明器的配光特性及照明器的布置有關(guān)，還與房間的尺寸、形狀有很大的關(guān)系。,(3)室空間比,平均反射比,等效反射比,利用系數(shù)法計(jì)算工作面平均照度,根據(jù)燈具是否均勻布置，判斷可否用此方法；計(jì)算RCR；計(jì)算等效反射比和平均反射比；確定利用系數(shù)（查表），當(dāng)RCR、CC、Wa不是表中分級(jí)的整數(shù)時(shí)，用內(nèi)插法計(jì)算對(duì)應(yīng)值；若FC不等于20%時(shí)，對(duì)利用系數(shù)校正；計(jì)算平均照度。,或根據(jù)平均照度，計(jì)算照明器數(shù)量；驗(yàn)算距高比，看能否滿足照度均勻度的要求。,一教室長(zhǎng)6.6m，寬6.6m，高3.6m，在離頂棚0.5m的高度處安裝8只YG1-1型40W熒光燈，課桌高度為0.8m，教室內(nèi)各表面的反射比如圖，試計(jì)算課桌面上的平均照度（40W熒光燈光通量取2200lm）。,平均照度,燈數(shù)概算曲線,(1)特點(diǎn)以利用系數(shù)為基礎(chǔ)面積與燈具數(shù)量關(guān)系(2)假定條件工作面的平均照度為100lx維護(hù)系數(shù)K=0.7典型房間l：w=2：1,(3)繪制原理,(4)繪制方法確定計(jì)算高度；確定頂棚、地板和墻壁的等效反射比和平均反射比；選取一系列的RCR，根據(jù)所確定的查得利用系數(shù)；根據(jù)RCR及相應(yīng)的U分別計(jì)算場(chǎng)地面積和所需燈具數(shù)量；將計(jì)算得到的A，N繪制在以A為橫坐標(biāo)，N為縱坐標(biāo)的對(duì)數(shù)坐標(biāo)中，即為該燈具的概算圖表。,(5)使用方法選取燈具類型和光源特性S；照明場(chǎng)地的面積A；計(jì)算高度hRC；房間的頂棚、墻壁、地板的反射比根據(jù)以上條件，讀取燈具數(shù)量N，實(shí)際,單位容量法,(1)含義：在最低的照度值Emin（通常為1