智能照明控制系统基本知识：照明灯具的详细介绍

1.1照明灯具灯具与电光源的组合称为照明器。灯具能重新分配光源发出的光通量、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、与光源配合起一定的装饰作用。

1.1.1照明器的配光特性

各种灯具分配光通量的特性可以由各种灯具的配光曲线来表示。

灯具的配光曲线是表示灯具的发光强度在空间的分布状况,所以又称光强分布曲线。大部分灯具的形状是它的轴线旋转体,所以它们的发光强度在空间分布也是与轴线对称的。因此,只需通过灯具轴线的一个截面上的配光曲线,就能说明该灯具发光强度在空间分布的状况,这种配光称为对称配光。也有一些灯具的形状是不对称的,则需通过灯具轴线的几个截面上的配光曲线才能说明该灯具的发光强度在空间的分布状况,这种配光称为非对称配光。

配光曲线上的每一点表示灯具在该方向上的发光强度。为便于比较,配光曲线都是假定光源的光通量为1000lm来绘制的。实际光源发出的光通量不是1000lm时,在配光曲线上查出的发光强度应加以修正,即乘以实际光源发出的光通量与1000之比。

1.1.2照明器的亮度分布和保护角

1） 照明器的亮度分布

根据亮度的定义,有:

Lθ=IθAcos θ(1.14)

式中：Iθ——由配光特性求得；

Acos θ——发光面在与观察方向相垂直的平面上的投影面积。

常用灯具的亮度分布如下。

① 球形照明器：

Acos θ=πr2(1.15)

式中：r——球或圆形灯罩的半径(m)。

② 下方敞口灯罩(圆形)：

Acos θ=πr2cos θ(1.16)

③ 下方敞口灯罩(方形)：

Acos θ=abcos θ(1.17)

式中：a、b——分别为长方形灯罩敞口的边长。

④ 除了下方,侧面也发光的照明器：

Acos θ=Ahcos θ+Avsin θ(1.18)

式中：Ah——照明器下方发光面面积(m2)；

Av——照明器侧面发光面面积(m2)。

将照明器在不同观察方向上的亮度Lθ与观察方向垂直角θ间的关系Lθ=f(θ)称为照明器的亮度分布。

2） 照明器的保护角

引起不舒适眩光的原因之一是照明器亮度太高,在小范围内,亮度高对人影响不大,而垂直角45°灯具的保护角以上的照明器亮度对人影响较大，因此应限制大角度范围光的亮度分布。

灯罩可为灯具设置保护角,限制大角度的光亮度。

照明器保护角γ实质上反映灯具遮挡光源直射光的范围,又称为遮光角。保护角γ是光源的发光体与灯具出光口下缘的连线与水平线之间的夹角。

一般灯具的保护角越大,则配光曲线越狭小,在要求配光分布宽广且又要避免直接眩光时,应该在灯具开口处用能够透射光线的玻璃灯罩,或用各种形状的格栅罩住光源。γ一般选在15°～10°之间。

1.1.1照明器的效率

照明器输出的光通量与照明器内光源在无约束条件下点燃时输出的光通量之比称为照明器的效率。该值与灯具形状、所用材料和光源在灯具内的位置有关。

照明器的效率定义为:

ηL=ΦLΦS(1.19)

式中：ηL——照明器的效率；

ΦL——照明器向空间投射的光通量(lm)；

ΦS——光源发出的光通量(lm)。

1.1.4照明器的分类

照明器通常按照明器的光通量在上下空间的分配比例进行分类，或者按照明器的结构特点分类，或者按照明器的安装方式分类，等等。国际照明委员会(CIE)推荐以照明灯具光通量在上下空间的分配比例进行分类的方法,已为国际照明界普遍接受。

1） 按防触电保护方式分类

为了电气安全,灯具所有带电部分必须采用绝缘材料等加以隔离。灯具的这种保护人身安全的措施称为防触电保护。根据防触电保护方法,灯具可分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ共4类,每一类灯具的主要性能及其应用情况。

灯其的防触电保护分类

灯具等级灯具主要性能应用说明0保护依赖基本绝缘——在易触及的部分和外壳与带电体间绝缘适用安全程度高的场合,且灯具安装、维护方便,如空气干燥、尘埃少、木地板等条件下的吊灯和吸顶灯Ⅰ除基本绝缘外,易触及的部分及外壳有接地装置,一旦基本绝缘失效时,不致有危险用于金属外壳灯具,如投光灯、路灯、庭院灯等,提高安全程度Ⅱ除基本绝缘外,还有补充绝缘,做成双重绝缘或加强绝缘,提高安全程度绝缘性好,安全程度高,适用于环境差、人经常触摸的灯具,如台灯、手提灯等Ⅲ采用特低安全电压(交流有效值小于50V),且灯内不会产生高于此值的电压灯具安全程度最高,用于恶劣环境,如机床工作灯、儿童用灯等在照明设计时,应综合考虑使用场所的环境、操作对象、安装和使用位置等因素,选用合适类别的灯具。在使用条件或使用方法恶劣的场所应使用Ⅲ类灯具,一般情况下可采用Ⅰ类或Ⅱ类灯具。

2） 按灯具的防尘、防水等级分类

当人、工具或尘埃等固体异物触及或沉积在灯具的带电部件上时可能引起触电、短路等危险，当雨水或灯具周围其他水进人灯具内可能影响光源的正常工作甚至造成漏电、短路危险,有多种外壳防护方式起到保护电气绝缘和光源的作用。不同的方式达到不同的效果,相应于不同的防尘、防水等级。目前,采用特征字母IP后面跟2个数字来表示灯具的防尘、防水等级。第1个数字表示对人、固体异物或尘埃的防护能力；第2个数字表示对水的防护能力,详细说明。例如,防护等级为“IP64”的灯具表示能防止尘埃进入灯具内部及确保任何方向溅水都不会造成有害影响。

(1) 吸顶型

照明器吸附在顶棚上，适用于顶棚比较光洁而且房间不高的建筑内。这种安装型式常能有一个较亮的顶棚,使房间有总体的明亮感,但易产生眩光,光利用率可能不高。

吸顶型照明器应用比较广泛。吸顶式的发光带适用于计算机房、变电站等；吸顶式荧光灯适用于照度要求较高的场所;封闭式带罩吸顶灯适用于照度要求不很高的场所,它能有效地限制眩光,外形美观,但发光效率低；吸顶裸灯泡适用于普通的场所,如厕所、仓库等。

(2) 嵌入顶棚型

照明器的大部分或全部陷在顶棚内,只露出发光面，适用于有吊顶、低矮的房间。这种灯具能有效地消除眩光,与吊顶结合能形成美观的装饰艺术效果。

(1) 悬挂型

照明器吊挂在顶棚上，是应用最广泛的一种。主要是利用吊杆、吊链、吊管、吊灯线来吊装灯具,以达到不同的效果。在商场营业厅等场所,利用吊杆式荧光灯组成一定规则的图案,不但能满足照明功能的要求,而且还能形成一定的装饰艺术效果。

(4) 附墙型

照明器安装在墙壁或庭柱上,俗称壁灯，主要用于局部照明、装饰照明或不适合在顶棚安装灯具或没有顶棚的场所。

(5) 嵌墙型

照明器的大部分或全部陷在墙内,只露出发光面。这种照明器常作为地脚灯,用于室内作为夜灯用,或作为走廊和楼梯的深夜照明灯,以避免影响他人的夜间休息。地脚灯主要应用于医院病房、宾馆客房、公共走廊、卧室等场所。

4） 按灯具光通量分布分类

(1) 根据CIE的建议,室内灯具可根据光通量在上下空间的分布划分为A、B、C、D和E这五种类型。

直接型灯具的用途最广泛。灯具由反光性能良好的非透明材料制成,如搪瓷、抛光铝或铝合金板和镀银镜面。因为90％以上的光通量向下照射,所以灯具的光通量利用率最高。工作环境照明应当优先采用这种灯具。

② 半直接型

这种灯具常用半透明材料制成或采用开口的式样，它能将较多的光线直接照射到工作面上,又可使空间环境得到适当的亮度,改善房间的亮度比,具有较高的光通量利用率。如外包半透明散光罩的荧光吸顶灯和上方留有较大的通风、透光空隙的荧光灯以及玻璃菱形罩、玻璃碗形罩等灯具,都属于半直接型灯具。

③ 直接间接型

上射光通量和下射光通量基本相等的照明器即为直接间接型。照明器向四周均匀发射光通量的型式称为漫射型,它是直接间接型的一个特例,典型的是乳白玻璃球形灯,其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。均匀漫射型灯具将光线均匀地投向四面八方,对工作面而言,光通量利用率较低。这类灯具是用漫射透光材料制成封闭式的灯罩,造型美观,光线柔和均匀。

④ 半间接型

这类灯具上半部用透光材料制成,下半部用漫射透光材料制成。由于大部分光线投向顶棚和上部场面,增加了室内的间接光,光线更为柔和宜人。在使用过程中,上半部容易积灰尘,会影响灯具的效率。半间接型灯具主要用于民用建筑的装饰照明。

⑤ 间接型

这类灯具将光线全部投向顶棚,使顶棚成为二次光源。因此,室内光线扩散性极好,光线均匀柔和,几乎没有阴影和光幕反射,也不会产生直接眩光。但光通量损失较大,不经济。间接型灯具适用于剧场、美术馆和医院的一般照明,通常还与其他类型的灯具配合使用。

(2) 英国按灯具光强在下半球的分布,分为10种类型,给出了BZ的光强分布曲线,并可用公式表示轴线光强I0的关系,函数表达式如下：

BZ1:I0=I0cos4 θ；

BZ2:Iθ=I0cos1 θ；

BZ1:Iθ=I0cos2 θ；

BZ4:Iθ=I0cos1.5 θ；

BZ5:Iθ=I0cos θ；

BZ6:Iθ=I0(1+2cos θ)；

BZ7:Iθ=I0(2+cos θ)；

BZ8:Iθ=I0；

BZ9:Iθ=I0(1+sin θ)；

BZ10:Iθ=I90°sin θ。

(1) 按1／2照度角对灯具分类。

分类名称θL／h特窄照型θ<14°L／h<0.5窄照型14°≤θ<19°0.5≤L／h<0.7中照型19°≤θ<27°0.7≤L／h<1.0广照型27°≤θ<17°1.0≤L／h<1.5特广照型θ>17°1.5≤L／h1.221／2照度角及最大允许距高比的含义1／2照度角θ指灯具下方水平面上Q点照度为正下方A、B两点照度值的一半,C点与光中心的连线和照明器竖垂线之间的夹角。灯具这样布置时,被照面上即可获得均匀照度。在这种条件下的灯具安装距离L和灯具安装高度h之比(L／h)就是灯具的最大允许距高比。1／2照度角θ及最大允许距高比L/h的含义。