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从全局看应是经济的,但从局部看可能是不经济的或过分豪华的
二、照明设计程序
1.了解和收集有关资料
为使所设计的照明能最大限度地满足使用要求,在设计前必须充分了解以下情况和收集有关资料:
1)确照明设施的用途和对照明的要求。
在进行照明设计前,先要明确建筑物的功能和使用目的,了解是否有多用途要求及其他特殊要求,以便针对性地进行照明设计
2)收集建筑物平剖面布置及结构型式的资料,在充分理解这些资料的基础上,进行灯具选择、灯具布置及线路敖设等。
3)了解建筑物的环境条件,对易爆炸、易引起火灾、潮湿、有腐蚀气体等的场所,则应了角其浓度情况,确定危险等级,并按相应的规范要求进行照明设计。
4)收集供电电源的资料,确定供电电源的方向及进线位置等。
3
2.与建筑设计师及其他公用设施设计者的综合协调
照明灯具的型式及布置方案尤其是环境照明设计必须与建筑协调。
电气设计者必须与建筑设计师充分协商,才能使照明设计更合理。
同时,照明设施必须避免与其他公用设施相碰撞,只有事先进行充分协调才能防止发生矛盾。
3.照明光照的设计
1)确定照度照明设计应根据国家照明标准,达到规定的照度。
各种场所的照度标准可参考相关章节。
2)确定照明方式及照明种类根据建筑物的功能及使用要求确定合适的照明方式,配置完善的照明种类。
参考相关的章节。
3)选择光源根据使用场所对照度、光色、显色性、点灯特性的要求选取择合适的光源。
参考相关章节。
4)选择灯具按照明方式、照明种类、光源种类、灯距高度、照度要求等因素选择合适的灯具。
5)确定灯具布置方案结合建筑物平面布置及柱、梁的位置并考虑与建筑物及其他公用设施的协调,进行有规则的面灯。
6)计算照度有两种计算方法
1.根据上述5)所确定的灯具布置方案,按照相关的照度计算方式进行照度计算,确定为满足上
所确定照度的光源功率。
2.假定光源功率,按照相关的照度计算方法,算出为满足上述1)所确定照度所需的灯具数,然后进行灯具布置,确定布灯方案。
7)检验照明质量的各项指标由上述1)~6),对最后确定的灯具布置方案,需对照度水平、照度均匀
度、亮度分布、眩光、阴影、显色性等照明质量指标进行检验。
根据检验结果,如需对布灯方案进行修改时,则上述2)~6)应重新进行设计。
这往往需反复多次,才能获得最佳方案。
有关照明质量各项指标详见相关章节。
4.照明电气的设计
照明电气的设计大致包括一列内容:
1)确定照明控制方式,确定电源部开关及分配电箱的安装位置。
2)进行照明负荷计算及楞率因数补偿计算。
3)选择照明线路保护装置。
4)确定照明线路敷设方式,选择导线型号规格,并进行电压损失计算和机械强度校验。
5)照明装置的电气安全考虑。
5.照明设计施工图的绘制
将上述内所确定的内容以图样和说明的形式表达出来,以便按图进行安装。
一般包括照明配电系统
图、照明控制图、照明平面图、复杂部位的剖面图、照明装置的安装图、施工安装说明等。
6.开列设备材料清单及预算方案。
三、照明质量的评价因素
照明设计的优劣主要用照明质量来评价。
照明质量的评价因素包括照度、照度均均匀度、亮度分布、眩光限制、显色性、照度的稳定性等。
在照明设计时应全面考虑和恰当和理上述各质量因素。
1.合适的照度
照度是衡量物体明亮程度的间接指标。
照度与视力、生产率、事故率均有密切的关系。
在一定范围内增加照度可以提高视力、提高劳动生产率、减少事故的发生,但照度并不是越高越好,太高会刺眼,同时还需要考虑电能消耗和经费开支。
所以对于不同的工作场所,应按照度与视力、生产率、事故率的关系找了合适的照度值。
照度与视力的关系:
1)照度与视力和人的心理感受的关系
从上图可以看出照度低的视楞能也很低,随着照度的提高,视功能逐步提高,但当照度增加到1000lx以后随着照度的增加,视功能提高就不显著了。
不同的照度给人产生不同的感受,照度太低容易造成疲劳和精神不振,照度太高往往因刺激太强,而承受不了太过兴奋。
视觉满意度是用来描述实际可接受性的一个照明术语。
它主要由下列两方面决定:
一是在实际条件下进行工作的容易程度;
二是在集中精力工作后为了轻松一下而仰望四周时,视环境的如意或舒适愉快的程度。
影响视环境的主要因素是照度、反射系数和颜色的组合、光源的亮度等。
为了确定满意的水平照度,照明学者们经过大量试验和研究,以视觉满意度判据为基础,根据实验、研究结果确定了工作房间内满意照度的调研的结果曲线(见图)。
从图可知,从供人舒适照明的角度看,最适宜的平均照度应为2000lx。
综合以上两种结果,并考虑能耗和经费,一般有1000lx的照度基本上能够满足各种环境的照度要求,为合适的工作照度。
2)照度与工作效率和事故率的关系
合适的照度可以减少视疲劳,人而减少事故的发生,提高工作效率。
从下图2中给出了照度与生产中有关因素的关系,在照度小于500lx时,每条曲线的斜率很大,超过500lx时,曲线开始发生斩折,直到1000lx以后曲线趋向平坦,照度再增加对提高工作效率、减少事故没有大的作用。
由此结论:
500~1000lx的照度范围是大多数连续工作的室内作场所的合适照度。
3)年龄与需要照度的关系,随着年龄的增长,眼球晶状体的透明度逐渐下降,进行同样的视觉作业则需要更高的照度,下图给出了年龄与视力比和所需亮度的关系。
从图a可看出,以20岁为基准,到70岁的视力己衰退到20岁时的60%。
从图b可知对从事同一工作,要得到相同的工作效果,年老人所需要的照度成倍增加,到70岁人所需的照度为年轻人的2.6倍。
4)合适照度的确定
对于各种不同工作性制裁所需的合适照度,应以使人易于辨别所从事的工作细节,同时消除或适当地控制那些会造成视觉不舒适的因素为依据。
室内照明,以人、书籍、机器设备、加工的零件为主要视看对象,而人脸则是非常重要的仅次于书籍的视看对象,故以人的面部特征的识别作为照度评价的依据。
国际照委会〈CIE室内照明指南〉指出:
能够刚好辨认人脸的特征需大约1cd/m²
的亮度。
在水平面照度为20lx左右的普通照明条件下,可以达到这个亮度。
所以20lx被认为是所有通道及非工作房间等的最低照度。
试验表明,不需要特别费力即能辨认脸部特征约需要10~20/m²
水平面照度为200lx的普通照明环境下可以达到此亮度,故200lx可作为连续工作的普通作业场所所需要的最低照度。
国际照明委员会和各工业发达国家的照明标准,对各种业活动推荐的照度范围以及我国依目前经济水平和供电能力制订的GB50034-1992《工业企业照明设计标准》和GBJ133-1990《民用建筑照明设计标准》见相关表格(机械工业出版社《照明技术手册》第二版第六章P467~492页,其中部分包含有眩光等级)。
照明设计时的合适照度不低于表中所列的照度值。
表中的照度范围由三个连续的照度级组成,基中间值是应当采用的推荐照度值。
当符合下列条件之一及以上时,工作面上的照度标准值应采用照度范围的高值:
1)1~5等的视觉作业,当眼睛至识别对象的距离大于500mm时;
2)连续长时间紧长的视觉作业,对视觉有不良影响时;
3)识别对象在活动面上,识别时间短促而辨认困难时;
4)工作需要特别注意操作安全时;
5)识别对象反射比小时;
6)当作业精度要求较高,由于生产差错造成损失很大时;
7)当精度或提高生产率非常重要时;
8)当工作人员的视觉能力较低时。
当符合下列条件之一及以上时,工作面的照度标准值应采用照度范围的低值:
1)临时性地完成工作;
2)当精度或速度无关重要时;
3)当反射比或对比特别高时。
2.照度的均匀度
在工作环境中视看对象的分布位置千差万别,很难预测,若一个工作环境中有彼此照度极不相同的表面,将会导致工作者视觉不适,容易引起视觉疲劳,因此希望工作区内的照度均匀。
虽在一个工作环境内的照度不可能完全相等,也无必要,但希望照度变化平缓,因此需规定一个最低的照度均匀度,以保护工作者的眼睛,保证工作质理。
照度均匀度分某一工作面的局部照度均匀度和一个工作室的一般照明的照度均匀度。
照度均匀度可用给定工作面上的最低照度过与该工作面的平均照度之比来衡量。
这里的最低照度是指工作区域内某相关点上的最低照度,而平均照度是指整个工作区的平均照度,对于室内边缘无工作对象的区域可不计算在内。
1)我国照明标准规定的照度均匀度
a)工作区域的一般照度均匀度不宜于0.7;
b)采用分区一般照明时,作业空间内的非作业区域的一般的照度值不宜小于作业区域一般照明照度的确良1/5;
c)局部照明和一般照明共用时,作业面上的一般照明的照度值宜为总照度值的1/3~1/20但不能低于20lx;
d)垂直工作面的垂直照度最小值与最大值之比不小于0.4;
平均垂直照度与平均水平照之比不宜小于0.25;
水平作业面最小值与最大值之比不宜小于0.5。
2)CIE推荐照度均匀度
a)在一般情况下,作业面上最小照度与平均照度之比通常不应小于0.8;
b)工作房间非作业面的平均照度通常不应小于作业面平均照度的1/3;
c)相邻空间的平均照度彼此不应有超过5:
1的变化。
例如照度为200lx的办公区域,外面的走廊至少应有40lx的照度。
3)照度均匀度的保证措施
为了获得满意的照度均度,在照明设计的灯具布置的距高比不应大于所选用灯具的最大允许距高比。
常用灯具距高比参见有关表格。
当照明均匀度要求较高时,可采用间接型、半间接型灯具或光带等照明形式。
3.亮度分布
1)亮度与视觉的关系
人眼观察物体时的明暗取决于物体在人眼视网膜上成像的照度,即物体的亮度。
被观察物不仅需有一定的亮度,且被观察物与背景亮度需有一定的差别才能看清物体。
物体能被识虽的最小亮度对比值c是背景亮度的函数,如下图:
2)合适的亮度分布
作业环境中各一有面亮度分布是决定物体可见度的重要因素,而视野内有合适的亮度分布是舒适视觉的必要条件。
室内亮度分布变化过大,会容易引起视觉疲劳和不舒适感。
但过分均匀的亮度分布,会降低物体的清晰度,且使室内气氛过于呆板,形成阴暗感,使人不满意。
一个良好的视觉环境,要注意合理选择室内各个表面的反射系数,高反射系数能使光线充分利用,但过高的反射系数不宜与过高的照度相结合,那会使人感觉视觉不适,也容易产生不舒适眩光,而过低的反射系数使光利用率低,在低照度情况下会形成低沉和压抑的气氛。
对于以气氛照明为主的场合,有时会利用亮度变化来改变室内单调的气氛,以形成愉快的、活泼的气氛。
3)分布的推荐值
(1)照明设计标准我国《工业企业照明设计标准》和《民用建筑照明设计标准》规定:
在办公室、阅览室等长时间连续工作的房间,其表面反射比和照度比宜按下表选取
工作房间表面反射比与照度比
表面名称
反射比
照度比
顶棚
0.7~0.8
0.25~0.9
墙面、隔断
0.5~0.7
0.4~0.8
地面
0.2~0.4
0.7~1.0
家具、设备
0.25~0.45
(2)《CIE室内照明指南》的推荐值
a)工作区的亮度分布与作业相邻环境亮度低于作业表面的亮度的比值不低于1/3,即作业环境与其相邻环境的反射比最好为0.3~0.5。
b)顶棚、墙面和地面的亮度外围视野的平均亮度应尽量不低于作业亮度的1/10。
最好统筹考虑照度和反射比两因素。
在工作房间,为了减弱灯具同其周围攻顶棚间的对比,特别当采用嵌入式暗装灯具时,顶棚的反射比要尽量亮(至少为0.6)。
为避免顶棚显得太暗,顶棚照度不应低于作业照度的1/10。
工作房间内墙面的反射比为0.3~0.7。
地面的反射应为0.1~0.3。
c)英国照明工程学会(IES)推荐的室内各表面的反射比下
d)美国照明工程学会(IES)推荐的室内各部分的亮度比
亮度比
地域
办公室
车间
工作对象与其相邻的周围之间
3:
1
工作对象与其离开较远的表面之间
5:
10:
照明器或窗与其附近之间
20:
在视野中的任何位置
40:
反射比推荐值%
80(80~90)
墙面
50(40~60)
工作面
35(25~35)
30(20~40)
4.眩光限制
在视野内因看见亮度过高的发光体或视野中的光泽表面反射高亮度物体的光线所引起的视觉障碍称为眩光。
眩光对视力危害很大,会引起不舒适感、视觉疲劳或降低可见度,严重时甚至失去部分视功能或短暂致盲,影响工作,还会造成事故。
长时间的轻微眩光也会使视功能下降,所以在照明设计和灯具布置时,要注意尽量避免产生眩光。
一)眩光的种类及形成原因
根据眩光的形成原因不同可分为直接眩光和间接眩光两类。
而根据眩光所造成的视觉障碍程度不同可分为失能眩光、不舒适眩光、反射眩光和光幕眩光四种。
1)直接眩光由观察者视野内出现的高亮度发光体而引起的眩光称为直接眩光。
直接眩大多来自怀发光体垂直线夹角成45º
~90º
,尤以70º
最为严重,如下图
a)不舒适眩光当视野内存在的过亮发光体并不影响观察者的视功能,只是使人产生不舒适感或烦恼等心理感觉时,则称为不舒适眩光。
不舒适眩光的程度只能通过主观评价来估计。
b)失能眩光当视野地内存在的过亮发光体引起识别物与背景的亮度对比减小,并损害观察者的视觉功能时,则称为失能眩光,并损害观察者视觉功能时,则称为失能眩光。
眩光严重会造成观察者短暂致盲,此时称为失明眩光。
失能眩光可根据视觉灵敏度的降低来测量。
2)间接眩光由观察者视野中的光泽表面反射高亮发光体的光线所引的眩光称为间接眩光。
间接眩光的出现不仅与发光体的亮度有关,而且与发光体的光分布及其布置有关。
间接眩光通常来自与发光体垂直成0º
~45º
的光线,根据该反射面的不同也可分为两种:
a)反射眩光由视看对象周围的光泽表面反射的光线所引起的眩光称为反射眩光。
这可能产生轻度的精神分散,也可能产生严重的不舒适感觉。
b)光幕反射由视看对象本射的光泽表面反射的光线所形成的眩光,引起视看对象对比降低时称为光幕反射。
光幕反射除产生干扰外,还降低了作业对比,使人看不清对象的细节。
二)眩光的评价方法
由止述可知,形成眩光的主要因素是发光体的亮度、大小和数量、位置及周围环境亮度等。
对于室内照明的眩光评价和计算方法,目前尚无一个为国际公认的统一方法。
下面有几种方式:
1)眩光指数法本法以眩指数GI表示不舒适眩光。
对于各种作业和活动场所,它提供了许多组数据表格,用以推导灯具布置很有规律时照明装置的眩光指数。
在通常的室内照明中,眩光指数最好在19以下。
2)视觉舒适概率法-VCP法本法根据对某一给定的照明装置以舒适的人数的百分比作为视觉舒适度的评价依据。
它考虑了影响视觉的关键因素,适用于室内照明。
在室内照明中,视觉舒适概率VCP值一般在70以上。
3)亮度曲线法有时也叫欧洲眩光限制法。
该法以模型试验和实际房间内照明设施的主观评价为依据,以质量等级表示不舒适眩光,并对各种作业和活动给出不同的质量等级,具体规定极限亮度分布的方法。
根据工作面上水平照度和照明器所在位置等条件,定出两组极限亮度分布曲线。
这是一种防护法
4)亮度限制----遮光角法该方法对半透明漫射罩灯具或裸露的荧光灯应用一套分段可调的亮限制,同时对截光型灯具采用另一种分级的遮光角方法。
它是一种防护法。
5)CIE眩光评价法国际照明委员会(CIE)1986年《CIE室内照明指南》中推荐了下两种方法:
a)CIE眩光指数法该法属综合法,它采用计算方式来定出眩光指数CGI
CGI=8log(2.(1+Ed/500)/(Ei+Ed)∑(L²
W/P²
))
CGI-CIE眩光指数;
Ed-眼睛处直接来自眩光光源的垂直照度(lx);
Ei-眼睛区间接来自背景的垂直照度(lx);
L-眩光光源的亮度(cd/m方);
W-眩光光源的大小(sr);
P-Guth位置指数。
b)CIE眩光防护法这是亮度曲线和遮光角法的结合。
它给出两组限制灯具亮度分布
的亮度限制曲线及其计算公式,并将灯具最小遮光角作为补充要求。
6)发光顶棚的亮度限制上述评价方法,只能用于分散布置在顶棚上的灯具所引起的眩光。
由发光顶棚产生的眩光是难以评价的,目前尚无一个简单而又公认的方法,只有建立在经验基础上的大概原则:
即当确定一般的室内反射比和照度的情况下,对于发光顶棚和均匀间接照明,只要从下垂线计算大于45º
的角度上顶棚的亮度不超过500cd/m2,则眩光的限制是恰当的。
7)几中眩光评价方法的比较
眩光指数法
亮度曲线法
VCP法
遮光角法
45º
t和90º
间灯具亮度分布
-
+
照度水平
(+)
顶棚、墙面和地面的反射率
房间尺寸或室形指数
—+
质量等级的选择
是
非
采用方法的难易
复杂
简单
注:
+表示考虑;
-表示不考虑;
(+)表示只适用于固定参数值的情况。
国际照明委员会1996年《CIE室内照明指南》中,对三种眩光评价方法概括地进行比较,各方法所用量值之间的关系见下表。
该表得出的条件为:
在符合通用法给定条件的前提下,采用仅有水平发光面和相当漫射的亮度分布的灯具组成的照度为500-1000lx的照明装置。
三种眩光评价方法所用量值之间的关系
眩光评价方法
各量值之间对应关系
曲线字符
a
b
c
d
e
f
r
h
GI
15.5
17.0
18.5
20.0
21.5
23.0
24.5
26
视觉适概率法
VCP
75%
65%
55%
45%
三)眩光的限制措施
1)直接眩光的限制我国《民用建筑照明高计标准》对民用建筑室内照明直接眩光的限制等
级,按眩光程度分为三级(见下表)
质量等级
眩光程度
适用场所举例
Ⅰ
无眩光感
有特殊要求的高质量照明房间
Ⅱ
有轻微眩光
照明质量要求一般的房间
Ⅲ
有眩光感
照明质量要求不高的房间
CIE和我国《工业企业照明设计标准》对室内照明直接眩光限制等级分为五级(见下表)
限制等级
作业或活动的类型
A级(很高质量)
很严格的视觉作业
B级(高质量)
视觉要求高的作业
C级(中等质量)
视觉要求和集中注力要求中等的作业
D级(低质量)
视觉要求和集中注意力要求低的作业
E级(很低质量)
工作人员不限于一个岗位,视觉要求低的房间
室内一般照明直接眩光的限制宜采用亮度曲线进行计算和评价,并限制灯具在眩光区的亮度值,眩光区如下图:
灯具的亮度限制曲线如下图
a)无发光侧边灯具的亮度曲线
眩光级
1.15
1.5
1.85
2.2
2.55
g
质量级
A
B
C
D
E
使
用
照
度
/lx
2000
1000
500
≤300
b)有发光侧边灯具的亮度曲线
a)根据设计场所的照明质量等级和照度标准值,选择相应的限制曲线。
b)计算灯具的亮度值。
灯具在γ角方向的平均亮度值值可由γ角方向的光强值除以发光面在与该方向垂直面上的投影面积求即:
L=IF/1000S,式中L:
γ方向上的亮度值(cd/m²
);
I:
γ方向上光通量为1000lm时的光强值(cd);
F:
光源初始光通量(lm);
S:
灯具出光口在γ角方向的垂直面上的投影面积(m²
)
c)将计算的灯具亮度值画在选择好的图中,并与相应的亮度比较。
若灯具亮度低于限曲线亮度,即亮度曲线在限制曲线左边,则眩光的限制满足要求。
若亮度曲线高于限制曲线,即亮度曲线在限制曲线右边,则此灯具不能满足眩光限制的要求。
若亮度曲线与限制曲线相交,则必须保证定内主要观察方向上的灯具亮度低于限制亮度。
一般只要控制γ在45º
~85º
之间,灯具的亮度不超过限制亮度,就不会有显著的直接眩光。
使用上述亮度曲线法时,必须分别考虑两个主方位上的亮度分布。
亮度曲线法适用于灯具有规则排列的一般照明,其视线主要是水平的和向下的,且顶棚的反射比到少为0.5,墙和家具的反射比至少为0.25。
从45º
垂直角及以上所观察到的光源或某个部分灯具,不但要按亮
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