注册建筑师考试之人工照明对光和色控制.docx

人工照明对光和色控制
建筑室内外环境不仅夜间需要人工照明，而且某些场合（如无窗室内及地下空间），白天也需依靠人工照明。另外，在室内某些采光不足的区域，也需要辅助以人工照明来获得合理的照度，改善照度均匀度。照明设计不仅要满足生活、工作等视觉功能的要求，而且应充分发挥照明设施的装饰作用和光的艺术表现力。这种装饰作用不仅表现在灯具本身的点缀和美化作用上，而且通过照明器与室内外装修构造与色彩的有机结合，通过不同的照明构图和光的空间分布，可形成不同的光环境艺术效果。
　　一、常用照明光源的种类、特性与使用场所
　　（一）人工光源的种类
　　（二）人工光源主要技术性能指标和使用场所
　　（1）光通量：表示光源的发光能力，单位是流明（1m）。据光通量大小可以将光源分为高、中、低三类。高的大于100001m，中等的为3000—100001m，低的小于30001m.
　　（2）发光效率：简称光效，指光源的光通量与其所消耗的电功率之比，单位是流明/瓦（1m/W）。
　　（3）寿命：电光源的使用时间，单位为小时（h）。
　　（4）平均亮度：光源亮度的平均值，单位为亮度单位坎德拉（cd）。
　　（5）光源色：人们感觉到的光源的颜色，以色温或相关色温表示，单位是开尔文（K）。光源色分类及适用场所见表2—7。
　　（6）显色指数：长期工作或停留的房间或场所，照明光源的显色指数不宜小于80，在灯具安装高度大于6m的工业建筑场所，Ra可低于80，但必须能够辨别安全色。
二、灯具的光特性与分类
　　灯具是光源、灯罩及其附件的总称，又称照明器。
　　灯具能改变光源光通量的空间分布或光谱分布。灯具可以以其美观的造型成为装饰物。它还可起到避免眩光、保护视觉的作用。灯具还有防尘、防潮、隔离保护的作用。
　　（一）灯具的光特性
　　1.灯具效率
　　灯具效率指灯具发出的光通量与光源发出的总光通量之比。
　　灯具效率与灯具的材料、形状及清洁程度等有关。灯具的效率越高，节能效果越好，通常灯具效率不应低于55%。
　　2.配光曲线与空间等照度曲线
　　若把灯具各方向的发光强度以极坐标形式绘制在平面上，既是灯具的配光曲线。它表示灯具发光强度的空间分布状态。通常配光曲线均按照光源发出1000lm光通量来绘制。当实际的光通量φ不是10001m时，应乘以—修正系数φ/1000。
　　灯具的空间等照度曲线也是按灯具发出的光通量为10001m绘制的，按照灯到计算点的悬挂高度和灯到计算点的水平距离从图上查出相应的照度值，再乘以声φ/1000就得出计算点的照度值。
　　3.遮光角（保护角）
　　光源下端和灯具下端的连线与水平线的夹角，称为遮光角，如图2—17所示。具有一定遮光角的灯具可以有效地控制眩光。若灯具与眼睛的连线与水平面的夹角小于遮光角时，则眼睛看不到光源。一般灯具的遮光角要求在15o～30o之间。
（二）灯具的分类
　　灯具可以分为装饰性灯具和功能性灯具两大类。
　　国际照明学会按光通量在空间上、下半球的分布将灯具分为以下几类：
　　1.直接型灯具
　　其上半球的光通量占0%一10%，下半球占90%一 100%。这种灯具效率很高，一般可达80%以上，且室内表面的反射比对照度的影响较小，设备投资与维护使用费也小。缺点是顶棚暗，易形成眩光，阴影浓重。当工作面受几个光源同时照射时，易造成重叠阴影。
　　2.半直接型
　　这类灯具具有60%～90%的光通量向下方射出，灯具效率较高。由于有10%～40%的光通量向上方射出，因此顶棚较亮，改善了室内亮度分布，所造成的阴影也稍淡。
　　3.扩散型
　　这类灯具向上下空间射出的光通量大致相等，各占总光通量的40%一60%，使室内具有良好的亮度分布，并避免眩光的产生。
　　4.半间接型
　　这类灯具在上半部分辐射的光通量约占60%～90%，将顶棚作为主要照射面，增加了室内反射光的比例，使房间光线柔和、均匀，不易形成眩光。
　　5.间接型灯具
　　这类灯具有90%～100%的光通量射向上方，向下方辐射的只有不到10%，光线扩散性很好，柔和而均匀，室内基本无阴影，完全避免了眩光的影响。但光通量利用率很低，室内表面光反射比对照度影响较大，设备投资及维护费用较高。
三、照明方式
　　灯具在空间的分布依据照明方式可分为以下几大类：
　　1.一般照明
　　这是一种不考虑局部的特殊要求而使室内具有均匀照度的照明方式。灯具是均匀地分布在被照场所的上空。这种照明方式适合于对光的投射方向无特殊要求（如候车室），工作面上不存在需要特别提高视度的工作点（如教室）以及工作点很密或不固定的场所（如超级市场营业厅，仓库等）。
　　2.分区一般照明
　　当室内某些区域要求高于一般照明的照度时，可将灯具相对集中布置在这些区域，在不同的分区内仍有各自均匀的一般照明。此种照明方式称为分区一般照明。例如，开敞式办公室的办公区与休息区；车间的工作区、过道、半成品区等，各自要求不同的照度，就可采用此种照明方式。
　　3.局部照明
　　在工作点附近，专为照亮工作面而设置灯具的照明方式，称为局部照明。它常设置在要求高照度以满足精细的视觉工作之场所，或对光线的方向性有特殊要求的部位。但通常不允许单独使用局部照明，以免造成工作点与周围环境亮度差别过大。
　　4.混合照明
　　在同一室内既有一般照明，又有满足某一局部特殊要求的重点照明。这种将一般照明与局部照明相结合的照明方式，称为混合照明。在要求高照度时，这种照明方式比较经济，是目前工业建筑与照度要求较高的民用建筑（如图书馆）中大量采用的照明方式。
　　四、照明设计
　　注册建筑师考试大纲要求考生了解建筑内部视觉对光和色的控制，就是要求根据设计标准合理选用光源、灯具和照明方式，创造出照度与亮度分布合理，具有满意的色彩的室内光环境以满足视觉、功能及室内装饰的要求。
　　（一）照明设计标准
　　1.照度标准
　　（1）照度标准值是指工作或生活场所参考平面（又称工作面，当无其他规定时，通常指离地面0.75m高的水平面）上的平均照度值；
　　（2）照明照度标准值应按以下系列分级：0.5，1，3，5，10，15，20，30，50，75，100，150，200，300，500，750，1000，1500，2000，3000和50001x；
2.照明质量
　　照明质量包括一切有利于视功能及舒适感，易于观看和安全美观的亮度分布。眩光、颜色、均匀度、方向性、扩散、亮度和亮度对比都影响视度和观看的能力，因此是与照明质量有关的因素，都应在照明设计时予以考虑。
　　（1）照度均匀度：照度均匀度指室内最低照度与平均照度之比
　　1）公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域的一般照明照度均匀度，不应小于0.7，而作业面邻近周围的照度均匀度不应小于0.5；
　　2）房间或场所内的通道和其他非作业区域的一般照明的照度值不宜低于作业区域一般照明照度值的1/3；
　　3）有彩电转播要求的体育场馆，其主摄像方向上的照明应符合下列要求：
　　（a）场地垂直照度最小值与最大值之比不宜小于0.4；
　　（b）场地平均垂直照度与平均水平照度之比不宜小于0.25；
　　（c）场地水平照度最小值与最大值之比不宜小于0.5；
　　（d）观众席前排的垂直照度不宜小于场地垂直照度的0.25.
　　（2）眩光限制
眩光是在视野内形成干扰视觉或使视觉不舒适或产生疲劳的高亮度。按照它形成的原因可分为直接眩光、反射眩光及光幕反射三类，在照明设计时应加以限制。
　　1）直接眩光限制
　　在《建筑照明设计标准》附录A中，对公共建筑和工业建筑常用房间或场所的不舒适眩光彩用统一眩光值（UGR）来评价。UGR与背景亮度、观察者方向的每个灯具的亮度，每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角以及每个单独灯具的位置指数有关。
　　室内一般照明控制直接眩光的方法是限制灯具的亮度。
　　对于直接型灯具，为了限制直接眩光，照明设计标准对其最大遮光角提出要求。
　　增大眩光源的仰角，即提高灯具的悬挂高度，也是限制直接眩光的方法之一。
　　2）反射眩光的限制
　　可用下列方法减少人工照明产生的反射眩光：
　　（a）降低光源亮度，选用低亮度光源或在灯具内使用适当的遮光或扩散材料；
　　（b）改变灯具或工作面的相对位置，使镜面反射光不射人眼睛；
　　（c）提高环境照度，使引起反射的光源在识别物上形成的照度在总照度中所占的比例减少；
　　（d）改变工作表面的反光特性，减弱镜面反射引起的反射眩光。
3）光幕反射控制
　　光幕反射是在视觉作业中由于镜面反射与漫反射重叠出现的现象，将引起视度下降。减弱光幕反射的措施有：
　　（a）使视觉作业与工作场所的表面为无光泽表面；
　　（b）减少来自干扰区的光，通过增加干扰区外的光来增加有效照度；
　　（c）尽量使光线从侧面来，以减少光带反射。采用具有合理配光的灯具，可减少光幕反射。例如，具有蝙蝠翼配光曲线的灯具引起的光幕反射最小，具有余弦配光曲线的灯具次之，而直接型灯具最易引起光幕反射。
　　（3）光源颜色
　　室内照明设计可从光源色和物体色两方面来考虑颜色问题，不同光源的相关色温不同，将给人们以不同的冷暖感觉。
　　1）色温
　　照明光源的色表分组可按表2—14（详见《建筑照明设计标准》的表4.4.1）选取。
　　2）显色性
　　照明光源的一般显色指标Ra可按《建筑照明设计标准》的第五章的规定选取。
　　表中的GR指眩光值。它是度量室外体育场和其他室外场地照明装置对人眼所引起的不舒适感主观反应的心理参量。其计算参看《建筑照明设计标准》附录B.
　　设计时选用光源的颜色应与室内表面的配色相协调，不应违背色彩调和的原则（可参考建筑设计资料集工中的第六部分）。
（4）反射比
　　为了使室内获得良好的亮度分布，改善照明均匀度，室内各界面材料的光反射比，可按表2—16选取。
　　（二）照明设计标准中其他应注意的事项
　　1.应急照明
　　我国《住宅建筑规范》（GB 50368-2005）规定，10层及10层以上住宅建筑的楼梯间、电梯间及其前室应设置应急照明。
　　《建筑照明设计标准》中对于设置应急照明的照度作出了相应的规定：
　　（1）疏散通道的疏散照明的照度值不低于0.51x；
　　（2）安全照明的照度值不低于该场所一般照明照度值的5%；
　　（3）备用照明的照度值除另有规定外，不低于该场所一般照明照度值的10%.
　　2.光源与灯具的选择
　　（1）高度较低的房间，宜采用细管径直管形荧光灯；
　　（2）商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光盯或小功率的金属卤化物灯；
　　（3）高度较高的工业厂房，可采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径灯；
（4）一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯；
　　（5）一般情况下，室内外照明不应采用普通照明白炽灯；
　　（6）下列场所可采用白炽灯：
　　1）要求瞬时启动和连续调光的场所，使用其他光源技术经济不合理时；
　　2）对防止电磁辐射干扰要求严格的场所；
　　3）开关灯频繁的场所；
　　4）照度要求不高，且照明时间较短的场所；
　　5）对装饰有特殊要求的场所。
　　3.其他特殊场合的照明注意事项
　　（1）图书馆书库的照明，尤其是存放珍贵资料处，应选用含紫外线少或无紫外线辐射的光源；
　　（2）餐厅及卧室的照明宜选用低色温光源；
　　（3）设计教室照明时，应将荧光灯管的长轴垂直于黑板布置，以减少直接眩光的干扰。
五、照明计算
　　当明确了照明设计的要求，选择了合适的照明方式，确定了所需的照度和各种照明质量要求，选择了相应的光源和灯具类型之后，就要通过照明计算来确定所需的光源功率，或按照已预定的功率来核算室内平均照度及某些特殊工作面的照度是否符合标准。
　　（一）利用系数
　　照度计算中常用利用系数法来计算。
　　式中U——利用系数，无量纲；
　　φn——投射到工作面上的有效光通量，1m，φn=φd+φρ，此处，φd为由灯具直接射到工作面的直射光通量；φρ为灯具发出的光经过室内其他表面的反射而到达工作面的反射光通量。
　　N——灯具的数量；
　　φ—一个灯具内光源发出的光通量，lm。
　　灯具的利用系数表示有效光通量φn与照明设施总光通量Nφ之比值。
　　（二）照明计算（利用系数法）
　　知道了灯具的利用系数及光源的光通量，就可以依照式（2—34）来计算出工作面上的平均照度Eav，以核算是否满足标准的要求。
　　式中A——工作面面积，㎡。
K——维护系数，可查表2—17（《建筑照明设计标准》中的表4.1.6）。如，白炽灯，荧光灯用于卧室、办公室、餐厅、阅览室、绘图室时K=0.75。
　　常用灯具的利用系数，可在各种设计手册中查找。
　　（三）影响利用系数的因素
　　1.灯具的类型
　　直接型灯具由于辐射出的直接到达工作面的光通量φd较大，因此直接型灯具的利用系数比其他类型的要高
　　2.灯具效率
　　灯具效率越高，灯具利用系数也越大。
　　3.房间尺寸
　　工作面与房间其他表面相比的相对尺寸越大，则其接受光通的机会就越多，利用系数也就越大。层高小，宽度大的房间与层高大，宽度小的房间相比，前者工作面上接受到的直射光通较大，利用系数也较高。
　　4.室内表面的光反射比
　　室内各表面，如顶棚、墙、地板等，它们的光反射比越高，经由这些表面反射至工作面上的光通量就越大，因此，利用系数也越大。
　六、人工照明节能的一般原则和方法
　　据统计，我国照明用电占总发电量大约13%，因此，照明节电意义重大。照明节能的前提是不能降低照明质量和标准。为了落实照明节能，《建筑照明设计标准》对居住建筑、办公建筑、商业建筑、旅馆建筑、医院建筑、学校建筑以及工业建筑规定了照明功率密度值，分为现行值和目标值。所谓照明功率密度值（LPD）指的是单位面积上照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为W/㎡，详见《建筑照明设计标准》第六章。
　　其他照明节能的方法和措施包括：
　　（1）选用发光效率高的光源和灯具及附件。例如，金属卤化物灯的发光效率比普通白炽灯高6倍，高压钠灯（标准型）的光效比白炽灯高10倍以上。应当在可能的条件下，选用这些光源。
　　（2）选用节能的照明方式，分区的一般照明方式与混合照明方式都能取得节能的效果。
　　（3）室内各表面尽量采用反射比高的材料装修，减少光能的吸收损失。
　　（4）空调房间可采用照明空调一体化的空调式灯具，可使光源有良好的光输出，同时降低空调能耗，实现能量的综合利用。
　　（5）采用气体放电灯照明时，通过装设补偿电容，可提高灯的功率因数。
　　（6）合理设计照明控制系统，如进行分区控制，可在某些区域不需要照明时，及时关灯以节能。
　　（7）采用计算机智能照明自动控制系统，以便根据所需要的照度自动调节照明。
　　（8）合理选用照度标准和照明计算参数。
　　（9）充分利用天然采光，节约照明用电。
　　（l0）加强照明设施的维护管理，避免照明器因为受到污染而减光。