浅谈泛光照明的设计计算
发布时间:2006-12-20 14:47:16 来源:上海明可得照明电器有限公司/文安县可得照明电器厂 [大 中 小] 访问:3512次
近年来,城市夜间景观照明建设正在蓬勃发展,建(构)筑物外立面的泛光照明也越来越多的被应用于社会的各个方面,下面我简单介绍两种计算泛光照明的方法。
一、光通法
从照明设计原理说,照明一个立面和照明一个水平面是一样的。所以为理解和叙述方便起见,现以照明水平面为例。
照明一个正方形或长方形的区域,一般有三种方法:
1、在四个角上装灯;
2、在相互对面的两边中心装灯;
3、在一边的中间部位装灯。
这三种方法中,第一种最好; 第二种光利用率稍低一些,但灯杆减少了;第三种方法最差,不能给远处和角落以良好的照明。下面我们具体讨论一个设计例子。
要照的面为:54.9米×54.9米,要求照度为54勒克司。
1、灯杆的高度和间距
若仅从一边照明,则灯杆的高度应为要照面积的一半左右。这样,投光灯可以瞄准在对边,或者在2倍灯杆高以内。这时有较好的均匀性,而且有合理的利用率。对于大的面积,灯杆之间的间距应为4倍灯杆高,因为每一投光灯能有效地照明2倍灯杆高宽的区域。对于54.9×54.9米的面,如果从一边照明,可采用27.4米灯杆高度。若从两边照明,则取13.7米杆高更好,这时光可瞄准在2倍灯杆高,即27.4米处,正好位于被照面的中心。若投光灯装在四个角上,仍取灯杆高为13.7米,仍瞄准在27.4米处,这样面的中央部分将由四个角上的灯共同照亮。现采用两边装灯的方案,灯杆高度为13.7米,每个灯杆上装2只灯。
2、灯型和灯具的选择
在诸种光源中,高压钠灯有很高的光效,使用寿命又长,当对颜色要求不太高时,可采用之。在现今的例子中,宜采用非对称光束的灯具,因为与圆形光束灯具相比,具有较宽水平光束的灯具可以更好地覆盖被照面。
3、计算
计算公式为:N=(E×S)/(F1×CU×LLF) (1)
式中:N为所需灯的数目
E为所需维持的照度值
S为被照面积
F1为一只灯的光通量
CU为利用系数
LLF为光损失因子
具体计算步骤如下:
(1)光损失因子的估算——光损失因子是由两个因素造成,一是灯的光衰LLD,另一是灯具因积灰等原因造成的减光LDD。各种灯和灯具的LLD、LDD值,在生产厂家的产品说明书中可能会有说明,也可从有关手册中查得。
1000W高压钠灯的LLD为0.9,密封灯具的LDD为0.95,则LLF=LLD×LDD=0.9×0.95=0.855。
(2)计算被照面的面积S
S=54.9×54.9=3014m2
(3)估算灯和灯具组合后的利用系数CU
CU被定义为投射到照明面上对照度有贡献的光与灯的光通量的比值。注意,当不是与灯的光通量比,而是与光束光通量比时,则称为“光束利用系数”。在本例中,CU=0.4。
(4)计算所需投光灯数N
若采用1000W高压钠灯,每灯的光通量: F1=140000流明。将有关的数据代入(1)计算得:N=(54勒克斯×3014平方米)/(140000流明×0.4×0.855)=3.4即采用3.4只灯即可。我们现采用4只灯,当然是能达到设计要求的。
二、逐点计算法
若如图所示的投光照明的情况。图中A是矩形被照面,投光灯S的安装高度为MH(倍灯杆高)。今欲计算该灯在被照面A各点上产生的水平照度值。为简单起见,将座标系统取成如图所示。
投光灯在P(c,y)点产生的水平照度为
Ep=I (H, V)cos3g/(MH)2 (2)
式中:MH为灯具安装高度
a是灯具光轴与灯杆的夹角
V光束I(H, V)的垂直角
H是光束I(H, V)的水平角
g是光束I(H, V)与灯杆的夹角
I (H, V)是射向P点方向(即H,V方向)的光强。
由图可以看出 b=arctg(y/MH) (3)
V=b-a
当V为正时,表示上半光束;V为负时,表示下半光束。而H=arctg(ccosb/MH)
而从图中,不难看出cosg=MH/SP,cosb=MH/SN,cosH=SN/SP。故而cosg=cosb.cosH。因此,(2)也可写成:Ep=I(H,V).cos3b.cos3H/(MH)2
对于被照面上各点,可由其(c,y)值,从(3)、(4)、(5)式求出b、V、H,再从灯具的光度数据库中找到I(H, V)值,这样就可求出灯具在面A上产生的照度分布。将面上各照度相同的点连接起来,就构成等照度曲线。
三、照度的均匀性
不管怎样仔细地设计,没有一个被照面上的照度是绝对均匀的。只要最大照度与最小照度之比小于10:1,就可认为该系统是均匀的。为了更好地描写照明的均匀情况,引进一个Um,定义Um=Emin/E式中,Emin为最小照度,E为平均照度,显然Um越大,则照度越均匀。除非有特殊要求,一般来说Um≥1/3即可。而对于建筑物的立体照明来说,在大部分的情况下不需要照明均匀,有时为了艺术的效果,还故意使照明不均匀。关于泛光照明设计计算,还有其它一些方法,如作图法,等照度曲线组成法等,这儿不一一介绍。
四、结束语
对于本文介绍的两种方法,读者可视不同情况应用之。光通法可用于估算照明用灯量,或用于对被照面照度分布的情况要求不高的场合。而逐点计算法则可比较精确计算被照面上的照度分布情况,借助于计算机的辅助后,并可由此确定照明设计的最佳方案,如灯种、功率、灯具、型号、安装高度、瞄准点位置等等。
一、光通法
从照明设计原理说,照明一个立面和照明一个水平面是一样的。所以为理解和叙述方便起见,现以照明水平面为例。
照明一个正方形或长方形的区域,一般有三种方法:
1、在四个角上装灯;
2、在相互对面的两边中心装灯;
3、在一边的中间部位装灯。
这三种方法中,第一种最好; 第二种光利用率稍低一些,但灯杆减少了;第三种方法最差,不能给远处和角落以良好的照明。下面我们具体讨论一个设计例子。
要照的面为:54.9米×54.9米,要求照度为54勒克司。
1、灯杆的高度和间距
若仅从一边照明,则灯杆的高度应为要照面积的一半左右。这样,投光灯可以瞄准在对边,或者在2倍灯杆高以内。这时有较好的均匀性,而且有合理的利用率。对于大的面积,灯杆之间的间距应为4倍灯杆高,因为每一投光灯能有效地照明2倍灯杆高宽的区域。对于54.9×54.9米的面,如果从一边照明,可采用27.4米灯杆高度。若从两边照明,则取13.7米杆高更好,这时光可瞄准在2倍灯杆高,即27.4米处,正好位于被照面的中心。若投光灯装在四个角上,仍取灯杆高为13.7米,仍瞄准在27.4米处,这样面的中央部分将由四个角上的灯共同照亮。现采用两边装灯的方案,灯杆高度为13.7米,每个灯杆上装2只灯。
2、灯型和灯具的选择
在诸种光源中,高压钠灯有很高的光效,使用寿命又长,当对颜色要求不太高时,可采用之。在现今的例子中,宜采用非对称光束的灯具,因为与圆形光束灯具相比,具有较宽水平光束的灯具可以更好地覆盖被照面。
3、计算
计算公式为:N=(E×S)/(F1×CU×LLF) (1)
式中:N为所需灯的数目
E为所需维持的照度值
S为被照面积
F1为一只灯的光通量
CU为利用系数
LLF为光损失因子
具体计算步骤如下:
(1)光损失因子的估算——光损失因子是由两个因素造成,一是灯的光衰LLD,另一是灯具因积灰等原因造成的减光LDD。各种灯和灯具的LLD、LDD值,在生产厂家的产品说明书中可能会有说明,也可从有关手册中查得。
1000W高压钠灯的LLD为0.9,密封灯具的LDD为0.95,则LLF=LLD×LDD=0.9×0.95=0.855。
(2)计算被照面的面积S
S=54.9×54.9=3014m2
(3)估算灯和灯具组合后的利用系数CU
CU被定义为投射到照明面上对照度有贡献的光与灯的光通量的比值。注意,当不是与灯的光通量比,而是与光束光通量比时,则称为“光束利用系数”。在本例中,CU=0.4。
(4)计算所需投光灯数N
若采用1000W高压钠灯,每灯的光通量: F1=140000流明。将有关的数据代入(1)计算得:N=(54勒克斯×3014平方米)/(140000流明×0.4×0.855)=3.4即采用3.4只灯即可。我们现采用4只灯,当然是能达到设计要求的。
二、逐点计算法
若如图所示的投光照明的情况。图中A是矩形被照面,投光灯S的安装高度为MH(倍灯杆高)。今欲计算该灯在被照面A各点上产生的水平照度值。为简单起见,将座标系统取成如图所示。
投光灯在P(c,y)点产生的水平照度为
Ep=I (H, V)cos3g/(MH)2 (2)
式中:MH为灯具安装高度
a是灯具光轴与灯杆的夹角
V光束I(H, V)的垂直角
H是光束I(H, V)的水平角
g是光束I(H, V)与灯杆的夹角
I (H, V)是射向P点方向(即H,V方向)的光强。
由图可以看出 b=arctg(y/MH) (3)
V=b-a
当V为正时,表示上半光束;V为负时,表示下半光束。而H=arctg(ccosb/MH)
而从图中,不难看出cosg=MH/SP,cosb=MH/SN,cosH=SN/SP。故而cosg=cosb.cosH。因此,(2)也可写成:Ep=I(H,V).cos3b.cos3H/(MH)2
对于被照面上各点,可由其(c,y)值,从(3)、(4)、(5)式求出b、V、H,再从灯具的光度数据库中找到I(H, V)值,这样就可求出灯具在面A上产生的照度分布。将面上各照度相同的点连接起来,就构成等照度曲线。
三、照度的均匀性
不管怎样仔细地设计,没有一个被照面上的照度是绝对均匀的。只要最大照度与最小照度之比小于10:1,就可认为该系统是均匀的。为了更好地描写照明的均匀情况,引进一个Um,定义Um=Emin/E式中,Emin为最小照度,E为平均照度,显然Um越大,则照度越均匀。除非有特殊要求,一般来说Um≥1/3即可。而对于建筑物的立体照明来说,在大部分的情况下不需要照明均匀,有时为了艺术的效果,还故意使照明不均匀。关于泛光照明设计计算,还有其它一些方法,如作图法,等照度曲线组成法等,这儿不一一介绍。
四、结束语
对于本文介绍的两种方法,读者可视不同情况应用之。光通法可用于估算照明用灯量,或用于对被照面照度分布的情况要求不高的场合。而逐点计算法则可比较精确计算被照面上的照度分布情况,借助于计算机的辅助后,并可由此确定照明设计的最佳方案,如灯种、功率、灯具、型号、安装高度、瞄准点位置等等。
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