今天为大家带来的主题是——配光曲线名词解释及应用场景。我会花20分钟左右时间,与大家分别从“绿色照明的定义” “灯具的照明用途分类” “常用配光曲线名词解释及应用” 三个方面帮助大家更好理解难懂的专业名词以及配光在照明设计中的用途。
1 绿色照明
这节主要讲解绿色照明的定义和围绕绿色照明在灯具设计的时候应该需要注意的地方。
定义
提到绿色照明,我想大家头脑中马上会浮现这样一幅图:
大家能想到的绿色照明大脑是不是会马上浮现这些词,“节能” “高效” “环保”
毫无疑问它是绿色照明必要点之一,那么我想由此带出三个问题:
绿色照明还包括哪些要点?
采用高效的光源就是绿色照明吗?
什么是绿色照明真正内涵?
俗话说,好的问题是答案的一半,从这三个问题中我们或许能得到更好的答案。绿色照明最先是美国国家环保局在1991年提出的概念,主要包括高效节能、环保、安全、舒适四项指标,它是一种安全、可持续性的照明方式。因此除了节能环保之外还需要安全、舒适。使用节能高效的光源并不一定就是绿色照明的主要定义,我们还需要考虑到,视觉健康、照明安全、照明效率、控制光污染几个面,使用合适的光在合适的地方才是绿色照明的真正内涵。
视觉健康:蓝光、眩光、闪烁
照明安全:安规、环境可靠性
照明效率:使用高效的LED、高压钠灯,淘汰低效的汞灯、白炽灯,适宜的光、减少后期维护
控制光污染:控制光线溢出,射到周边住宅和影响天空,造成浪费和干扰
配光中的应用
下面我们来看看这张图,这是《城市道路照明设计标准》CJJ45-2015文件中对道路照明的照度要求,我们来看看快速路,它的路面平均照度维持值要求是20-30lx,这时我们在设计产品时就要考虑到这个灯的实际应用场景。在这个范围内就可以达到正常道路照明需求了,如果这时一味的追求高亮度那么实际上就造成了不必要的浪费。
再看看下面这张《建筑照明设计标准-GB50034-2014》相关平均照度维持值的要求,需要注意的是一般民用建筑标准的平均照度维持值是以距地面0.75m为参考水平工作面的要求,也就是说这个值有效距离是天花板到参考水平为0.75米桌面的高度。
控制光污染
保护环境,防止光污染亦是绿色照明里重要的一点。主要是控制光线溢出,射到周边住宅和影响天空,造成浪费和干扰。去年刚编写的GB/T 35626-2017《室外照明干扰光限制规范》 里有谈到道路、景观、体育场所、商业空间、的照明设计,需要考虑和保护周边住宅,以及对行人视线和驾驶员的保护。我们来看看下图中的实际案例,两张图都是户外灯具,它们的不同点在于有无光线溢出,在有周边有住宅小区的情况下图二光线四散型的灯具就很容易影响周边居民,造成夜间干扰、眩光以及很多光射向天空造成浪费。
所以在灯具设计中除了考虑符合适宜的人眼照明需求外,还要考虑是否对周边环境干扰和能源的浪费。
2 照明灯具用途的分类
在这一节中,我会分享一下各种灯具根据实际应用场景的分类,以便于大家对各类灯具更加了解其实际应用场景和特点。
一般照明:也称环境照明,是一个照明规划的基础,因此不考虑特殊部位的需求,为空间中所有活动创造一个普遍充足的照明。(家居、教室、办公等空间)
局部照明:为满足某些部位的特殊要求而设置的照明方式。通常在局部范围内以较小的光源功率获得较高的照度,同时也易于调整和改变光的方向。(工作面、商场)
但长时间工作在环境光很弱的局部照明中容易引起视力疲劳。
混合照明:由一般照明与局部照明组成,用于营造更加灵活多变的灯光效果(商场、展厅、家居)
重点照明:也称“装饰照明”,为提高指定区域的照度,使其比周围区域突出的照明。(通常被用于强调空间的特定部件或陈设,例如收藏品、博物馆文物等。)
在图二中我们仅从不同发光角度看看灯光射在石膏像上面的不同视觉效果。10°可以明显感觉到极强的明暗对比,给人很强的冲击力,能立马抓住人们的目光,但是我们也可以发现:在I强烈的明暗对比之下,我们很难欣赏到它的细部,而且由于光束太小,导致雕像并没有完全的展现在我们眼前。24°的光束角就比10°的光束角好很多了,对石膏的质感和人物雕像的神态都能很好的展现,而且在3者间也有较好的视觉冲击力。38°的光束角让雕像变的更加的柔和、细腻,而且你会更容易地观察到雕像的细节,但是由于光束角过大,把背景墙和雕像混在一起了,这样在10°和24°光束角照射的雕像放在一起时就很难引起人们的注意。
高杆照明:一组灯具安装在≥20m的灯杆上进行大面积照明的一种方式。(路灯)
应急照明:因正常照明的电源发生故障而启用的照明。(应急指示灯)
出了以上的5个常用场景分类外,还有其他应用场景的分类,这里也简单介绍一下:
分区一般照明:一般照明的进化版,对某一特定区域,如进行工作的地点,设计成不同的照度来照亮该区域的一般照明。
正常照明:在正常情况下使用的照明。
安全照明:用于确保处于潜在危险之中的人员安全的应急照明。
备用照明:用于确保正常活动继续或暂时继续进行的应急照明。
3 常用配光曲线名词解释及应用
这节主要配光曲线测试报告中的常见名词定义和应用场景。
绝对发光强度分布测量方法
各个国家和地区都有相关的光强分布测试标准:
○IESNALM-79《固态照明产品电气和光度测量》
○ CIE 70-1987 《绝对发光强度分布的测量》
○ CIE 121-1996《灯具的光度测试和分布光度学 》
○ GB/T 22907-2008《灯具的光度测试和分布光度学》
GPM-3000运动反光镜分布光度计
GPM-3000分布光度计是一套高度智能化灯具配光性能测试系统,测试结果可以直接作为国际通用照明设计软件的输入数据,符合CIE、IESNA等国际和国内标准要求。主要用于各类LED户外灯具、道路灯具、室内灯具、投光灯具等各类灯具的光度性能测试。
测量灯具的空间光强分布曲线、光强数据、区域光通量、灯具效率、亮度分布、利用系数、亮度限制曲线、眩光等级、概算曲线、最大允许距离比、有效发光角、上射光通量、下射光通量、等照度曲线、等光强曲线等光度参数,配专用光谱分析仪可实现空间颜色特性测量。
完全满足IESNA LM-79对Type-C型分布光度计要求
CIE 70-1987 绝对发光强度分布的测量 推荐使用
光强分布
它是指光源(或灯具)在空间各个方向的发光强度值,也称“配光”。
光强分布有三种表示方式:极坐标法、直角坐标法、等光强曲线,通过它们我们可以了解灯的光度性能、发光角度等信息。
国际通用标准文件格式
通过把测试数据导出到通用标准文件格式,我们可以将它们再导入到照明设计软件,进行灯光模拟,IES标准格式作为最为常用的文件格式 ,它是由IES LM-63-1991/2002 标准文件规定的数据格式,IES代表照明工程协会。
● *.CIE CIE文件格式(国际照明委员会)
● *.IES IESNA北美标准格式(北美照明协会)
● *.TM14 文件格式(英国标准)
● *.EUT、ldt EULUMDAT文件格式 (德国标准)
下面我们来看看,把IES导入到照明设计软件Dialux软件后添加实际灯具使用场景后的的模拟色位图,通过色位图,可以看到不同位置的等照度区域的模拟照明效果。
发光强度
发光强度简称光强,国际单位是candela(坎德拉)简写cd,其他单位有烛光。
从光的本性来讲,把光看成电磁波场,光场中某点的光强指的是通过该点的平均能流密度。这个密度是表明发光体在空间发射的汇聚能力的。所以可以说,发光强度就是描述了光源到底有多亮。
1cd是指单色光源(频率540X10^12HZ)的光,向给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)瓦特/球面度))的单位立体角发出的光通量。可以用基尔霍夫积分定理计算。
照度
光照强度是一种物理术语,指单位面积上所接受可见光的光通量。简称照度 ,单位勒克斯(Lux或Lx)。用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。1Lx指lm/㎡
平均照度:平均照度很简单,就是光源照射规定表面上各点的照度平均值。
▪维持平均照度:规定表面上的平均照度不得低于此数值。它是在照明装置必须进行维护的时刻,在规定表面上的平均照度。
▪照度均匀度:规定表面上的最小照度与平均照度之比,符号为U0。一般来说室内照明均匀度会比较高,道路照明均匀度比较低。
亮度
亮度是指发光体(反光体)表面发光(反光)强弱的物理量。是人对光的强度的感受。
亮度的单位是坎德拉/平方米(cd/m2)
有些朋友看到这,可能还是有些搞不清楚照度与亮度的区别,我们再看看下图更方便理解
光通量是灯具/光源发出的光数量
照度是落在被照物体表面上的光的数量(工作台)
亮度是被照物体反射进人眼的光的明亮程度,它与被照物的反射率有关。所以在同样的照度上,黑色物体看起来比白色物体“暗”。
也因此,我们在做照明设计时也要考虑到实际应用场景中物体的反射率,看看实例:
黑色基础色调的教室对照度的要求比白色基调的教室照度需求高200lx。
发光角度
指灯光投射出的光斑的角度,这里需要注意的是不同的标准,对发光角度的要求是不一样的,所以这也是设计者不能忽略的。发光角度越小,照度越大。
CIE- 国际照明委员会(欧洲)1/2最大光强(Imax)
IES- 北美照明学会 (美国)1/10最大光强(Imax)
眩光
是指视野中由于不适宜亮度分布,或在空间或时间上存在极端的亮度对比,导致引起视觉不舒适和降低物体可见度的视觉条件。视野内产生人眼无法适应之光亮感觉,可能引起厌恶、不舒服甚或丧失明视度。眩光是引起视觉疲劳的重要原因之一
统一眩光值(UGR):国际照明委员会(CIE)用于度量处于视觉环境中的照明灯具(装置)发出的光对人眼引起不舒适感主观反应的心理参量。
眩光一般产生在人眼平行视轴0-45°,因此我们可以从这个角度入手看看哪些因素可以减少眩光干扰。
我这里跟大家分享两个筒灯改善方案:
从灯具发光角入手,考虑灯具遮光角的夹角产生的眩光
从光源和反射器入手,多使用带反射器的COB筒灯
灯具遮光角
这是一些常见的灯具,相对而言图6的灯具的防眩效果会最好,而图2与图5防眩效果就差很多,LED室内照明封装技术有COB和SMD两种。图3和6中的COB如果需要加大亮度,可以将内部的芯片面积增多,而我们看到图2和5用的SMD灯珠,如果它需要加大亮度的话只能再加一个灯珠,越加越多,就会产生很强的眩光。图6更好的原因是内部加的反射器,可以很好的防止眩光产生。图中很亮的银色部分就是反射器,实际上COB本身它是没有角度的,只有利用反射器将其包裹住,使其产生反射,产生一定的角度。
我们再来看看下图中的案例,如果我不用红线标注出来估计大家很难发现左边红圈中有灯具,而右边的灯光显然感觉很刺眼,所以如果发现刚换掉的灯具很刺眼,你就可以选择带反射器的灯来替换。