照明光源、灯具选用及照明设计计算
LED路灯的配光设计与照明计算..
LED路灯的配光设计与照明计算黄瑞彬程彦刚梁建冬农文捷古念松（欧司朗照明（中国）有限公司深圳）摘要：本文从人眼视觉分辨原理出发，分析当前道路照明标准中各参数对道路照明安全性和舒适性的影响。
推理满足道路照明要求的配光应当具有的特点，并给出了一个能够符合BS EN 13201标准，覆盖ME1~ME5道路照明要求的光型组合。
关键词：LED路灯，配光，亮度均匀性，眩光。
Keyword:LED Street light, Light distribution, Uniformity of luminance, Glare1 概述LED相比传统光源具有更接近于点光源的特性，更容易通过光学设计满足道路照明的配光需求。
近年来LED路灯的应用逐渐普及，国内外对道路照明配光的研究也逐步深入，目前已经有比较完善的标准。
如北美的ANSI/IESNA RP-8-00，欧洲的BS EN 13201以及国内的CJJ 45城市道路照明设计标准。
这些标准多从人眼视觉分辨原理和行车安全需求出发，以亮度相关的参数作为主要参考指标。
常用以下参数评价道路照明的质量：L——路面的平均亮度avUo——路面总体亮度均匀度——纵向亮度均匀度ULTI——阈值增量SR——周边照度系数然而国内的部分院校及厂家在路灯配光的研发以及一些地方道路照明招标中，常以道路照明外观效果的均匀和测试验收的方便性考量，把照度作为主要评价指标，将配光设计成“蝙蝠翼”型，而忽视道路照明中安全相关的亮度标准的做法。
这样不但达不到应有的照明效果，还会给驾驶员带来严重的视觉不适应性(如斑马效应)。
Fig.1“蝙蝠翼”型配光 Fig.2斑马效应 本文从人眼视觉分辨原理出发，分析行车安全性和舒适性对道路照明参数和路灯配光的要求，并给出了一个能够符合欧标BS EN 13201标准，覆盖ME1~ME5道路照明要求的光型组合案例。
2 理论分析城市道路照明的主要目的是在夜间为机动车驾驶员创造良好的视觉环境, 达到减少交通事故, 提高安全和舒适性的目的。
4电气照明工程工程量计算
4电气照明工程工程量计算电气照明工程是建筑工程中不可或缺的一部分，主要包括室内和室外照明系统设计与施工。
在进行电气照明工程时，需要进行工程量计算，具体步骤如下：1.室内照明工程量计算：(1)计算总照度：首先根据室内照明设计标准，确定不同区域的照度要求，包括通道、走廊、办公区、商业区等。
然后根据设计要求计算各个区域的平均照度，并计算总照度。
(2)确定照明设备：根据计算出的总照度、照明设计标准和实际需求，选择合适的照明设备，包括灯具、光源、灯泡等。
(3)计算灯具数量：根据照度要求和灯具性能参数，计算每个区域所需的灯具数量，并进行综合计算得出总灯具数量。
(4)计算电缆长度和截面积：根据灯具布置和各个区域的距离，计算所需的电缆长度，并根据电流大小计算电缆的截面积。
(5)计算开关、插座数量：根据室内布置和设计要求，计算所需的开关和插座数量，并进行综合计算得出总数量。
(6)计算容量：根据灯具、开关、插座的功率要求和数量，计算室内电气负荷总容量，并确定相应的电源容量。
2.室外照明工程量计算：(1)计算公共照明：根据室外照明设计标准和实际需求，计算公共区域的照度要求，并确定所需的灯具数量和功率。
(2)计算景观照明：根据室外景观设计和照度要求，确定各个景点的灯具数量和功率，并计算总数量和总功率。
(3)计算室外广告照明：根据广告设计和照度要求，确定各个广告牌的灯具数量和功率，并计算总数量和总功率。
(4)计算电缆长度和截面积：根据灯具布置和各个区域的距离，计算所需的电缆长度，并根据电流大小计算电缆的截面积。
(5)计算开关、插座数量：根据室外布置和设计要求，计算所需的开关和插座数量，并进行综合计算得出总数量。
(6)计算容量：根据灯具、开关、插座的功率要求和数量，计算室外电气负荷总容量，并确定相应的电源容量。
总结起来，电气照明工程量计算主要包括室内和室外照明系统的总照度计算、照明设备的确定、灯具数量的计算、电缆长度和截面积的计算、开关和插座数量的计算以及电源容量的确定等。
照明亮度计算方法
（照明）亮度计算方法照度计算方法利用系数法计算平均照度平均照度(Eav) = 光源总光通量(N*Ф)*利用系数(CU)*维护系数(MF) / 区域面积(m2) (适用于室内或体育场的照明计算)利用系数：一般室内取0.4，体育取0.3维护系数：一般取0.7～0.8举例1：室内照明：4×5米房间，使用3×36W隔栅灯9套平均照度＝光源总光通量×CU×MF/面积＝(2500×3×9)×0.4×0.8÷4÷5＝1080 Lux结论：平均照度1000Lux以上举例2：体育馆照明：20×40米场地，使用POWRSPOT 1000W金卤灯60套平均照度＝光源总光通量×CU×MF/面积＝(105000×60)×0.3×0.8÷20÷40＝1890 Lux结论：平均水平照度1500Lux以上某办公室平均照度设计案例：设计条件：办公室长18.2米，宽10.8米，顶棚高2.8米，桌面高0.85米，利用系数0.7，维护系数0.8，灯具数量33套，求办公室内平均照度是多少？灯具解决方案：灯具采用DiNiT 2X55W 防眩日光灯具，光通量3000Lm，色温3000K，显色性Ra90以上。
根据公式可求得：Eav = (33套X 6000Lm X 0.7 X 0.8) ÷ (18.2米X 10.8米)= 110880.00 ÷ 196.56 m2= 564.10Lux照明设计必须要求准确的利用系数，否则会有很大的偏差，影响利用系数的大小，主要有以下的几个因素：灯具的配光曲线灯具的光输出比例室内的反射率，入天花板、墙壁、工作桌面等室内指数大小不同的光源设计光通量是不一样的，与功率，电压有关。
一个灯具设计使用的光源个数也是不同的，因此，一个灯具的若干个光源的光通量总和，就是该灯具的光通量。
道路照明工程设计中灯具、光源的简单计算确定法
： ．５ ０３
ｌ 一 Ｉ 狮 一 『
查 表 得 １： ． １０ ８ ２ ０
１圆＝１ｌ １： ０ １ １一１２ ０． ７
Ｉ
‘ Ｊ
Ｉ
—ｆ
－ ｌ
则 Ｅ ｖ￣ ａ ＝
一
一
一 —一 一 一
０ ７ ｆ．４ １ ５ ＋ ．７ ２ ５ ０ ．×０ ３ ｘｌ ０ ００ ￣ ２ ０ ） ２
＝ ．５ １ ２
２ ①光源的利用系数 ，
人 ： 一５ － 詈７ － ． － １ ． １
查表 得 １Ｉ ．５ １ ０ Ｉ ：
ＶＯＬ６・ ０ ２ ＮＯ。 秣 ． ２０ ・ ３
人 道 ： ＿ 行 侧晋＝ ＝ ０
维普资讯
车行删
：
：
度 为 Ｈ＝ ．Ｗｅ ＝ ．ｘ ２５ １ （ Ｏ８ ｆ ０８ １ ． ０ ｍ） ｔ ＝
Ｉ②光源的利用系数 、
则 允 许 的 最 大 间 距 为 Ｓ ３５ ３５ １ ＝ ＝ ．Ｈ＝ ．× ０
３ ５ｍ
车 道 詈＝ ＝ 行侧 ＿ ０ ７ ． ６
查表 得 Ｉ０３ ： ．１ 人 行道 侧 路 总宽 ４ ｍ。 了能 节 约资 金 ， 当加 大 道 ０ 为 适 路 灯 的 间 距 ，考 虑 采 用双 侧 交 错 排 列 方 式 布
灯 ， 具 悬挑 长 度 为 ２ ｍ， 灯 安装 在 道 路 两 灯 ． 路 ５
３ 取 维护 系数 Ｍ＝ ． 、 ０７ ４、 快 车 道 侧 光 源 为 Ｎ ２ ０ 慢 车 道 取 Ｇ ５ Ｗ，
通 过 上 述 的计 算 方 法 ，我 们 可 以 简单 快 速 地 根 据 照 度 的要 求 确 定 所 需 采 用 的 灯 型 、
灯 具 、 源 的 大 小和 灯 杆 的排 列 方 式 等 ， 进 光 为
电气照明系统基础知识
（5） 氙灯发出强白光，光色好，又称“小太阳”， 适合大面积、高大厂房、广场、运动场、港口和机场的 照明。
14.2 常用电光源、灯具及其选用
（6） 高压钠灯光色较差，适合城市街道、广场的 照明。
（7） 低压钠灯发出黄绿色光，穿透烟雾性能好， 多用于城市道路、户外广场的照明。
14.2 常用电光源、灯具及其选用
1 白炽灯
它的结构如图14-1所示，由灯头、灯丝和玻璃外壳 组成。灯头有螺纹口和插口两种形式，可拧进灯座中。 对于螺口灯泡的灯座，相线应接在灯座中心接点上，零 线接到螺纹口端接点上。
灯丝由钨丝制成，当电流通过时加热钨丝，使其达 到白炽状态而发光。一般40W以下的小功率灯泡内部抽 成真空，60W以上的大功率灯泡先抽真空，再充以氩气 等惰性气体，以减少钨丝发热时的蒸发损耗，提高使用 寿命。
14.2 常用电光源、灯具及其选用
(4) 密闭型 透光罩固定处加以密封，与外界可靠 地隔离，内外空气不能流通。根据用途又分为防水防潮 型和防水防尘型，适用于浴室、厨房、潮湿或有水蒸气 的车间、仓库及隧道、露天堆场等场所。
(5) 防爆安全型 这种照明器适用于在不正常情况 下可能发生爆炸危险的场所。其功能主要使周围环境中 的爆炸性气体进不了照明器内，可避免照明器正常工作 中产生的火花而引起爆炸。
（8） 金属卤化物灯光效高，光色好，室内外照明 均适用。
14.2 常用电光源、灯具及其选用
14.2.3 灯具
照明电光源（灯泡或灯管）、固定安装用的灯座、 控制光通量分面的灯罩及调节装置等构成了完整的电气 照明器具，通常称为灯具。
灯具的结构应满足制造、安装及维修方便，外形美 观和使用工作场所的照明要求。
照明设计基础知识
照明设计基础知识照明是人们对外界视觉感受的前提，室内照明分为天然采光和人工照明两大类。
天然采光是通过窗口获取室外光线。
人工照明是指使用器具确保室内的明度。
人工照明又分为明视照明和装饰照明。
在设计照明中，装饰照明表现一定的装饰内容、空间格调和文化内涵。
学习室内照明设计，必须掌握一些点光源、灯具、照明方式、照度标准、照明质量等相关的知识。
一、光源和灯具的分类及命名1.光源的分类室内常用的照明灯具是由白炽灯泡、荧光灯、卤钨灯三种光源以及各样的遮光体组成的。
1）白炽灯是指由通过电流加热达到白炽状态的物体中发出的光源。
2）荧光灯是指由放电产生的紫外线辐射所激发的荧光物质发光的放电灯。
3）卤钨灯是以一定的比率封入碘、溴等卤族元素或其它化合物的充气灯泡。
2.光源型号命名方法各类电光源的命名，一般由三部分组成：1）第一部分为汉语拼音首字字母，表示光源特征和名称。
2）第二、三部分一般由数字组成，表示光源的定额工作电压和定额电功率。
3）如型号为：PZ220—40，代表普通照明灯泡，定额工作电压为220V，定额功率40W。
如型号为：T—40，代表筒灯，定额电压功率40W。
二、室内照明的基本概念1、灯具效率灯具的效率是指在规定条件测得的灯具所发射的光通量值与灯具内的所有光源发出来的常用的光通量的测定值之比值。
白炽灯和日光灯有不同的光效，白炽灯的光效约为10Lm/w，日光灯的光效约为40Lm/w。
2、灯光源的颜色特性1）等光源的颜色作为照明光源，除了要求高的发光效率外，还要求它发出的光具有良好的颜色，光源的颜色有两方面的含义；A、一是指人眼直接观察光源时所看到的颜色，称为光源的色表。
B、二是指光源的照射到物体上所产生的客观效果。
2）光源的显色性人工光源照射到物体上时能确定物体色的可见度的特性，称为这个光源的显色性。
A）如果各色物体受照射的效果和标准光源（黑体或标准昼光）照射时一样，则认为该光源的显色性好（显色指数高）；B）反之，如果物体在受照射后颜色失真，则该光源的显色性差（显色指数低）。
电气照明工程量计算
电气照明工程量计算1.确定所需照明光源的种类和数量：根据照明设计的要求和功能需求，确定使用的照明灯具的种类和数量。
常见的照明光源有荧光灯、LED灯、卤素灯等。
2.计算灯具功率和光照度：根据建筑物或者室内空间的面积、高度以及照明的要求，计算出每个灯具的功率和所需的光照度。
这样可以确定所需的总功率和光照度，从而进一步确定所需的电气设备规格。
3.计算电缆和导线的长度和截面积：根据灯具的位置和布置，计算出每个灯具的电缆和导线的长度。
根据电流大小和电气设备的功率，计算出所需的电缆和导线的截面积。
这样可以确定所需的电缆和导线的数量和规格。
4.计算开关、插座和控制设备的数量：根据照明布置和功能需求，计算出所需的开关、插座和控制设备的数量。
根据电流大小和所需的控制功能，选择合适的开关和控制设备。
5.计算其他材料和配件的数量：除了灯具、电缆和控制设备外，还需要考虑其他材料和配件，如安装架、支架、接线盒等。
根据需求和安装方式，计算出所需的其他材料和配件的数量。
6.计算工程人工和其他资源：根据工程量和工作量，计算出所需的工程人工和其他资源，如工人工时、起重设备、搬运工具等。
这可以直接影响到工程的进度和成本。
7.编制工程量清单和预算：根据上述计算结果，编制电气照明工程量清单和预算。
清单应详细列出所需材料和设备的名称、规格、数量和价格。
预算应包括人工、设备、材料和其他费用的总额。
以上是电气照明工程量计算的一般步骤。
具体计算方法和流程会根据不同的项目和需求而有所调整。
在实际应用中，需要结合设计要求、现场情况和规范标准进行综合考虑和计算。
路灯照明
路灯照明1、道路照明分类根据道路使用功能，城市道路照明可分为主要供机动车使用的机动车交通道路照明和主要供非机动车与行人使用的人行道路照明两类。
机动车交通道路照明应按快速路与主干路、次干路、支路分为三级。
2、光源选择2.1光源的选择应符合下列规定：1）快速路、主干路、次干路和支路应采用高压钠灯；2）居住区机动车和行人混合交通道路宜采用高压钠灯或小功率金属卤化物灯；3）市中心、商业中心等对颜色识别要求较高的机动车交通道路可采用金属卤化物灯；4）商业区步行街、居住区人行道路、机动车交通道路两侧人行道可采用小功率金属卤化物灯、细管径荧光灯或紧凑型荧光灯。
注：道路照明不应采用自镇流高压汞灯和白炽灯。
3、灯具及其附属装置选择3.1 机动车道照明应采用符合下列规定的功能性灯具：1）快速路、主干路必须采用截光型或半截光型灯具；2）次干路应采用半截光型灯具；3）支路宜采用半截光型灯具。
3.2 商业区步行街、人行道路、人行地道、人行天桥以及有必要单独设灯的非机动车道宜采用功能性和装饰性相结合的灯具。
当采用装饰性灯具时，其上射光通比不应大于25%，且机械强度应符合现行国家标准《灯具一般安全要求与实验》GB7000.1的规定。
3.3 采用高杆照明时，应根据场所的特点，选择具有合适功率和光分布的泛光灯或截光型灯具。
3.4 采用密闭式道路照明灯具时，光源腔的防护等级不应低于IP54。
环境污染严重、维护困难的道路和场所，光源腔的防护等级不应低于IP65。
灯具电器腔的防护等级不应低于IP43。
3.5 空气中酸碱等腐蚀性气体含量高的地区或场所宜采用耐腐蚀性能好的灯具。
3.6 通行机动车的大型桥梁等易发生强烈振动的场所，采用的灯具应符合现行国家标准《灯具一般安全要求与实验》GB7000.1所规定的防振要求。
3.7 高强度气体放电灯宜配用节能型电感镇流器，功率较小的光源可配用电子镇流器。
3.8 高强度气体放电灯的触发器、镇流器与光源的安装距离应符合产品的要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
照明光源的选用
各种光电源指标
《照标》第3.2.3条规定了照明设计时选择光源可依据的条件，即：
1）高度底于（≤4.5M）房间，如办公室、教室、会议室及仪表、电子等生产车间，宜选用细管径（≤26MM）直管型三基色T8和T5荧光灯，不选用粗管径（＞26MM）荧光灯（因其光效低、显色不足）及普通T8荧光灯（因其显色不足）。
2）商店营业厅宜选用紧凑型荧光灯及小功率（35W、70W）金属卤化物灯
3）高度较高（＞4.5M）的工业厂房，应采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管荧光灯。
高压钠灯主要是看显色指数能否达到《照标》要求。
4）为节约能源，室外照明可用金属卤化物灯或高压钠灯，室内公共、工业建筑的公共场所可用环型荧光灯或紧凑型荧光灯，在特殊情况下需采用白帜灯时，只能用100W以下白织灯。
此“特殊情况”是指《照标》第3.2.4条规定的5种工作场所。
镇流器的选用
镇流器选择的总原则是安全、可靠、功耗低、能效高。
国产36W荧光灯用镇流器性能对比见下表：
《照标》第3.3.5条规定了照明设计时选择镇流器原则，即
1）自镇流荧光灯（如紧凑型荧光灯）应配电子镇流器。
2）T8直管型荧光灯应配用节能型电感镇流器或电子镇流器,不宜配用功耗大的传统电感镇流器。
3）T5直管型荧光灯（＞14W）应采用电子镇流器。
4）高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器；功率较小者（≤150W）可配用电子镇流器。
灯具的选择
灯具具有控制光源、保护光源、安全、美化环境等作用。
设计时主要从其光学性能、光源种类、安装方式、照明场所的使用条件、经济性等方面综合
考虑确定。
1）《照标》第4.1.3条规定在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用效率高的灯具，规定了荧光灯具和高强气体放电灯具的最低效率值，以利于节能。
满足眩光
限制是指满足遮光角要求（《照标》第4.1.3条规定了直接型灯具的遮光角）和根据该场所的室形指数来选择配光种类。
表3灯具选择条件
2）《照标》第3.3.3条规定了潮湿、有腐蚀性气体或蒸汽、高温、有尘埃、洁净、爆炸或火灾危险等九种特殊场所选用灯具的要求。
照明标准值
1）《照标》修改了原标准规定的低、中、高的三档照度标准值，只规定一个固定照度值，此照度值是作业面或参考平面（一般指距地面0.75M的水平面）上的维持平均照度值。
2）《照标》第4.1.3条、4.1.4条规定了照度标准值提高或降低一级的条件。
为节约电能、视觉安全和功效，无论符合几个条件，照度值都只能提高或降低一级，不能无限制地提高或降低。
3）《照标》第4.1.7条规定了设计照度值与照度标准值比较时允许的偏差范围，即考虑到照明设计时布灯的需要和光源功率、光通量的变化非连续的实际情况，灯具布置后计算出的平均照度值与规范要求的照度标准值比较，可以有+-10%的偏差。
当照明场所安装灯具小于10个小时，允许适当超过此偏差。
4）《照标》第5章规定了居住建筑、公共建筑、公共场所的照明标准值，它包括对照度标准值、统一眩光值（UGR）、一般显色指数（RA）的要求。
《照标》第5.4.1条所指的“公用场所”是指公共建筑和工业建筑的公用场所。
照明功率密度值
1）照明功率密度（LPD）是评价建筑照明节能的指标，它是房间或场所单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器）。
要求用较少的照明功率，保证满足标准要求的照度和照明质量，即达到节约能源、保护环境、提高照明质量、实施绿色照明的宗旨。
2）《照标》第6章规定了居住、办公、商业、旅社、医院、学效和工业等七类建筑108种常用房间和场所在达到要求的照度值情况下的最大允许照明功率密度值。
除居住建筑外，其他六类建筑的照明功率密度限值属强制性条文。
3）当符合《照标》第4.1.3条和第4.1.4条的规定，照度标准值进行提高或降低时，或当存在符合《照标》第4.1.7条的偏差时，照明功率密度值应按比例提高或减少。
4）在工业建筑照明功率密度值表中规定，当房间或场所的室形指数值≤1时，利用系数有所下降，可按表中的照明功率密度值增加20%。
5）确保LPD满足标准的条件：使用高光效照明光源；推广高效率节能灯具；合理选用节能电气附件；正确选择照度标准值；合理选择照明方式。
照明设计计算
为满足《照标》对照度标准值及照明功率密度值的要求，设计时需要进行计算。
现采用平均照度法（或称利用系数法），以某高档办公室为例来说明计算过程。
[例]某高档办公室长12M，宽6M，面积72M2。
灯具离地高度2.80M，工作面离地0.75M。
房间反射比为：顶棚0.7、墙面0.5、地面0.2。
1）查《照标》表5.2.2、表4.4.1、表6.1.2、表4.1.6，得知高档办公室室要求照度标准值500 1X、RA≥80、相关色温3300--5300，在500 1X时LPD应≤18W/M2，维护系数值0.80。
2）光源选用T8三基色荧光灯36W，RA＞80，色温4000K，光通量3250LM；选用电子镇流器，损耗≤4W；选用双管格栅灯具。
3）计算室形指数RI：
RI=（房间宽度*房间长度）/[灯离工作面高度*（房间宽度+房间长度）]=（6*12）/[（2.80-0.75）*（6+12）]=1.95
由室形指数及房间表面反射比查利用系数表，得利用系数0.59。
4）求所需灯数N套：
N=（标准照度值*房间面积）/[单套灯光通量*利用系数*维护系数]=500*72/2*3250*0.59*0.8=11.7
取整，需要双管格栅荧光灯具12套。
5）计算5001X时的照明功率密度LPD：
LPD=灯具总安装功率/房间面积=11.7*2*（36+4）/72=13（W/M2）＜18（W/M2）满足强制性条文要求。
几点说明
1）《照标》第4.5.1条规定了房间反射比的选取范围，设计时反射比可依据建筑表面材料查反射比表得到。
如：抹灰并用大白粉刷0.7-0.8、砖墙或混凝土屋面板喷白0.5-0.6、水泥沙浆抹面0.3、混泥土地面0.2。
2）利用系数是光强分布、灯具效率、房间形状、室内表面反射比等的函数，通常是根据灯具测光数据的假定条件编制灯具利用系数表，由专业生产厂商提供。
3）若先选定上述12套灯具，则可按下式效验设计照度值：
设计照度值=光源总光通量*利用系数*维护系数/房间面积=12*2*3250*0.59*0.8/72=511.3（LX）
计算结果在允许偏差10%内，符合规定。
设计照度值的LPD=12*2*（36+4）/72=13.3（W/M2）
折算为500 1X时的LPD=13.3*500/511.3=13（W/M2）
满足强制性条文要求。
设计中注意的其他问题
在进行平面布置时，应按灯具生产厂家给出的灯具最大允许距高比来布置灯具，以保证照度的均匀性。