照明設(shè)計(jì)原理

一.照明設(shè)計(jì)的基本要件
照明的兩個(gè)基本目的,一是為識(shí)別物體,二是為增進(jìn)環(huán)境氣氛。良好的照明不但要符合視覺(jué)的生理要求，也要達(dá)成情境的心理需求。也就是說(shuō)，除了必須適當(dāng)?shù)恼彰鲾?shù)量之外，還要考慮照明品質(zhì)的提升。

為了提供一個(gè)舒適的照明環(huán)境，在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)之前，必須充分了解一些照明的基本條件，其中包括：照度的大小，輝度的分布，眩光的控制，陰影的利用，光源的色溫度，光源的顯色性及光源的悶熱感等。

1.照度的大小
在照度不足的環(huán)境下，人眼對(duì)物體的辨別能力將下降，視覺(jué)所收集到的信息也會(huì)隨之減少，從而影響工作效率。此外，還會(huì)給人陰暗，沉悶和壓抑的感覺(jué)。反之，充足的照度會(huì)給人帶來(lái)明亮，開(kāi)朗和舒適的感覺(jué)。甚至提供安全的保障。通常人眼對(duì)于物體的辨別能力會(huì)隨著被照物體的照度的增加而提高，但當(dāng)照度提高到與白天太陽(yáng)光的照度10萬(wàn)LUX相同時(shí)，人眼的視覺(jué)能力反而又會(huì)略而下降，因而，人工光源所能提供的照度以10萬(wàn)LUX為限。

中日英美等國(guó)對(duì)各種場(chǎng)所所需的照度均訂有各自的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)所訂的照度標(biāo)準(zhǔn)，以目視作業(yè)面上的水平照度來(lái)表示，并以作業(yè)面離地85CM為準(zhǔn)，坐姿時(shí)離地面40CM，走廊與屋外則以地面為高度來(lái)計(jì)算照度。并規(guī)定全部照明之照度宜維持局部照明之照度的十分之一以上。

除水平面照度外，有時(shí)對(duì)垂直面或傾斜面照度也有要求，如，辦公室或會(huì)議室，人臉部的照度就是垂直照度，因而要求在辦公室或會(huì)議室，垂直照度至少達(dá)200-300LUX，否則，看不出說(shuō)話人面部表情，不利于產(chǎn)生良好的交談氣氛。在體育場(chǎng)，為滿足彩色電視轉(zhuǎn)播，垂直照度也應(yīng)維持在100LUX以上。

2.輝度的分布
在照明系統(tǒng)中，每種物體的輝度大小取決于光源的照度分布及周?chē)矬w表面材料的反射率。這里所指的周?chē)矬w表面材料包括天花板，墻面，地面，家具等可以反射光線的材料。

人眼對(duì)于視覺(jué)范圍內(nèi)的各種物體的輝度差異具有調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，但當(dāng)明暗對(duì)比太大時(shí)，會(huì)造成人眼視線不集中，且須不斷適應(yīng)各種不同的輝度而導(dǎo)致人眼疲勞。當(dāng)輝度太接近 時(shí)，又會(huì)使空間感趨于平淡而缺乏活力。

輝度比推薦值（美國(guó)照明學(xué)會(huì)）

 

--------------------------------------------------------辦公室------工廠

1.作業(yè)對(duì)象物周?chē)徑缑?如書(shū)本與課桌)-----3:1--------3:1
2.作業(yè)對(duì)象物與間隔之墻面(書(shū)本與墻面)-----5:1--------10:1
3.照明燈具或窗戶與其附近平面之間----------------------20:1
4.視界內(nèi)任意場(chǎng)所與場(chǎng)所之間------------------------------40:1

3.眩光的控制
眩光(GLARE)是由輝度較高的光源,燈具或窗戶等部位所造成,通常以視線為中心線,向上下左右各繪一條30度線,由這些線所圍成的錐形體范圍內(nèi),若有刺眼的光線存在,則會(huì)使人眼產(chǎn)生不舒服的感覺(jué)或造成人眼對(duì)物體的辨別能力下降。前者稱為“不舒適眩光”后者稱為“減能眩光”。在實(shí)際的視覺(jué)作業(yè)中，視線并非固定不動(dòng)的，因此，為避免眩光的困擾，在視界范圍內(nèi)，應(yīng)移開(kāi)高輝度的光源。如：采用有遮光的燈具，提高燈具安裝高度，降低燈具與周?chē)h(huán)境的輝度比等。

眩光可分為直接眩光，反射眩光兩種。直接眩光是來(lái)自光源或窗外的光線，反射眩光則來(lái)自工作桌面，顯示屏，玻璃窗，光滑反射面等的反射光。由輕度光滑之作業(yè)物品所產(chǎn)生的反射眩光，雖然損失視覺(jué)效果，但不易察覺(jué)，特稱為光幕眩光。通常人的視線角度以25度內(nèi)為主，在45度內(nèi)均屬于正常。

減輕直接眩光的方法：
(1)降低照明燈具的輝度
(2)縮小不適輝度之面積
(3)調(diào)整燈具的安裝位置或減少天花板輝度的變化
(4)加大房間的整體輝度
(5)少用通明的落地窗或玻璃幕墻
(6)窗外加裝遮陽(yáng)板
(7)工作臺(tái)與窗戶保持適當(dāng)?shù)慕嵌?

減少反射眩光大的方法:
(1)降低相關(guān)物件的反射率
(2)調(diào)整光源或工作站的位置,使反射光不進(jìn)入人眼
(3)工作桌面不使用玻璃墊,電腦屏幕加裝護(hù)眼屏
想要消除作業(yè)面的反射眩光,對(duì)燈具的配置設(shè)計(jì)應(yīng)特別注意,通常作業(yè)面接受來(lái)自光源的光線,凡其入射角低于40度者,其反射線就會(huì)進(jìn)入人眼成為反射眩光.但是,利用方向性較強(qiáng)的點(diǎn)光

 

  [page]源,照射金屬,寶石,瓷器,玻璃等物體時(shí),其光澤或晶瑩剔透的質(zhì)感便可以充分地被表露出來(lái),從而提高這類物體的價(jià)值感.這就是放射光用于商業(yè)照明的重要實(shí)例。

4.陰影的利用
陰影是因受照體表面不平整，受照方向不一致所引起的。通常，間隔墻，機(jī)器，人的頭部與手部等物體均會(huì)產(chǎn)生陰影。由此產(chǎn)生照度不足等視覺(jué)障礙，但也可以顯示出被照物體的立體感和材質(zhì)感。利用點(diǎn)光源從斜向加以著射，可以使被著物體因表面之細(xì)微凹凸不平所產(chǎn)生的陰影來(lái)凸顯其材質(zhì)感。

當(dāng)明暗之間的輝度比小于2:1時(shí),被照物體缺乏立體感,通常明暗輝度比在3:1至6:1之間時(shí),被照物體具有良好的立體感。擴(kuò)散性較強(qiáng)的光源，如日光管，用于照射物體時(shí)，其產(chǎn)生的立體感和材質(zhì)感均較差，從而給人一種單調(diào)刻板的感覺(jué)。

 

5.光源的色溫
光色可以由光源的色溫來(lái)表示，色溫低，光色偏暖色，色溫高，光色便冷色。在不同的照度下，選用不同色溫的光源，可以獲得良好的照明效果。當(dāng)然，氣候和地區(qū)習(xí)性也會(huì)影響人們對(duì)色溫舒適度的感覺(jué)。如，熱帶地區(qū)的人喜歡冷色，而高寒地區(qū)的人中意暖色。

 

光源的色溫，照度與人感覺(jué)之間的關(guān)系

 

照度(lux)-----暖色(<3200K)----中間色(3200-5300K)----冷色(>5300K)

<500----------舒適------------自然------------------清冷

500-2000------刺激------------舒適------------------自然

>2200---------悶熱------------刺激------------------舒適

 

6.光源的顯色性
光源的光譜分布與照度大小均會(huì)影響其顯色性,如:白熾燈的光譜中藍(lán)光少,水銀燈缺紅色光。因此，在顯色性不同的光源下，同一物體會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色感覺(jué)。另外，即使某一光源的光譜分布接近太陽(yáng)光，但是，如果被照體表面照度低于1000lux，那么，光源的顯色性也不能充分表現(xiàn)出來(lái)。

 

7.光源的悶熱感
光源的光譜分布中，如有很多紅外線（色溫較低），只要被照體所受照度很高，就會(huì)產(chǎn)生悶熱感。

 

主要光源在1000lux時(shí)的能源密度與人感覺(jué)之間的關(guān)系

 

光源--------能源密度(W/平方M)--------有悶熱感的照度(lux)

白熾燈--------------57---------------------1,500以上

高顯色日光燈--------10---------------------6,000以上

白色日光燈----------14---------------------8,500以上

水銀燈--------------12---------------------7,000以上

金鹵燈--------------10---------------------8,500以上

高壓鈉燈-------------7---------------------12,000以上

高壓鈉燈-------------5---------------------17,000以上

 

二.照明設(shè)計(jì)的步驟
照明設(shè)計(jì)可分為四個(gè)階段:環(huán)境調(diào)查,基本構(gòu)想,基本設(shè)計(jì),細(xì)部設(shè)計(jì)。

 

1.環(huán)境調(diào)查
(1)建筑物特性調(diào)查：建筑物用途，自然光對(duì)建筑物的影響
(2)室內(nèi)環(huán)境調(diào)查：房間的用途，大小，構(gòu)造。窗的位置，大小。室內(nèi)表面墻體材質(zhì)，顏色及反射率。設(shè)備家具的位置大小和高度。
(3)使用條件調(diào)查：作業(yè)或活動(dòng)類別，使用者年齡，使用時(shí)間。
(4)其他狀況調(diào)查：經(jīng)濟(jì)性，電源規(guī)格，法律法規(guī)。

 

2.基本構(gòu)想
(1)照明規(guī)劃：根據(jù)室內(nèi)空間的景象及內(nèi)部的設(shè)施與用途來(lái)決定照明狀態(tài)，使其符合相互協(xié)調(diào)之整體感
(2)照度設(shè)定：了解照明與空間的相互關(guān)系后，需要考慮適當(dāng)?shù)恼彰髡斩?，并使室?nèi)光線平均分布。
(3)照明方式

  [page]：一般而言，辦公室可采用整體照明，以獲得均勻的照度。對(duì)于特殊對(duì)象，可采用局部照明或局部照明與整體照明相集合的照明方式。

3.基本設(shè)計(jì)
(1)光源的選定

根據(jù)各種不同場(chǎng)合的照明目的,決定所需的光色和顯色性,再考慮光源的效率,壽命,溫度特性及電源特性等,最后決定所采用光源.
光源的現(xiàn)色性可按顯色性評(píng)價(jià)指數(shù)(Ra:Average Rendering Index)分為四個(gè)等級(jí),在不同的照明場(chǎng)合,其所需光源的顯色性和色溫是不同的,我們可以參考下表所示的范圍加以選定。

等級(jí)---顯色指數(shù)----暖色(<3200K)------中間色(3200-5300K)---冷色(>5300K)

1級(jí)-----Ra>85------住宅,餐廳,旅館----展示館,商店,醫(yī)院-----紡織業(yè),涂料業(yè)

2級(jí)--Ra:70-85---辦公室,學(xué)校,商場(chǎng)--辦公室,學(xué)校,商場(chǎng)-----辦公室,學(xué)校,商場(chǎng)

2級(jí)----------無(wú)塵室,寒帶地區(qū)---精密工業(yè),溫帶地區(qū)----精密工業(yè),溫帶地區(qū)

3級(jí)---Ra<70------------室內(nèi)空間---------室內(nèi)空間-------------室內(nèi)空間

S級(jí)-特別顯色性----------特殊用途---------特殊用途-------------特殊用途

(2)燈具的選定

選擇燈具時(shí),應(yīng)配合房間的長(zhǎng)度(A),寬度(B),作業(yè)面離光源的高度(H)之間的關(guān)系。用室指數(shù)RI(Room Index)來(lái)表示他們的相互關(guān)系:RI=AB/(A+B)H,若天花板較低而地面長(zhǎng)寬相對(duì)較大,則RI較大,其照明率(或稱利用系數(shù))較大。反之，RI較小，其照明率也小。通常，辦公室之作業(yè)面高度系數(shù)（指辦公室離地面的高度）約為0.8M,而一般商店為1M.體育館或走廊的視覺(jué)面為0M.

投光燈具光束角度可大致分為:特寬角度180-120度,寬角度120-90度,中角度60-45度,窄角度20-15度,特窄角度10-0度,可配合室指數(shù)加以選用。

 

分級(jí)-------A---B---C---D---E---F-----G----H----I-----J

室指數(shù)-----5---4---3--2.5--2--1.5--1.25---1---0.8---0.6

 

A,B,C級(jí):房間面積寬廣,適合選用寬光束角的燈具
H,I,J級(jí):房間面積狹又高,適合選用窄光束角的燈具

馬歇爾所提出的明度大小與物體表面反射率有密切的關(guān)系,如下表:

 

反射率與明度的關(guān)系

明度(V)---10--9--9.5--8--8.5--7--7.5--6--6.5--5--5.5--4--4.5--3--2--1

反射率(%)--100-88--77--67--58--49--42--35--29--24--19--15--12--6--3--0.1

 

(3)燈數(shù)計(jì)算

照度公式:E=NFUM/A

E:照度
A:被照面積(平方M)
N:燈具數(shù)
U:燈具照明率,即被照面所接受到的光束占光源輸出光束的比例,(約在0.6-0.9之間,取決于燈具配光,燈具效率,室指數(shù)及被照各物體的表面反射率.
M:燈具維護(hù)系數(shù),取決于光源光束維持率,光源體殘存率,燈具潔凈率,室內(nèi)表面反射率等,通常,密封燈具M(jìn)=0.75,開(kāi)放燈具M(jìn)=0.65

 

四.照明設(shè)計(jì)的精確計(jì)算
可透過(guò)專用照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行。