建筑电气照明系统设计论文

第一章照明系统简介

电气照明是现代人工照明极其重要的手段，是现代建筑的重要组成部分。本章主要介绍电气照明的基本概念；常用电光源特点和灯具种类；建筑的照明种类和照度标准、灯具的选择及布置；照度常用计算方法和电气照明设计一般过程。通过学习要求掌握照度计算和电气照明设计。高层建筑电气照明设计，包括光源选择、照度计算、灯具造型,灯具布置，眩光控制和调光控制和照明配电线路敷设等。照明设计与建筑装饰有着非常密切的关系，应该相互配合，在使用功能及艺术意境方面求得统一。选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。

1.1 照明基本知识

照明是人们生活和工作不可缺少的条件，良好的照明有利于人们的身心健康，保护视力，提高劳动生产率及保证安全生产。照明又能对建筑进行装饰，发挥和表现建筑环境的美感，因此，照明已成为现代建筑中重要的组成部分之一。为更好地理解电气照明设计，必须掌握照明技术的一些基本概念。

常用的光学物理量

光是能引起视觉的辐射能，它以电磁波的形式在空间传播。光的波长一般在380～780nm范围内，不同波长的光给人的颜色感觉不同。描述光的量有两类：一类是以电磁波或光的能量作为评价基准来计量，通常称为辐射量；另一类是以人眼的视觉效果作为基准来计量，通常称为光度量。在照明技术中，常常采用后者，因为采用以视觉强度为基础的光度量较为方便。

（1）光通量

是指光源在单位时间内，向空间辐射出的使人产生光感觉的能量称为光通量，以字母“Φ”表示，单位为流明（lm），是表征光源特性的光度量。

（2）光强度

简称光强，是指单位立体角内的光通量，以符号Ia表示，是表征光源发光能力大小的物理量。

I

=dΦ/dω

a

式中ω——给定方向的立体角元；

Φ——在立体角元内传播的光通量，lm；

——某一特定方向角度上的发光强度，cd（坎德拉）。

I

a

光强度的单位为坎德拉，单位代号为cd，它是国际单位制中的基本单位。

（3）照度

被照表面单位面积上接收到的光通量称为照度，用E表示，单位为勒克斯（lx），是表征表面照明条件特征的光度量。

E=Φ/S

式中 S——被照表面面积，m2；

Φ——被照面入射的光通量，lm。

1勒克斯相当于每平方米面积上，均匀分布1lm的光通量的表面照度，所以，可以用lm/m2为单位，是被照面的光通密度。

1lx照度量是比较小的，在这样的照度下，人们仅能勉强地辨识周围的物体，要区分细小的物体是困难的。

为对照度有一些感性认识，现举例如下：

1）晴天的阳光直射下为10000lx，晴天室内为100～500lx，多云白天的室外为1000～10000lx；

2）满月晴空的月光下约0.2lx；

3）在40W白炽灯下1m远处的照度为30lx，加搪瓷罩后增加为73lx；

4）照度为1lx，仅能辨识物体的轮廓；

5）照度为5～10lx，看一般书籍比较困难，阅览室和办公室的照度一般要求不低于50lx。

1.1.2合理的照度和照度的均匀性

照度是决定物体明亮程度的直接指标。在一定的范围内，照度增加可使视觉能力得以提高。合适的照度有利于保护人的视力，提高劳动生产率。

照度标准是关于照明数量和质量的规定，在照明标准中主要是规定工作面上的照度。国家根据有关规定和实际情况制订了各种工作场所的最低照度值或平均照度值，称为该工作场所的照度标准。这些标准是进行照度设计的依据，《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定的常见民用建筑的照度标准（lx）见表6.1。

除了合理的照度外，为了减轻因频繁适应照度变化较大的环境而对人眼所产生的视觉疲劳，室内照度的分布应该具有一定的均匀度，照度均匀度是指工作面上的最低照度与平均照度之比值。《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定：室内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。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。

表6.1 常见民用建筑的照度标准（lx）

1.2 光源设计

（1）有装修要求的场所由甲方确定，但照度值应符合相关要求。

（2）楼梯间、走廊等场所除要求自熄式灯控外其余均采用节能灯。

（3）消防水泵等大型机房采用节能灯，一般风机房采用荧光灯。

（4）直管形荧光灯均选用管径为16mm的T5型节能灯管，配以电子镇流器（L级）。在要求较高的场所选用显色指数大于80的稀土三色荧光灯。

（5）大堂灯采用智能控制系统（配电箱装再做）

（6）所有光源的功率因数均要求≥ 0.9

1.3 设计中的照明标准

弱电机房 500lx

门厅 150lx

风机机房 200lx

控制室 500lx

泵房 100lx

电梯机房 200lx

走廊 100lx

库房 100lx

卫生间 150lx

1.4 灯具效率

所有照明灯具均为高效节能型，对二次装修的场所除建筑有特殊要求外，其余灯具效率均应不低于下列值：

荧光灯灯具：开敞式 75%，带塑料或玻璃罩 65%（透明）

55%（磨砂），格栅 60%。

高强度气体放电灯具：开敞式 75%，格栅或透光罩 60%。

照明功率密度（W/㎡）应符合《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）第六章有关条文的规定。

1.5 照明配电系统

（1）采用单电源供电；应急照明、疏散指示照明采用双电源供电末端投。照明、插座分别由不同支路供电。照明一般为单相两线，疏散标志指示灯当采用集中式电池供电时选用NHBV-2×2.52

mm JDG20，其他应急照明一般配线采用 ZRBV-2×2.52

mm JDG20，mm JDG20 ，带强送措施的应急照明供电回路采用ZRBV-3×2.52

mm JDG20，当灯具安装高度低于2.4时，加敷一根 PE 线，其余导线为BV-2×2.52

mm JDG20。所有插座（空调平面图中不在标注；插座回路为单相三线， BV-3×2.52

插座除外）回路、电开水器回路设漏电保护。

（2）出口指示灯、疏散指示灯、疏散楼梯、走道、电气竖井的应急照明灯采用EPS 区域集中式供电的应急照明系统，其他场所应急照明采用双电源末端互投供电。除避难层应急照明持续供电时间不小于30min。应急照明采用应急时能迅速点亮的光源，并采用现场控制开关。

（3）有装修场所照明设计预留电源回路容量及配电箱位置，并考虑 15% 的应急照明容量。

（4）照明线路敷设：

一般沿楼板及墙体暗敷；

有吊顶的场所在吊顶内明敷；

所有单相负荷的相序均见系统图，平面不另标注；

（5）灯具选型

装饰灯具均由甲方定，但须采用高效节能灯及节能灯具；

公共场所灯具选型:除图形符号表中注明外，其他有吊顶的场所，选用嵌入式格栅荧光灯；无吊顶场所选用空罩式（或盒式）荧光灯；；链吊式安装，距地 2.7m。地下车库为管吊灯，距地2.5m；地下室设备间深照灯管吊安装，距地 4.0m

（6）照明控制：

一般场所为就地控制；

疏散指示标志灯为常照明灯，疏散及应急照明采用就地控制，在紧急情况下有电源强送措施；

航空障碍物照明：根据当地民航部门的要求，本工程分别在45m、90及屋顶四m 角位置设置障碍物标志灯，其控制纳入BA系统，并根据室外光照及时间自动控制。

（7）其他：

装饰用灯具由装修设计方与甲方商定。功能性灯具如：荧光灯、出口指示灯、疏散指示灯需有国家主管部门的检测报告，达到设计要求的方可使用;

电梯井道照明：电梯井道内设永久性照明，除在井道最高点和最低点0.5以内各装一m盏灯外，中间灯距以不大于7m布灯，每盏灯均为25W白炽灯，选用防潮座灯头，并分别在机房和底坑设一双控开关（距地1.3m）。

2.1.1照明方式的分类

一、照明方式可分为：一般照明、分区一般照明、局部照明和混合照明。

1）一般照明：指不考虑特殊局部的需要，为照亮整个场地而设置的照明。

2）分区一般照明；指根据需要，提高特定区域照度的一般照明。

3）局部照明：指为满足某些部位（如工作面）的特殊需要而设置的照明。

4）混合照明：指一般照明与局部照明组成的照明。

二、照明方式的选择

1）当生产条件受到限制，工作地点附近不可能固定灯具而虚以采用混合照明，或者当工作位置密度不大．采用混合照明不合理时，或者不需要考虑特殊局部的需要而使整个工作场所能获得均匀照度时，宜装设单一的较均匀的一般照明。

2）在同一照明场所内，当工作场所内某一部分需要高于一般照明的照度时，可采用分区一般照明。

3）对于照度要求较高，而工作场所内工作位置密度不大，并且要求光线照射方向能随意改变时，采用单一的一般照明显然不合理，这种情况宜采用混合照明，即增设局部照明。

2.1.2照明种类

一、照明种类按其功能可分为：正常照明、应急照明、值班照明、警卫照明、障碍照明、装饰照明和艺术照明等。

1）正常照明

为满足正常工作而设置的室内外照明称为正常照明。它起着满足人们基本视觉要求的功能，是照明设计中的主要照明。它一般可单独使用，也可与应急照明和值班照明同时使用，但控制线路必须分开。

2）应急照明

在正常照明因事故熄灭后，供事故情况下继续工作、人员安全或顺利疏散的照明

称应急照明。它包括备用照明、安全照明和疏散照明三种。应急照明的设置原则，从安全角度考虑，应在较多的建筑内设置应急照明，而从经济的观点出发，只能在一些最需要的建筑内设置。

3）值班照明

在非工作时间供值班人员观察用的照明称为值班照明。可利用正常照明中能单独控制的一部分或应急照明的一部分或全部作为值班照明。

4）警卫照明

用于警卫室内重点目标的照明称为警卫照明。可按警戒任务的需要，在警卫范围内装设，宜尽量与正常照明合用。

5）装饰照明

为美化和装饰某一特定空间而设置的照明。装饰照明可以是正常照明或局部照明的一部分。以纯装饰为目的的照明，不兼作一般照明和局部照明。

6）艺术照明

通过运用不同的灯具、不同的投光角度和不同的光色，制造出一种特定空间气氛的照明。

7）障碍照明：是为了保障飞机起飞和降落安全以及船舶航行安全而在机场周围高耸建筑物如烟囱、水塔上面以及航道两侧建筑物规定部位装设的信号照明。

二、照明种类的选择

1）当正常照明因故障熄灭后，对需要确保正常工作或活动继续进行的场所，应装设备用照明

2）当正常照明因故障熄灭后，对需要确保处于危险之中的人员安全的场所，应装设安全照明。

3）当正常照明因故障熄灭后，对需要确保人员安全疏散的出口和通道，应装设疏散照明。

4）值班照明宜利用正常照明中能单独控制的一部分，或者利用应急照明的一部分或全部。

5）警卫用明应根据需要，在警卫范围内装设

6）障碍照明的装设，应严格执行所在地区航空部门或交通部门的有关规定。

2.2照明质量

2.2.1照度均匀度

一、办公室、阅览室等工作房间一般照明照度的均匀度，按最低照度与平均照度之比确定，其数值不宜小于0.7。

二、采用分区一般照明时，房间内的通道和其它非工作区域，一般照明的照度值不宜低于工作面照度值的1/5。

三、局部照明与一般照明共用时，工作面上一般照明的照度值宜为总照度值的1/3～1/5，且不宜低于50lx。

四、在体育运动场地内的主要摄像方向上，垂直照度最小值与最大值之比不宜小于

0.4，平均垂直照度与平均水平照度之比不宜小于0.25；场地水平照度最小值与最大值之比不宜小0.5；体育场所观众席的垂直照度不宜小于场地垂直照度的0.25。

2.2.2 光源颜色

一、照明光源的颜色质量取决于光源本身的表现颜色及其显色性能。室内一般照明光源的颜色，根据其相关色温分为三类，其使用场所可依表3-1选取。

表3-1 光源的颜色分类

二、照明光源的显色分组及其适用场所可根据表3-2选取。在照明设计中应协调显色性要求与光源光效的关系。

表3-2 照明用灯的显色组别

注：金属卤化物灯中的镝灯可划在Ⅰ组

三、照明光源的颜色特征与室内表面的配色宜互相协调，以形成相应于房间功能要求的色彩环境。

四、工作房间表面反射比与照度比（见表3-3）。

表3-3 工作房间表面反射比与照度比

2.3照明电光源

照明用灯种类繁多，外观各异。照明用灯由灯具和电光源两部分组成。电光源是照明灯的核心部分。

2.3.1电光源的分类

根据光的产生原理，电光源主要分为两大类。

一类是以热辐射作为光辐射原理的电光源，包括白炽灯和卤钨灯，它们都是以钨丝为辐射体，通电后使之达到白炽温度，产生热辐射。这种光源称为热辐射光源，目前仍是重要的照明光源，生产数量极大。

另一类是各种气体放电光源，它们主要以原子辐射形式产生光辐射。根据这些光源中气体的压力，又可分为低压气体放电光源和高压气体放电光源。如图3-3 电光源的分类

图3-4 电光源的分类

一、白炽灯

凡是根据热辐射原理工作的光源都称为白炽灯。

白炽灯是电流通过物体(乌丝)后加热，即热辐射而发光的灯泡，它是电光源中最早的一代灯泡，也是使用最广泛的灯泡。白炽灯的心脏是灯丝，灯泡通过抽真空，将灯丝通电，使它热到白炽程度，即会辐射出可见光。

家庭照明常用的白炽灯泡主要是普通灯泡与装饰灯泡两种。普通灯泡又有真空灯泡和充气灯泡之分。（灯泡内涂银白色涂料，可节能60%）

白炽灯的优点： 1、灯丝集中，接近点光源

2、线路简单，不需要辅助器件

3、环境条件宽，使用方便

4、寿命与开关次数无关，

5、通电发光迅速，即开即亮

6、费用低，价格低廉

7、调光容易，也不会干扰电视和收音。

白炽灯的缺点： 1、发光效率低

2、发热温度高，热蒸发快

3、寿命较短(1000小时)

4、红外线成份高

5、易受震动影响

6、色温低，带黄色(2500K．60W)

7、耗能大，不利于节能。

二、荧光灯

荧光灯是室内照明应用最广的光源，被称为第二代光源，与白炽灯相比，具有光效高、寿命长、光色和显色性都比较好等特点，因此在大部分场合取代了白炽灯。

荧光灯主要有灯管和电极组成。荧光灯工作时，首先要使钨丝电极通电加热，温度约达到800~1000℃，目的是使电极具备热电子发射的条件。电极上还涂有钡、钙等金属的氧化物，它们具有较低的逸出功，以便在较低的温度下就能产生热电子发射，因此这些氧化物又称为电子发射物质。通过启动附件，使两电极之间产生高的电压脉冲，并在此高压电场作用下，使电极发射电子。发射的电子在管中撞击汞蒸气中的汞原子，使之激发，在去激发时汞原子产生光辐射。

荧光灯的寿命一般是指有效寿命，即荧光灯使用到光通量只有其额定光通量（即点燃100小时时的光通量）的70%时为止。国产普通荧光灯的寿命约为3000～5000h。

2.3.2照明光源、灯具的选用

一、各种光电源指标（表3-5）

表3-5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。

二、灯具选择条件（表3-6）

表 3-6灯具选择

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。

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。

2.4 照明控制系统

正确的控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。目前设计中常用的控制方式包括：跷板控制方式，断路器控制方式，定时控制方式，光电感应开关控制方式，智能控制器控制方式等，下面对各种控制方式加以介绍。

（一）跷板开关控制方式

跷板开关控制方式指的是以跷板开关控制一套活几套灯具的控制方式，这是采用得最多的控制方式，它可以配合设计者得要求随意布置，同一房间不同的出入口均需设置开关，单控开关用于在一处启闭照明。双控及多程开关用于楼梯及过道等场所，在上层下层或两端多处启闭照明。该控制方式线路繁琐，维护量大，线路损耗多，很难实现舒适照明。

（二）断路器控制方式

该方式是以断路器（空气开关，交流接触器等）控制一组灯具得控制方式。此方式控制简单，投资小，线路简单，但由于控制的灯具较多，造成大量灯具同时开关，在节能方面效果很差，又很难满足特定环境下的照明要求，因此在智能化建筑中应谨慎采用该方式，尽可能避免使用。

（三）定时控制方式

该方式是以定时控制灯具的控制方式。该方式可利用BAS的接口，通过控制中心来实现，但该方式太机械，遇到天气变化或临时更改作息时间，就比较难以适应，一定要通过改变设定值才能实现，比较麻烦。

还有一类延时开关，特别适合用在一些短暂使用照明或人们容易忘记关灯的场所，使照明点燃后经过预定的延时时间后自动熄灭。

（四）光电感应开关控制

光电感应开关通过测定工作面的照度与设定值比较，来控制照明开关，这样可以最大限度的利用自然光，达到更节能的目的。也可提供一个较不受季节与外部气候影响的相对稳定的视觉环境。特别适合一些采光条件好的场所，当检测的照度低于设定值的极限值时开灯，高于极限值时关灯。

（五）智能控制方式

在智能化建筑中照明控制系统将对整个楼宇的照明系统进行集中控制和管理，主要完成以下功能：

1）照明设备组的时间程序控制

将楼宇内的照明设备分为若干组别，通过时间区域程序设置菜单，来设定这些照明设备的启/闭。这样，每天照明系统按计算机预先编制好的时间程序，自动地控制各层楼层的办公室照明，走廊照明，广告霓虹灯等，并可以自动生成文件存档，或打印数据报表。

2）照明设备的联动功能

当楼宇内有事件发生时，需要照明各组做出相应的联动配合。当有火警时，联动正常照明系统关闭，事故照明打开；当有保安报警时，联动相应区域的照明灯开启。

第三章.设计计算说明，设备与元器件选择计算与参数选择说明

3.1 确定照度标准值

本设计师一幢五层的教学办公楼大楼。确定其照度标准值应严格执行(民用建筑电气设计规范)JGJ/T16-92中的照度标准。

3.1.1 民用建筑照明照度一般规定

民用建筑照明照度标准值应按以下系列分级：0.5、1、2、3、5、10、15、20、30、50、75、100、150、200、300、500、750、1000、1500和2000lx。

照度标准值是指工作或生活场所参考平面上的平均照度值。

在照明设计时，应根据光源的光通衰减，灯具积尘和房间表面污染引起照度值降低的程度，除以表4－1中的维护系数。

表4-1 维护系数表

3.1.2民用建筑照度标准

民用建筑照明照度标准见表4－2。

表4-2 民用建筑照明照度标准

注：有视觉显示屏的作业，屏幕上的垂直照度不应大于150lx。

3.2照度计算

3.2.1 单位容量计算法

单位容量计算法适用于方案或初步设计时的近似计算。

每单位面积的安装功率：

p w S

式中：P-全部灯泡的总安装功率（W ）； S-被照面积（2m ） W-单位面积安装功率（W ）；

表4-3 带反射罩荧光灯单位面积安装功率（2

W

m ）

3.2.2 利用系数法

利用系数法适用于灯具均匀布置的一般照明以及利用墙和天棚作为光线反射面的场合。当选用反射式、办反射式或漫反射式等主要利用反射光通的照明灯具时，必须采用此法计算。

在工作面上的平均照度E 系由光通的直射分量以及经房间多次反射的反射分量所造成的。投射在工作面上的这两个光通之和∑F 与照明灯具在受照房间内所发出的总光通NF 之比称为利用系数η。即

=F NF ∑

式中 F ――每一个照明灯具所发出的光通量（lm ）。

照明装置的利用系数与下列因素有关： ⑴ 照明灯具的效率及光强分布情况； ⑵ 墙壁、天棚和地板的反射系数pq,p t ,p d ⑶ 室形指数

i =

*()A B

h A B + (1)

经计算得: i=

5.5*5

(2.80.75)*(5.55)

-+=1.28

式中 A 、B ――房间的长度和宽度（m ）； h ――照明灯具的计算高度（m ）；

室形指数i 也可以直接从手册的表中查出，这里计算得出i=0.689 利用系数法的基本公式为：

F =

min

E N η

KZS Lm (2)