建筑照明设计

建筑照明设计是建筑,室内设计和电气工程领域的一个领域,涉及照明系统的设计,包括自然光,电灯或两者兼顾,以满足人类的需求。

设计过程考虑到:

提供照明的人类活动
所需的光量
光的颜色,因为它可能会影响整个特定物体和整个环境的视野
无论室内还是室外,照明空间内的光线分布
减轻系统本身对用户的影响
照明设计的目标是人类的反应,看清楚,没有不适。 建筑照明设计的目标是进一步设计建筑或建筑物和其他物理结构的体验。

历史
燃气照明十分经济,足以在19世纪初开始在主要城市点亮街道,并且还被用于一些商业建筑和富裕人士的家中。 气体地幔提高了实用照明和煤油灯的光度。 价格下降主要是由于电力供应的白炽灯泡。

概念
建筑照明设计侧重于建筑物或空间照明的三个基本方面。 首先是建筑的美学吸引力,这在零售环境照明中尤为重要。 其次,人体工程学方面:衡量照明功能的多少。 第三,能效问题是为了确保光线不会因过度照明而浪费,要么通过不必要地照亮空白空间,要么提供比美学或任务所需光线更多的光线。 文化因素也需要考虑;例如,明亮的灯光在中国的许多历史中都是财富的标志。

日间照明
当太阳穿过天空时,根据其位置,它可能看起来是红色,橙色,黄色或白色。 太阳在一天中变化的颜色主要是光散射的结果,并不是由于黑体辐射的变化。 天空的蓝色是由来自大气的阳光的瑞利散射引起的,其倾向于比蓝光更多地散射蓝光。

对于基于黑体理论的颜色,蓝色发生在较高的温度下,而红色则发生在较低的较冷的温度。 这与归因于颜色的文化协会正好相反,红色代表热和蓝色的寒冷。

赛程
灯具具有各种不同的功能。 最重要的功能是作为光源的支架,提供定向光线并避免视觉眩光。 有些是非常简单而实用的,有些则是自己的艺术作品。 几乎所有的材料都可以使用,只要它能够承受多余的热量并符合安全规范。

灯具的一个重要特性是发光效率或墙壁插座效率,这意味着每次使用的能源从灯具发出的可用光量,通常以每瓦流明量度。 使用可更换光源的灯具也可以将其效率称为从“灯泡”传递到周围环境的光的百分比。 照明灯具越透明,效果越好。 遮挡光线通常会降低效率,但会增加方向性和视觉舒适度。

PH灯是由丹麦设计师兼作家Poul Henningsen从1926年开始设计的一系列灯具。 该灯采用多个同心色调设计,消除视觉眩光,仅发射反射光,遮挡光源。

光度研究
光度研究(有时也称为“布局”或“逐点”)通常用于模拟项目的照明设计,然后再进行建造或翻新。 这使得建筑师,照明设计师和工程师能够确定建议的照明设置是否能够提供预期的照明量。 他们也将能够确定明暗区域的对比度。 在很多情况下,这些研究参考IESNA或CIBSE推荐的照明应用类型。 根据区域类型的不同,可能会强调不同的设计方面以确保安全性或实用性(即保持均匀的光照水平,避免眩光或突出显示某些区域)。 通常使用专业软件来创建这些软件,这些软件通常结合使用二维数字CAD绘图和照明模拟软件。

白光源的色温也影响其在某些应用中的使用。 白光源的色温是理论上的黑体发射体的温度,与灯的光谱特性最接近。 白炽灯泡的色温约为2800至3000开尔文; 日光约为6400开尔文。 较低的色温灯在可见光谱的黄色和红色部分具有相对较多的能量,而较高的色温对应于具有更多蓝白色外观的灯。 对于重要的检测或颜色匹配任务,或者用于食品和衣服的零售显示器,灯具的色温将根据最佳总体照明效果进行选择。 颜色也可能由于功能原因而被使用。 例如,蓝光使得很难看到静脉,因此可能被用来阻止药物的使用。

相关的色温
光源的色温是理想的黑体散热器的温度,它发出与光源相同色调的光。 色温是可见光的一个特征,在照明,摄影,录像,出版,制造,天体物理学,园艺等领域具有重要应用。 在实践中,色温对于实际上与某些黑体的辐射相对应的光源仅有意义,即从红/橙到黄色或多或少的白色到蓝白色的线上的那些光线相当接近。 说绿色或紫色光的色温是没有意义的。 色温通常以绝对温度单位表示,开尔文单位符号为K.

对于照明建筑物内部,考虑照明的色温通常是重要的。 例如,在公共场所经常使用较暖的(即较低的色温)光来促进放松,而使用较冷的(较高的色温)光来增强办公室的浓度。

LED技术的CCT调光被认为是一项艰巨的任务,因为LED的分档,年龄和温度漂移效应会改变实际颜色值输出。 这里反馈回路系统用于例如颜色传感器,以主动监控和控制多个混色LED的颜色输出。

从理想的黑体发射的电磁辐射的色温定义为其以凯尔文为单位的表面温度,或者也可以是在微孔(微倒易开尔文)中的表面温度。 这允许定义比较光源的标准。

分类不同的照明
就热表面散发热辐射但不是理想的黑体散热器而言,光的色温不是表面的实际温度。 白炽灯的光是热辐射,灯泡接近理想的黑体散热器,所以它的色温基本上是灯丝的温度。

许多其他光源,如荧光灯或LED(发光二极管)主要通过除热辐射以外的过程发光。 这意味着发射的辐射不遵循黑体光谱的形式。 这些源被分配了所谓的相关色温(CCT)。 CCT是黑体散热器的色温,它对人体颜色的感知最接近灯的光线。 由于白炽灯不需要这种近似值,所以白炽灯的CCT就是其未调节的温度,与黑体散热器相比较。

方法
对于简单的安装,可以使用基于表格数据的手动计算来提供可接受的照明设计。 现在更关键或优化的设计通常在计算机上使用数学建模。

根据灯具的位置和安装高度以及它们的光度特性,可以检查建议的照明布局的均匀性和照明量。 对于较大的项目或具有不规则平面图的人员,可以使用照明设计软件。 每个灯具都有其位置输入,并且可以输入墙壁,天花板和地板的反射率。 然后,计算机程序将生成一组覆盖在项目平面图上的等高线图,显示工作高度处的光照水平。 更高级的程序可以包括来自窗户或天窗的光效,从而可以进一步优化照明装置的运行成本。 通常可以通过进行日光因数计算来分析在内部空间接收的日光量。

分区腔法被用作手,表格和计算机计算的基础。 该方法使用房间表面的反射系数来模拟由于墙壁和天花板反射的光线而在房间工作层面对有用照明的贡献。 灯具制造商通常会使用简化的光度值来用于此方法。

户外泛光照明的计算机建模通常直接从光度数据进行。 灯的总照明功率被分成小的固角区域。 每个区域延伸到要点亮的表面和计算的面积,从而给出每单位面积的光功率。 在使用多个灯来照亮相同区域的情况下,每个人的贡献被总结。 再次,列表中的灯光级别(以勒克斯或英尺烛光表示)可以作为恒定照明值的等高线呈现,叠加在项目平面图上。 手动计算可能只需要几点,但计算机计算可以更好地估计均匀性和照明水平。

国际专业组织
澳大利亚和新西兰照明工程学会成立于1930年大萧条时期。

国际照明设计师协会(IALD)成立于1969年,其目前的使命是“通过促进会员在实践照明设计方面取得的显着成功,为IALD全球会员服务”。该组织为该行业创造了一种新的态度,提高了建筑照明设计的概况,这是其主要目标之一。

专业照明设计师协会(PLDA)成立于1993年,是欧洲照明设计师协会(ELDA,后来的ELDA +)。 在2014年解散之前,IALD是建筑照明设计的主要权威机构之一。

北美照明工程协会(IESNA)试图通过将照明知识与照明知识相结合并将这些知识转化为有利于公众的行动来改善照明环境。

全国照明行业资质委员会(NCQLP)是一个非营利性组织,成立于1991年,通过有效和高效的照明实践服务和保护公众的福祉。 通过同行评议过程,NCQLP为照明行业的基准认证制定了教育,经验和考试要求。 NCQLP建立了一个认证流程,通过测试,照明及相关领域的从业人员展示他们在照明行业的知识和经验。 那些成功完成NCQLP照明认证考试的人有权使用名称后的名称LC(照明认证)作为专业用途。

国际照明委员会(CIE)是一个“致力于成员国之间就所有与照明科学和艺术有关的问题进行国际合作和信息交流的组织”。CIE在全球范围内致力于开发和发布照明设计标准化和最佳设计,练习文件。

专业灯光音响协会(PLASA)代表了许多照明设计师和制造商的利益,其中一些参与建筑照明市场。 PLASA面向英国,但确实代表欧洲和国际层面的公司。

还有更多的国家组织,如瑞士的Schweizerische Licht Gesellschaft(SLG),法国的ConcepteursLumièreetÉclairagistes(ACE)协会,希腊的希腊照明委员会(HIC)以及法国的Associazione Professionisti dell’Illuminazione( APIL)在意大利。

照明控制系统
动作探测器
计时器
触摸
X10(工业标准)系统
0-10 V照明控制
数字可寻址照明接口Dali可调光

建筑照明设计出版物
在Jun’ichirōTanizaki的“影子赞美”一文中,与变化形成鲜明对比的是日本美学的一篇文章。 用光与黑暗的比较来对比西方和亚洲的文化。
理查德凯利的光的结构
Dietrich Neumann对现代建筑的照明
由光制成| Speirs + Major | 设计师使用光
斯坦利麦坎德利斯照明舞台的一种方法
建筑照明:使用HervéDescottes与Cecilia Ramos设计光与空间(作者)
照明设计基础(美国经验系统)作者Mark Karlen(作者),James R. Benya(作者),
光的建筑:建筑师,室内设计师和照明设计师的程序和实践的教科书。 由贤者罗素
照明改造和重新亮点:节能照明指南作者:James R. Benya(作者),Donna J. Leban
Susan M. Winchip的照明基础
用灯光设计:建筑照明设计的艺术,科学与实践Jason Livingston。
照明:基本概念/编辑Warren G. Julian; 由悉尼大学建筑科学系的成员撰写
由路易斯·克莱尔出版的“建筑学报”(2003年)(双语出版物,法文和英文)

建筑设计媒体
随着全球对绿色设计和能源法规的关注度不断提高,照明设计及其在可持续发展中的作用日益显现,导致一些特定于照明的贸易出版物和建筑出版物的覆盖面增加。

术语
嵌入式灯
保护性外壳隐藏在天花板或墙壁后面,只露出灯具本身。 天花板安装版本通常被称为筒灯。
用各种灯具“罐头”
Jargon适用于嵌入天花板的廉价筒灯产品,或者有时用于放置在地板上的聚光灯。 这个名字来自住房的形状。 加拿大和美国部分地区通常使用术语“锅灯”。
湾光
在一个长方形的箱子里面墙壁上嵌入天花板。
落地灯
暗灯槽
嵌入式荧光灯固定装置,通常为矩形,可安装在吊顶天花板上。
表面安装的灯
完成的外壳是暴露的,而不是与表面齐平安装
吊灯
吊灯
用链条或管道从天花板上吊下
壁灯
提供向上或向下灯光; 可以用来照亮艺术品,建筑细节; 通常用于走廊或作为头顶照明的替代品。
跟踪照明灯具
单个固定装置(“轨道头”)可以定位在沿着轨道的任何地方,从而提供电力。
橱柜内的灯光
安装在厨房壁柜下方
应急照​​明或出口标志
如果主电源出现故障,则连接到备用电池或具有紧急电源的电路
高和低湾照明
通常用于工业建筑的普通照明,通常用于大型商店
带灯或工业照明
通常用于仓库或工厂的荧光灯长线
户外照明和景观照明
用于照亮走道,停车场,道路,建筑外部和建筑细节,花园和公园。
系缆柱
一种建筑室外照明,是一种短而直立的地面安装装置,通常用于为出口照明,光线走道,台阶或其他路径提供截止型照明。
路灯
泛光照明
通常用杆或支柱安装 – 用于景观,道路和停车场

灯类型
电灯照明类型包括:

白炽灯泡
弧灯
气体放电灯(如荧光灯和紧凑型荧光灯,霓虹灯,金属卤化物灯,现代摄影闪光灯)
激光器
发光二极管(LED),包括OLED
硫灯

名称 光谱 名义效率
(流明/瓦)
终身(MTTF)
(小时)
色温
(开尔文)
颜色 颜色
翻译
指数
白炽灯泡 连续 4-17 2-20000 2400-3400 暖白色(微黄色) 100
卤素灯 连续 16-23 3000-6000 3200 暖白色(微黄色) 100
日光灯 汞线+荧光粉 52-100(白色) 8000-20000 2700-5000 * 白色(各种色温)以及饱和色可用 15-85
金属卤化物灯 准连续 50-115 6000-20000 3000-4500 冷白 65-93
硫灯 连续 80-110 15000-20000 6000 浅绿色 79
高压钠 宽带 55-140 10000-40000 1800-2200 * 粉红色的橙色 0-70
低压钠 细线 100-200 18000-20000 1800 * 黄色,没有颜色渲染 0
发光二极管 线加荧光粉 10-110(白色) 50,000-100,000 各种白色从2700到6000* 各种色温,以及饱和的颜色 70-85(白色)
无极灯(外部线圈) 汞线+荧光粉 70-90(白色) 80,000-100,000 各种白色从2700到6000* 各种色温,以及饱和的颜色 70-85(白色)

*色温定义为发射相似光谱的黑体温度; 这些光谱与黑体的光谱大不相同。
电灯的最有效的来源是低压钠灯。 出于所有实际目的,它产生单色橙色/黄色光​​,其给出任何照明场景的类似单色感知。 出于这个原因,它通常保留用于户外公共照明用途。 低压钠灯被天文学家喜欢用于公共照明,因为它们产生的光污染可以很容易地过滤,与宽带或连续光谱相反。

白炽灯泡
现代白炽灯泡由钨丝卷绕而成,于20世纪20年代由1880年推出的碳丝灯发展而成。该灯泡用于普通照明的灯泡种类繁多,其中包括低压,电源类型通常用作设备的组件,但现在很大程度上被LED所取代

目前有兴趣在一些国家禁止某些类型的白炽灯,例如澳大利亚计划在2010年之前禁止使用标准白炽灯泡,因为它们在将电力转换为光能方面效率低下。 斯里兰卡已经禁止进口灯丝灯泡,因为电力消耗高,光线少。 少于3%的输入能量转换为可用光。 几乎所有的输入能量都以热量结束,在炎热的气候下,必须通过通风或空调将其从建筑物中移除,这往往导致更多的能源消耗。 在寒冷和黑暗的冬季月份需要加热和照明的较冷气候下,热副产品至少具有一定价值。

卤素灯
卤素灯通常比标准白炽灯小得多,因为成功运行时灯泡温度通常需要200°C以上。 出于这个原因,大多数有一个石英玻璃球,但有时是硅酸铝玻璃球。 这通常密封在一层额外的玻璃内。 外层玻璃是安全防范措施,可减少紫外线辐射,并且卤素灯泡在操作过程中偶尔会发生爆炸。 一个原因是如果石英灯泡有指纹油腻的残留物。裸灯泡的烧伤或火灾风险也更大,导致其在某些地方被禁止使用,除非被灯具封闭。

日光灯
荧光灯由低压汞蒸气或氩气的玻璃管组成。 流经管道的电流使气体释放出紫外线能量。 管内部涂有磷光体,当被紫外线能量照射时会发出可见光。 比白炽灯具有更高的效率。 对于相同数量的光线,它们通常使用白炽灯的四分之一到三分之一的功率。

点灯
自20世纪70年代以来,固态发光二极管(LED)一直是指示灯。 近年来,功效和产量已经上升到现在LED正在小型照明应用中使用的程度。

指示灯的寿命非常长,可达10万小时,但照明LED的保守性要低得多(由于每瓦LED的成本高),因此使用寿命更短。

由于每瓦成本相对较高,LED照明在功率非常低的情况下非常有用,通常用于10W以下的灯组件.LED在低功耗应用(如夜灯和手电筒)中目前最实用且经济高效。彩色LED也可以用于重点照明,例如玻璃物体,甚至在派对上用于制作饮料的假冰块。 他们也越来越多地被用作假日照明。

LED效率在很宽的范围内变化。 有些灯丝的效率比白炽灯低,有些则明显偏高。 LED在这方面的性能容易被误解,因为LED的固有方向性使其在每个给定的总光输出的一个方向上具有高得多的光强度。

单色LED技术很成熟,但在撰写本文时,白光LED仍然存在一些未解决的问题:

CRI不是特别好,导致颜色再现不准确。
来自磷光体的光分布不完全匹配来自LED晶粒的光的分布,因此色温在不同的角度变化。
荧光粉性能会随着时间的推移而降低,导致色温变化和输出下降。 随着一些LED退化可能相当快。
有限的耐热性意味着可装入灯组件中的电量是可用于类似尺寸的白炽灯中的功率的一部分。
由于LED技术功耗低,发热量低,即时开关控制,对于照明设计人员非常有用,而且在单色LED的情况下,二极管整个使用寿命期间颜色的连续性以及制造成本相对较低。

在过去的几年里,软件已经发展到合并照明和视频,使照明设计师能够将视频内容传输到他们的LED灯具,从而创建低分辨率视频墙。