第一章 照明基础知识

第一节 基本概念 一、常用术语

名称 符号 单位 说明

光线和辐射 光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部 分光谱。这类射线的波长范围在 360~830nm 之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部分。 光通量 Ф 流明 LM 光源发射并被人的眼睛接受能量的总和即为光通量。

光强 I 坎德 cd 光的强度，可见光在某一特定方向角内所放射的强度。

照度 E 勒克斯 Lux 照度是光通量与被照面积之间的比例系数。1Lux 即指 1Lm 的光通量平均 分布在面积 1 ㎡的平面上的明亮度。

色温 K 开尔文

（k） 当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体”的温度就 称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则越少。 例如：白炽灯的光色是暖色，其色温表示为 2700K,而日光色荧光灯的色温表示方法则是

6000K。色温以绝对温度 K 来表示，色温值越高，表示冷感越强，色温越低暖感越强，越柔 和，通常大部分光源设计集中在 2700K~4300K 及 5800K~6700K 两个色温位置。

光色 光色实际上就是色温，大致分为三大类：暖色<3300K、中间色 3300K~5000K、日光 色>5000K，由于光线中光谱组成有差别，因此即使光色相同，光的显色性也可能不同。显色性 原则上，人造光线应与自然光线相同，使人肉眼能正确辨别事物的颜色。当然，这 要根据照明的位置和目的而定。光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做“显色 指数”（Ra）

灯具效率 灯具效率（也叫光输出系数）是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输 出的光通量与灯具内光源输出的光通量之间的比例。

光源效率

光源效率（Lm/W） 也就是每一瓦电力所发出的光量，其数值越高表示光源的效率愈高， 所以对于使用时间较长的场所，如办公室走廊、走道、隧道等，效率通常是一个重要的考虑 因素。

亮度 光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中反射光的数量，称为光源在某一方向的光亮度，符号为 L，L=di/ds 单位为 cd/㎡（坎德拉每平方米）。

眩光 视野内有亮度极高的物体或强烈的亮度对比，则可以造成视觉不舒适称为眩光。眩光 可以分为视能眩光和不舒适眩光。眩光是影响照明质量的重要因素。

功率因素 电路中有用功率与实际功率之间的比值。功率因数低，则电流中的谐波含量越高， 对电网产生污染，破坏电网的平衡度，无功损耗增加。

平均寿命 也就是额定寿命，是指点亮批量灯完好率为 50%的小时数。

光束角 射灯发射光的空间分布，以中心最强，向四周逐渐减弱到中心光强 50%强度的圆锥 角为光束角。

三基色 红、绿、蓝（稀土元素在紫外线照射下呈现的三种颜色）。

频闪效应 电感式荧光灯随电压电流周期性变化，光通量也周期性的产生强弱变化，使人产 生不舒适的感觉，称为频闪效应。

二、光色的应用 名称 说明

暖色光 暖色光的色温在 3300K 以下，暖色光与白炽灯相近，红光成分较多，能给人温暖、 健康、舒适的感觉。适用于家庭、住宅、宿舍、宾馆等场所或温度较低的地方。

冷白色光 又叫中性色，它的色温在 3300K~5300K 之间，中性色由于光线柔和，使人有愉快、

舒适、安详的感觉。适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。

冷色光 又叫日光色，它的色温在 5300K 以上，光源接近自然光，有明亮的感觉，使人精力 集中。适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等场所。

三、推荐照度范围

序号 照度范围（LX） 应用场所

1 20-30-50 室外活动场所及工作场所。如走廊、贮藏室、楼梯间、浴室、咖啡厅、站前广告等等。

2 30-100-150 流通场所，短途旅程的方向定位。如电梯前室、客房服务室、酒吧柜台、室内 菜场营业厅、值班室、邮电、游艺厅、剧场、进站大厅、问询处、诊室、商场领道区等等

3 100-150-200 非连续使用的工作场所。办公室、接待室、客房写字台、商店货架、柜台、 小卖部、厨房、售票房、排演厅、检票处、手术室、放射室、广播室、总机室、电教室、保龄球、理发室等等。

4 200-300-500 简单视觉要求的作业场所。如阅览室、设计室、打字室、橱窗、陈列室、美 容、烹调、体育运动的训练场、玻璃石器金属品的展览厅、保龄球、排球、羽毛球、武术等的比赛场所等等。

5 300-500-700 中等视觉要求的作业场所。体操网球篮球比赛场、游泳跳水比赛场、绘图室、 印刷机房、木材机械加工、一般精细作业、粗加工、机床区、电修车间等等。

6 500-750-1000 较强视觉要求的作业。乒乓球、围棋、象棋、等比赛场、金属加工厂、机电 装配车间的小件装配、精密电修车间、打字室、抛光车间等等。

7 750-1000-1500 较难视, 觉作业要求的场所。

8 1000-1500-2000 特殊视觉要求的作业场所。

9 2000 以上 进行很精密的视觉作业。 四、照明产品分类

（1） 电光源产品 包括新型普通照明灯泡、卤钨灯泡（包括单端、双端、反端式等）、荧光灯（包括直管型、 环型、紧凑型、异型等）、高强气体放电灯（包括高压钠灯、金属卤化物灯等）、各类辐射光源（红外紫外等）、高频无极灯、霓虹灯、各类交通运输及信号灯。

（2） 灯具灯饰 民用灯具、建筑灯具、工矿灯具、投光照明灯具、室内外灯具灯饰、嵌入式灯具、船用荧灯 照明灯具、船用防暴灯具、道路照明灯具、汽车摩托车飞机照明灯具、特种车辆标志照明灯具、电影电视舞台照明灯具、防爆灯具、水下照明灯具。

（3） 照明电器附件 整流器、电子触发器、电子变压器、电子镇流器、电子调频器、启辉器、灯用电器。五、各国电器电子产品认证标致及说明 认证是由第三方经授权的独立的权威机构根据相关的国家或国际法规标准，对生产厂家的产 品或生产体系进行检测与监督，并就通过与否签发检测报告与证书的过程。如果取得认证， 也就说明产品质量符合了国家或国际标准。

长城标志

长城标志又称 CCEE  安全认证标志，为电工产品专用认证标志。中国电工产品认证委 员会（CCEE）是国家技术监督局授权，代表中国参加国际电工委员会电工产品安全认证组 织（IECEE）的唯一合法机构，代表国家组织对电工产品实施安全认证（长城标志认证）。

按照《中华人民共和国标准化法》和《中华人民共和国产品质量认证管理条例》，电工产

品开展安全认证是以等效转化国际电工委员会（IEC）安全标准的强制性国家标准和行业标 准为依据，按此类标准开展的认证必须进行强制性监督管理，凡未经安全认证的此类产品，不准出厂、销售、进口和使用。

PRC 标志

PRC 标志为电子元器件专用认证标志，其颜色及其印制必须遵守国务院标准化行政主管部门，以及中国电子元器件质量认证委员会有关认证标志管理办法的规定。

UL 认证标志

UL 是美国保险商实验室（Underwrite rs Laboratories Incorporation）的缩写，它是一个 国际认可的安全检验及 UL  标志的授权机构，对机电包括民用电器类产品颁发安全保证标 志。一百多年来，一直致力于对有关材料、工具、产品、设备、构造、方法和系统等对生命 财产的危险性进行评估实验。美国安全检测实验室公司提出了为公众所接受的科学测试方法 和要求，它制订了七百多种安全标准，其中部分 UL 安全标准被美国政府采纳为国家标准。 产品要行销美国市场，UL 认证标志是不可缺少的条件。

CE 标志

CE 标志是欧洲共同市场安全标志，是一种宣称产品符合欧盟相关指令的标识。使用 CE 标志是欧盟成员对销售产品的强制性要求。目前欧盟已颁布 12 类产品指令，主要有玩具、 低压电器、医疗设备、电讯终端（电话类）、自动衡器、电磁兼容、机械等。

GS 标志

GS 标志是德国安全认证标志，它是德国劳工部授权由特殊的 TUV 法人机构实施的一种 在世界各地进行产品销售的欧洲认证标志。GS 标志虽然不是法律强制要求，但是它确实能 在产品发生故障而造成意外事故时，使制造商受到严格的德国（欧洲）产品安全法的约束，所以 GS 标志是强有力的市场工具，能增强顾客的信心及购买欲望，通常 GS 认证产品销售 单价更高而且更加畅销。

欧共体 CE 规定，从 1997 年 1 月 1 日起管制“低电压指令（LVD）”。GS 已经包含了“低电 压指令（LVD）”的全部要求。所以获得 GS 标志后，TUV 会例外免费颁发该产品 LVD 的 CE 证明（COC），TUV Rhein land1997 年后的证书则在 GS 证书中包含了 LVD 证书。厂商 申请 GS 标志的同时获得了 LVD 证明。瑞士和波兰产品安全认证标志产品范围同 GS 标志。 TUV 标志

TUV 标志是德国零部件产品型式认证标志，适用于电气零部件，如：电源、变压器、调 光器、继电器、插接件、插头、导线等机械产品零部件及运动器材零部件。随着电气电子技 术的发展，家用电器产品日益普及。广播电视、邮电通讯和计算机网络的日益发达，电磁环 境日益复杂和恶化，使得电气电子产品的电磁兼容性问题受到各国政府和生产企业的日益重 视。欧共体政府规定，从 1996 年 1 月 1 日起，所有电气电子产品必须通过 EM C 认证，加 贴 CE 标志后才能在欧共体市场上销售。此举在世界上引起广泛反响，各国政府纷纷采取措 施，对电气电子产品的 EM C 性能实行强制性管理。国家标准 GM4343《家用和类似用途电 动、电热器具，电动工具以及类似电器无线电干扰特性测量方法和限值》已于 1996  年 12 月 1 日起强制实施，国内的家用电器生产厂家必须尽早行动起来，重视 EM C 认证工作，了 解和提高产品 EM C 性能，紧随 EM C 认证的新形势，以取得市场上的主动地位。

JIS 标志

JIS 标志是日本标准化组织（JISC）对经指定部门检验合格的电器产品、纺织品颁发的 产品标志。

BEB 标志

BEB  标志是英国家用电器审核局对电器及电器设备经指定的第三方认证机构确认合格

后，颁发的安全质量认证标志。

NF 标志

NF 标志是法国认证标志，这种标志可单独用于电器及非电器类产品，也可与其他标志 或字母的图案共同使用，主要指安全标准要求和效能特征。 CB 标志

CB 检验为全球性相互认证体系，全世界有 34 个会员。在共同的 IEC 标准下，各验证 单位均相互承认彼此核发之 CB 证书及报告，据此，可以迅速地转换他国证书。

Nordic 标志

Nordic 标志是北欧四国安全认证标志，产品范围同 CB 标志。

第二节 光源

一、 常见光源分类、特征及应用 类别 效率（LM） 经济寿命

（小时） 特征 适用范围 白炽灯 Incadescent Lamps 普通灯泡

Normal incandescent lamps 8~18 1000 安装及使用容易、立即启动、成本低、反射灯泡可做聚光投射。 住宅的基本照明及装饰性照明、反射灯泡可用于重点照明。

反射灯泡

Reflector lamps 8~18 1000

卤素灯

Halogen  lamps 12~14 2000~3000 体积小、高亮度、光色较白、安装容易、寿命较普通灯泡 长。 商业空间的重点照明。

日光灯 Fluorescent Lamps

普通型日光灯

Tubular  Lamp 60~104 5000~12000 有各种不同光色可供选择、可达到高照度并兼顾经济 性。 办公室、商场、住宅及一般公共建筑。

PL 灯管 46~87 8000~10000 体积小、寿命长、效率高、省电。 局部照明、安全照明、方向指 标照明。

SL 省电灯管 39~50 6000 高效率、省电、能直接取代普通白炽灯泡。大部分使用白炽灯泡的 场所均可使用。

气体放电灯 高压水银灯泡

High-pressure mercury lamp 40~61 1000~12000 高效率、寿命长、适当的演色性。 住宅区的 公用照明、运动场、工厂。

免用整流器水银灯泡

Blended-light self-ballasted light 10~26 6000 寿命长、演色性佳、安装容易、效率较白炽灯泡 高。 可直接取代白炽灯泡用于小型工业场所、公共区域用植栽照射。

金属卤化物灯泡

Metal halide light 66~108 4000~10000 效率高、寿命长、演色性佳。 适合彩色电视转播的运 动场投光照明、工业照明、道路照明、植栽照射。

高压钠气灯泡

High-pressure sodium lamp 68~150 8000~16000 效率极高、寿命较长、光输出稳定。 道路、 隧道等公共场所照明、投光照明、工业照明、植栽照射。

低压钠气灯泡

Low-pressure sodium lamp 99~203 12000 效率极高、寿命特长、明视度高、显色性差为单一 光色。 要求节约能源及效率而颜色不重要的各种场所。

二、 主要光源介绍 实质上，使用效率最高的光源是低压钠灯，由于它发射单色的黄色光，因此几乎没有显色性 能。与之相对照，白炽灯及卤钨灯有极好的显色性能，但是其发光效率很低。

1、 白炽灯 有较宽的工作电压范围，从电池提供的几伏电压到市电电压，价格低廉，不需要附加电路。其主要应用是家庭照明及需要密集的低工作电压灯的地方，如手电筒、控制台照明等。仅有

10%的输入能量转化为可见光能，典型的寿命从几十小时到几千小时不等。 使用通电的方式加热玻璃泡壳内的灯丝，导致灯丝产生热辐射而发光的光源，灯头是白炽灯 电连接和机械连接部分，按形式和用途主要可分为螺口式灯头，聚焦灯头及特种灯头。在普 通白炽灯中，最常用的螺口式灯头为 E14、E27；最常用的插口灯头为 B15、B22。常用于 住宅基本照明及装饰照明，具有安装容易，立即启动，成本低廉等优点。 主要部件：灯丝、支架、泡壳、填充气体、灯架。

2、 卤钨灯 同额定功率相同的无卤素白炽灯相比，卤钨灯的体积要小得多，并允许充入高气压的较重气 体（较昂贵），这些改变可延长寿命或提高光效。同样，卤钨灯也可直接接电源工作而不需控制电路。卤钨灯广泛用于机动车照明、投射系统、特种聚光灯、低价泛光照明、舞台及演 播室照明及其他需要在紧凑、方便、性能良好上超过非卤素白炽灯的场合。

3、 荧光灯 主导商业和工业照明。通过设计的革新、荧光粉的发展，及电子控制线路的应用，荧光灯的 性能不断提高。带一体化电路的紧凑型荧光灯的引入拓宽了荧光灯的应用，包括家居的应用， 这种灯替代白炽灯，将节能 75%，寿命提高 8~10 倍。一般情况下，所有气体放电灯都需要 某种形式的控制电路才能工作。 荧光灯的性能主要取决于灯管的几何尺寸即长度和直径，填充气体的种类和压器，涂敷荧光 灯粉及制造工艺。现在我们常用的荧光灯主要分以下三类：

⑴直管灯：一般使用的有 T5、T8、T12，常用于办公室，商场、主宅等一般公用建筑，具 有可选光色多，可达到高照度兼顾经济性等优点。

“T”表示灯管直径 一个“T”表示 1/8 英寸

T5 管直径 15mm T8 管直径 25 mm T12 管直径 38 mm

荧光灯都可调配出 3000K 3500K 4000K 6500K 四种标准“白色”。

⑵ 高流明单端荧光灯 高流明单端荧光灯又称为是为高级商业照明中代替直管荧光灯设计。这种灯管与直管型灯管 相比，主要的优点有：结构紧凑、流明维护系数高，还有它这种单端的设计使得灯具中的布 线简单的多。

⑶紧凑型荧光灯（CFLS）

紧凑型荧光灯又称为节能灯，使用直径 9-16  mm 细管弯曲或拼接成（U 型、H 型、螺旋型 等），缩短了放电的线型长度。它的光效为白炽灯的五倍，寿命约 8000—10000 小时，常用 于局部照明和紧急照明。一般分为两类：

A、带镇流器一体化紧凑型荧光灯 这种灯自带镇流器、启辉器等全套控制电路；并装有爱迪生螺旋灯头或插式灯头。可用于使 用普通白炽灯泡的场所，具有体积小，寿命长，效率高，省电节能等优点，可用来取代白炽

灯。

B、与灯具中电路分离的灯管（PLC） 用于专门设计的灯具之中借助与灯具结合成一体的控制电路工作，灯头有两针和四针两种， 两针灯头中含有启辉器和射频干扰（RFI）抑制电容，四针无任何电器组件。一般四针 PLC 光源使用于高频的电子镇流器中。常用于局部照明和紧急照明。 荧光灯控制电路（镇流器）可分为：电感式、电子式。电感式镇流器的特点是功率因素低，有频闪效应，自身重量大，但寿命长，坚固耐用，成本低；电子式镇流器的特 点是功率因素高，无频闪，重量轻。随着技术的发展进步，低成本、长寿命的电子镇流器将 逐步取代传统的电感镇流器。

4、 低压钠灯 光效最高，但仅辐射单色黄光，这种灯照明情况下不可能分辨各种颜色的。主要应用是：道路照明，安全照明及类似场合下的室外应用。其光效是荧光灯的 2 倍，卤钨灯的 10 倍。与 荧光灯相比，低压钠灯放电管是长管形的，通常弯成“U”型，把放电管放在抽成真空的夹层 外玻壳内，其夹层外玻壳上涂有红外反射层以达到节能和提高最大光效的目的。

5、 高强度气体放电灯（HID） 这类灯都是高气压放电灯，特点是都有短的高亮度的弧形放电管，通常放电管外面有某种形 状的玻璃或石英外壳，外壳是透明或磨砂的，或涂一层荧光粉以增加红色辐射。分为： 高压汞灯（HPMV）：最简单的高强度气体放电灯，放电发生在石英管内的汞蒸气中，放电 管通常安装在涂有荧光粉的外玻璃壳内。高压汞灯仅有中等的光效及显色性，因此主要应用 于室外照明及某些工矿企业的室内照明。 高压钠灯（HPS）：需要用陶瓷弧光管，使它能承受超过 1000℃的有腐蚀性的钠蒸气的侵蚀。 陶瓷管安装在玻璃或石英泡内，使它与空气隔离。在所有高强度气体放电灯中，高压钠灯的 光效最高，并且有很长的寿命（24000  小时），因此它是市中心、停车场、工厂厂房照明的理想光源。在这些场合，中等的显色性就能满足需要。显色性增强型及白光型高压钠灯也可用，但这是以降低光效为代价的。

金属卤化物灯（M-H）：是高强度气体放电灯中最复杂的，这种灯的光辐射是通过激发金属 原子产生的，通常包括几种金属元素。金属元素是以金属卤化物的形式引入的，能发出具有 很好显色性的白光。放电管由石英或陶瓷制成，与高压钠灯相似，放电管装在玻璃泡壳或长管形石英外壳内。广泛应用在需要高发光效率、高品质白光的所有场合。典型应用包括上射 照明、下射照明、泛光照明和聚光照明。紧凑型金属卤化物灯在需要精确控光的场合尤其适 宜。

6、 感应灯 刚出现不久的无极气体放电灯。所需要的能量是通过高频场耦合到放电中的，变压器的次级 线圈就能产生有效的放电。从形式看来，感应灯是紧凑型荧光灯的另一种形式，但高压部分 也许不同。这种灯不局限于长管形（如荧光灯管），同时还能瞬时发光。工作频率在几个兆赫之内，并且需要特殊的驱动和控制灯燃点的电子线路装置。

7、 场致发光照明 包括多种类型的发光面板和发光二极管，主要应用于标志牌及指示器，高亮度发光二极管可 用于汽车尾灯及自行车闪烁尾灯，具有低电流消耗的优点。

三、 发光原理

1、 白炽灯

太阳发光是因为表面温度接近 6000K，所有固体、液体及气体如达到足够高的温度，都会产 生可见光。白炽灯中的固体钨在大约 3000K 时的炽热就是我们常见的光源。白炽体的重要

特性：辐射的色表随着辐射体的温度的升高从暗红、经过桔黄、发白，最后到炽蓝。色温也

随着辐射体的温度升高而提高。 白炽灯之所以使用钨做灯丝材料是因为钨在高温下的低蒸气速率以及可以被抽成细丝等其他性质。电流在金属导线中流过时会有一定的消耗，当输入功率与辐射功率及其他功率损失 的总和精确平衡时，就达到了一个稳定态。影响一些光源寿命的因素，主要原因是由于钨灯丝的蒸发损失，主要是热点和填充气体。

2、 卤钨灯

维恩位移定律表明：温度越高光效越高。如钨丝表面在 3200K 时的光效（每一瓦电力所发 出的光量，其数值越高表示光源的效率愈高）为 36 lm.W-1，而在 2800K 时为 22 lm.W-1。 如果在高压下使用一种低热导气体，如氪，使蒸发受到抑制，就可以使用较高的灯丝温度。要安全承受这种高压，就需要一种小而结实的灯泡。非常小量的卤素，如各种形式的碘、溴， 可以用来与到达灯泡壳壁的钨起反应，确保泡壳的干净。通过这种手段制造出灯丝温度达到

3450K 的灯泡，同时也改进了光效。如果没有充入卤素，这种灯泡会在几小时内变黑。 改善钨丝灯的方法是只允许可见辐射出射。如果红外辐射被反射回来并被灯丝吸收，则维护 灯丝温度的功率就可以减小。商业化实现方法：发明制造低费用、低损耗、高质量的红外反射膜，我们也可称之为红外反射滤光器。

3、 气体放电 放电通常比白炽灯更有效，这是由于其辐射来自高于固体灯丝能达到的温度区域。放电是比 钨更有选择的发射体（可移向可见区或者紫外区而远离红外辐射区），因此在红外辐射区有更少的能量浪费。 放电形成等离子体，它是离子、电子形成的混合体，平均呈电中性。一般必须有与等离子体的电子连接，通常是电极，但无电极连接也是可能的。

⑴带电极的气体放电

气体放电示意图：空心圆表示可被电离和形成等离子体的气体原子。当带有正电荷的粒子在 电场作用下定向位移时，就形成了放电电流。阴极必须能发射出足够多的电子，以维持电流的持续，而阳极则接收电流。图中的电阻是直流放电时起限制电流作用的镇流器。圆中有* 符号的表示是被高能电子激发的原子，他们会产生辐射。 当一个足够大的电场加在气体上，气体被击穿而导电。最熟悉的例子是闪电。产生击穿是由 于自然界中总有数量很小的、由宇宙射线或者自然放射所产生的以电子-离子对形式存在的 电离。外加的电场使电子加速（离子相对是静止的），一部分可能获得足够能量从而电离气 体原子。 当施加足够大的电场时，电离的速率可能超过离子与电子复合的损失速率；那么放电电流就 会迅速增长。电荷携带者的产生率比电流增长得更迅速。结果是放电电压将随着电流的上升而下降。电流限制通过镇流器来实现，以阻止电流上涨到使保险丝熔断或者一些别的破坏性 结果的产生。 为了维持放电电流，在阳极返回外部电路的电子必须被从阴极发射的电子代替。阴极是典型 的钨丝结构（卷状或者穗状）。来自放电过程的离子轰击阴极使之加热。电子能够逃离阴极的可能几率指数地依赖于它的温度以及表面的障碍因素。放电通常工作在交流电网频率条件下。高频电子镇流器能提供一些好处，对于荧光灯来说，在 20KHZ 或者更高频处的工作实 质上减少了电极损失，并且消除了某些用户需要的光输出调制。

⑵在更高频率下，制造完全省却电极的无极灯是可能的。现在有三种电感耦合放电。通常由 几兆赫驱动的一个线圈构成变压器的初级，次级由环状的等离子体形成，因此脱离了荧光灯 的长而细的几何形状，允许与熟悉的灯泡相似的高效灯的产生。没有了电极，理论上放电中

就没有什么寿命限制，导致灯出现问题的原因可能是镇流器中电子元器件损坏或者荧光粉因

为时间长而失效，所以其经济寿命可能短于真实寿命。

4、低压放电 用在照明中的低压放电中的金属主要是汞和钠；氖放电用于指示灯和警告灯。低压放 电的大部分长度被一个很均匀的称为正柱区的等离子体占有。在荧光灯和低压钠灯中，这是 产生高效辐射的区域。在荧光灯中包含的汞蒸气气压约为 6*10-3Torr(0.8Pa)，稀有气体如氩 的典型气压为 2 Torr(266Pa)。 荧光灯（低压钠灯）工作需要一个最佳汞气压（钠气压），而且荧光灯要细且长。为了使荧光灯工作稳定，灯的电压必须是 100V，长度必须约为 1M。在紧凑型灯中使用的窄管具有 更高的电场，放电长度更短，管子必须折叠起来以获得必要的灯长度。在无极灯中，加在灯 电压上的约束不再适用。这就是为什么无极灯可以制成类似于白炽灯的形状的原因。惰性气体（氖、氩、氪或是它们的混合气体）在放电过程中起着非常重要的作用。

5、高压放电 低气压放电中的气压升高，气体被加热，最后处在一个大气压范围内，气体温度仅比电子温 度（主要在 4000K~6000K 的范围）低几 K，要维持如此高的气体温度，则必然存在温度梯 度，中心区域变热。沿着温度梯度方向流向管壁的热能损失限制此种电弧的辐射效率约为

60%。 蒸气的参数由于选择性辐射可以调整使辐射主要发生在可见光区域。高的气体温度有助于激 发和电离，由于大部分的电流通过中心区域，电弧中心区域非常热，绝大多数的光在中心产 生，这就是为什么高气压放电电弧绳化的原因。中心热区域的气体密度低于外部冷区域。如 果该放电沿水平方向，则热的中心区域就会朝上弯曲，这就是为什么把此种放电称为电弧的原因。这也解释了为什么高气压放电并非全体都是高热的, ，弯曲引起的微小变化也能引起光 色的显著变化，在极端的情况下，它可能引起管壁过热而损坏。

4、 化学种类及金属卤化物电弧

能在高气压电弧的器壁温度下（如 1000K）维持足够高的蒸气压，并且能产生明显的可见光辐射的元素的种类非常少，实际上用于照明光源的填充元素通常只有氙、钠和汞，但绝大多数金属元素产生的金属卤化物比它们自身还要活泼得多。许多元素，尤其是元素周期表中那 些过渡金属和稀土金属元素，具有非常多的能级数目，并且能辐射出数千条光谱线。其中的 一些元素如钪、镝等，在可见光区域能产生非常丰富的辐射。其他的一些元素，如铟、铊和 钠，可以产生非常强的线光谱（分别对应蓝色、绿色和黄色）。 以上这些事实构成了金属卤化物灯的理论基础。 假如我们将几毫克的金属卤化物碘化铊（TlI）与汞和稀有气体一起放入放电管中，在放电 被触发的过程中，汞迅速被蒸发，管壁变得足够热使部分碘化铊被蒸发出来。这些碘化铊通 过扩散进入最高温度约为 6000K 的汞电弧，在高温下，碘化铊分解为原子：TlI=Tl+I。铊原 子能辐射出很强的 535nm 的绿色光谱线。与铊相比碘的激发能要大得多，因此几乎没有碘 的辐射。 对于相当简单的仅充有铊、钠、汞和碘元素的金属卤化物灯，假定灯内已达到局部热平衡的 工作状态，为简化分析，我们忽略了 Hg、HgI、HgI2、I、I2 和 Na2 等化学种类。在非常低 的温度下，仅有少量的 Na2I2 的二聚物，随着温度上升，TlI 和 NaI 的分子就会分解成原子， 并可能产生辐射。进一步升高温度，这类原子还会被电离。由于 NaI 比 TlI 更易电离，所以 在这类金属卤化物灯内，在电弧温度最高处的大多数电子来自钠原子，因此光谱由钠决定。钠比汞要容易电离。由于电子可以通过钠的电离得到补充，这意味着碘化钠蒸发时，电弧温 度将下降，电弧温度的下降导致汞的线光谱发射的减少，因此其光谱将内钠和铊所决定。这

也就是为什么在充有 100Torr 钠和 1000Torr 汞的高压钠放电中几乎没有汞原子辐射的原因。

在稳定状态下，汞原子所起的作用主要是减少热传导损失，从而提高辐射效率。虽然金属卤 化物电弧常被描述成带有附加万分的汞电弧，但这是完全错误的，因为那些金属卤化物完全 控制了电弧的行为。 以上的这些观点适用于任何一种金属卤化物放电形式。为了得到一个高效的显色指数优良的 白色光源，金属卤化物灯的设计者们可以有许多方法，包括所添加的金属卤化物的种类和数 目等等。这些设计上的自由也伴随着一些麻烦：比如金属卤化物会与灯电极及管壁发生缓慢 的反应。这样，灯的寿命、光色的稳定性、光色的可变性、电弧中光色的分层、灯的维护、 启动以及闪烁等等都将受到这些化学反应的影响。这也是为什么自从金属卤化物灯在 1959 年问世 35 年后，仍然没有完全取代其他高强度气体放电光源的原因。尽管这样，适当地应 用金属卤化物灯还是带来了很多好处。今天，金属卤化物灯能够获得销售成功是 30 年来长 足进步的结果。

5、 发光和荧光粉 荧光粉用于将紫外辐射转化为可见辐射。在荧光灯中，为了产生光的需要，荧光粉也被用来 增加红色辐射以求改善高压汞灯与金属卤化物灯的颜色。 “发光”一词被用于描述能量被物质吸收，并以光子的形式被重新发射出来的一般过程。其中 的一种形式称作“荧光”。入射的光子被吸收，然后以一个较长的波长再发射，这是在灯中普遍使用的一个过程。在吸收与发射期间有一个延迟，可能在 10-9S 和几分之一秒之间。伴有 长时间延迟的过程通常是指磷光。 “斯托克斯（Stocks）位移”指的是波长增长而能量损失，这是荧光灯工作的一个固有部分。 波长的变换是通过将入射光子的一部分能量转化为晶格振动而完成的。 在由放电产生的紫外波长处，荧光粉必须有很强的吸收带，它也必须在可见光谱范围内有一 个发射带。高效要求在可见光区吸收率低，一般说来，QE 在高温时下降，因此为特定灯选 用的荧光粉，必须在管壁温度下能够有效地工作。 固体荧光粉可以是离子的、半导体的、或者是有机的。只有第一种具有灯工作需要的特性。离子荧光粉包含坚固的晶格结构，在其中，催化剂原子被引入，但其浓度为 1%。催化剂形 成一个在确定的晶格座上的离子，并受到电力—晶场—它相对于自由离子改变它的能级。离 子与晶格振动耦合，这是由于当周围晶格振动时，晶场波动，使催化剂承受不同的力，因此 催化剂离子的能级取决于周围晶格中的离子的相对位置。荧光灯中的荧光粉暴露于离子与光子有害混合物的轰击下，使光输出在寿命期间退化。这就 导致紫外与可见光的吸收，从而降低荧光粉的转换效率。退化的主要原因是：

⑴形成光或紫外吸收色心的紫外轰击，这是由晶格缺陷中的电子陷井而引起的；

⑵激发和电离的汞到达荧光粉表面，引起在暴露于放电的荧光粉表面吸收汞原子的光注入；

⑶在荧光粉与玻璃的交界处形成钠（来自玻璃）与汞的吸收混合物。用于紧凑型荧光灯中的 稀土激活荧光粉具有特别抗伤害的晶格以及出色的维持率，正是这些荧光粉的发明使紧凑型 荧光灯的设想变为商业现实。 三基色荧光粉：红（610nm）粉、绿（545nm）粉、蓝（6450nm）粉。稀土金属材料荧光粉 三种基色为红、绿、蓝。即稀土金属在紫外线照射呈三种基本色，再按比例混成各种顔色的 可见光。

6、 场致发光 这是将电直接转化为光的过程。 最近几年，发光二极管（LEDs）忆作为公共场所的指示灯，而且具有不同的显示。它们正 变得更有效、更亮；已经制造出效率大于 20%的红色发光二极管，具有现实效率的蓝色与

绿色的二极管也刚出现。人们正计划把它们应用于需要大量光和高亮度的地方，例如汽车刹

车明明以及交通信号。在这些场合它们超过传统灯的主要优点是寿命长。 高纯度的半导体材料具有非常高的电阻率。微量的故意添加物—施主物质或者受施物质—提 供了能够携带电子的额外电子或空穴（由于电子的离开而形成的正电实体）。这样能级就形成能带。当一个能（导带）中的一个电子与另一个能带（价带）中的空穴复合时，具有由能 带隙给定能量的光发射可以发生。因此，一个发光二极管是一个将电子与空穴注入半导体的器件。另外，也存在引起损失的过程，效率可能是低的，但是随着研究和发展，它正在改善 之中。 红色发光二极管是基于象磷砷化镓这样的半导体，它在可见光区发射相对窄的谱线，其波长由带隙决定。在红色与绿色之间不同的波长可以通过改变磷与砷的比例获得。蓝色发射需要 象碳化硅这样的材料。

第三节 灯具 一、灯具的功能 基本功能是提供与光源的电气连接，此外还有许多其他重要的功能。大部分光源全方位地发 射光线，这对大多数应用而言是浪费的并由此造成眩光。因此，对大多数灯具而言，调整光线到预期方位，同时把光损失降至最低，减少光源的眩光，拥有令人满意的外形及强化灯点燃与未点燃环境的装饰性是它们的一项功能。灯具必须是耐用的，且能为光源，如有必要， 有时也为控制电气附件提供一个电气、机械及热学上安全的壳体。 光源的防护：光源除需要电气连接以外，还必须有机械支撑并要受到防护，防护程度视要求而定。 适宜的机械性能：灯具部件必须有足够强的机械强度，从而确保在安装和使用时有适当的耐 久性，同时有充分强的悬挂强度，金属部件必须有足够的耐腐蚀能力。壳体要求：室外用灯必须有严格的防尘和防水要求，而对某些特殊要求的室内灯具也要提供 防护，以抵御水和尘埃的侵入。为了根据防尘和防潮的程度来划分外壳的防护等级，使用了防护等级

代码。 序号

IP（International protection）防护等级

IP-68

第二个号码表示防水等级防护等级代码 第一个号码表示防尘等级 说明 是国际上用来认定灯具的防护等级的代号，IP  等级由两个数字组成，第一个数字表示灯具 防尘；第二个数字则表示灯具防水；数字越大则表示灯具防护性能越佳。

防护

类别 等级

号码 防 护 程 度 定 义 防

尘 等

级 0 无防护 无特殊的防护

1 防止大于 50mm 的物体侵入 防止人体不慎碰到灯具内部零件；防止直径大于 50mm 物体 侵入

2 防止大于 12mm 的物体侵入 防止手指碰到灯具的内部零件

3 防止大于 2.5mm 的物体侵入 防止直径大于 2.5mm 的工具、电线或物体的侵入

4 防止大于 1.0mm 的物体侵入 防止直径大于 1.0mm 的蚊蝇、昆虫或物体的侵入

5 防尘 无法完全防止灰尘侵入，但侵入灰尘不会影响灯具正常工作

6 防尘 完全防止灰尘入侵 防

水 等

级 0 无防护 无特殊的防护

1 防止滴水侵入 可防止垂直滴下的水滴

2 倾斜 15 度时仍防止滴水侵入 当灯具倾斜 15 度时，仍可防止滴水

3 防止喷洒的水侵入 防止雨水垂直入夹角小于 50 度方向所喷洒的水

4 防止飞溅的水侵入 防止各方向飞溅而来的水侵入

5 防止喷射的水侵入 防止各方向喷嘴喷射的水

6 防止大浪的水侵入 防止大浪或喷水孔急速喷出的水侵入

7 防止浸水的水侵入 灯具浸入水中在一定时间或水压条件下，仍可确保灯具正常工作

8 防止沉没的影响 灯具无期限沉没水中在一定水压条件下，仍可确保灯具正常工作

电气要求：灯具也可根据保护使用者防电击的方式进行分类。类型 1 的灯具有基本绝缘，所 有的金属体都与一个接地端子连接，该端子用来与建筑供电中的接地系统相连接。类型 2 的灯具防护由双重绝缘下工作的两线照明电路提供。类型 0 的灯具不接地，仅有普通绝缘措 施。各种电器元件和电线都必须在安全情况下工作。

热要求：各部件的工作温度不能超过欧洲标准 EN60598— 英国出版的 BS4533

（BSI1981—1990）所规定的数值。热耐久性试验是在比额定环境温度高 10℃、开关循环交 替，过电压为 5%~10%的条件下工作 7 天。试验时间和过电压值视光源和控制电器的类别而 定。 标志要求：必须有生产厂家的标识、供电电压、额定功率、分类、额定最高温度等。标志必 须耐久，制作方法经得起试验。 光度学要求：通常对于灯具本身并没有规定光度方面的要求，而在设施中要利用灯具的性能 说明它的要求，所以有例外，应该注意。 测试：新设计产品在工厂投产以前要进行一整套的测试项目，包括机械测试、外壳测试、电 气试验、热测试和光度学测试。

二、灯具的分类

1、 按安装方式分为：嵌入式、移动式和固定式三种。

2、 按用途方式分为：民用灯具、建筑灯具、工矿灯具、投光照明灯具、公共场所灯具、嵌入式灯具、船用荧光灯照明灯具、道路照明灯具、汽车摩托车飞机照明灯具、特种车辆标志照明灯具、电影电视舞台照明灯具、防爆灯具、水下照明灯具。

三、材料及加工过程 制造灯具的常用材料为：钢板、铝合金铸材、型材、塑料材料、锌合金铸件、填料和封接材 料（橡胶、泡沫、树脂、等）玻璃、光控制材料、（高纯铝、不锈钢、抛光玻璃等）。

1、 钢板 应用：可用于灯具压条、小灯体、灯盖、嵌入式灯具盒、控制盘、底座及投射器。等级及特性：低碳钢有较好的机械强度和延展性，但不耐腐蚀，有圈筒、片或板材形式，厚度为 0.45~1.2MM。对于室内不太注重美观的使用场所，选用的钢板的表面最好镀一层锌， 但对大多数使用场所必须刷漆。预镀层材料

加工：切、钻孔、冲、弯及压的工艺。

人工操作：先剪出外形，再弯板冲压或飞轮冲压。 半自动操作：CNC 控制，部件移动由操作者完成。 自动冷滚卷成形：板条通常采用此类方式加工。滚卷机金属片自动生产控制：对于大型的盒式嵌入灯和吸顶灯具的制造，欧洲的设备生产厂家已经 完全实现了自动机械化。 冲压：对于一些较小的圆型灯具，一般是用深冲成形级别的低碳钢板直接冲压成形的。附属的钢制部件：在喷涂前，无涂层的钢材料可以点焊或者连续焊接。然而未涂层材料必须用铆钉、螺母和螺栓、自攻螺钉或粘合剂连接。 涂装：通常采用粉末涂装工艺。相对传统的湿法涂装层，它能获得更厚的涂层薄膜，典型的 可达到 50~100um 厚度，而传统的方法只能达到 25um。这在要求有高反射特性的器件（如 器件箱）中是非常有利的。有两种处理过程：除油过程和预处理（通常是磷化），接着是静电喷涂过程和随后的烘干过程。较少用到电镀，通常只起装饰作用，或用于一些要求保护层 的小件零件，如螺丝、螺栓和螺母等。铬和镍是装饰性电镀的典型，而锌一般用于保护目的 的电镀。在钢板表面涂上一层金属化塑料薄膜可作为反射层来使用。

2、 铝合金铸件 应用：泛光照明、街道照明灯、小型室内聚光灯的灯具壳体。 等级与特性：具有易熔组分的 LM6 铝硅合金（含 Si 12%）是最常用的合金材料，因为它凝固时间短、流动性良好及收缩性低，很适合于重力铸造和压力铸造。此外，还具有良好的抗 腐蚀性能，在室外作用时也不需要涂保护层（除非有美观要求）。含稍微少一点硅的铜铝合 金 LM2 和 LM24 也经济实用，具有高强度、较好的铸造性能，但相对 LM6 而言抗腐蚀性能 差。在某些地方，如机场照明，需要更高强度和抗腐蚀的合金，如 LM25。这些合金都经过 高温煅烧以确保能得到足够的强度。大多数的应用中用到铝是因为它具有一些重要特性，即 它的耐热性能。由于铝是相对低级的金属，当它与其他金属如钢、不锈钢和铜接触时，将产 生电解作用。因此，对于这些金属的外面很有必要镀上中间性能的金属材料（锌或镉），或 用油脂右塑料垫片，起阻挡隔层作用。铸铝工艺：主要有两种工艺，都是将熔融的金属注入开孔的模具中。重力铸造中的压力来自空腔上方熔融金属自身，而在压力铸造中，熔融金属是被猛力挤压进钢型模具中的，后者可 生产更薄的器件。 铝铸件的涂装：在涂装前，要经过修整或翻滚以除去表面闪屑或碎片。采用相关工艺如 LM25 适用阳极化工艺，在这各工艺中当铝暴露在空气中时，人为地在其表面瞬时形成薄而坚, 韧的氧化层，约为 10um 厚，在氧化层永久封闭以前，浸入染料中可以得到表层颜色。

3、 铝材---片材 应用：反射器和格栅

特性与等级：为获得满意效果，反射器中铝的含量至少为 99.8%，当使用 99.99%的超纯材 料时可获得最佳效果。大多数反射器通过阳极化过程形成一层薄氧化膜，氧化膜是脆性的，所以在小角度折弯时氧化膜表面会产生许多细的纹理。加热超过 100℃后由于膨胀情况不同 也能产生同样的效果。氧化膜的另一特性是能产生彩虹效果，在三基色灯下尤其明显。工艺：反射器材料分成两个主要部分：一是厚度为 0.4~1.2mm 的卷材或片材；一是较厚的 片材经旋压而生成的对称反射器。卷材或片材先下料—剪切成形—手工操作或半自动冲压完 成，弯曲度可由卷板机械加工完成。格栅与十字交叉片的装配是劳动密集的生产过程；旋压加工工艺一般用来生产大型抛物线型反射器或轴对称反射器，主要用于聚光灯。手工或半自

动操作—车床加工—使用各种钢质成形器加工—将旋转的平板绕一个凸模塑性成型—表面

抛光化学处理发亮。 涂层：对反射器而言，此工艺主要为阳极氧化作用，使氧化层增厚几个微米，成为自然氧 化层，使铝具有较好的抗腐蚀性。在电化学工艺中，氧化层能在基金属上生长，之前必须有手工或化学抛光过程。膜层越厚反射率越低，增强反射表面效能的方法有新发展：薄的氧化 层（如 Ti）被蒸发到阳极氧化表面，它的反射效能与镀铝玻璃的反射效能一致，这种材料较贵但无彩虹现象且减少产生细微裂纹的可能性。

4、 其他金属材料

1）灯丝材料 材质的发展：天然纤维—喷丝—碳—锇—钛—钨 钨的主要优点：

υ  高熔点 3420℃使它较其他金属在更高的工作温度，在所有条件都相同的情况下，越高的 温度就意味着越高的流明效率。

υ  在所有导电材料中其蒸气压是最低的，在这个基础上，可获得非常高的灯丝温度和最小 的蒸发（泡壳黑化）。

υ  钨是选择性光谱发射体，它在可见光谱的发射率高于红外区域的发射率，它对任何给定 温度下的效率有重要的贡献。

2）其他用途 钨常用作灯丝和电极的制造材料。υ 纯铝和黄铜常用于灯头的制造材料，黄铜常被镀镍以达到高抗腐蚀性，铝材逐渐成为低成 本灯（如白炽灯）的制造材料。υ 锡焊或铜焊常用于灯头和灯丝之间的电连接，在一些灯型中，灯头和导丝之间传统的熔接 正在被机械的压接所代替。υ 铝的另一个重要用途是作为蒸气沉积在聚光和映射灯中的反射涂层上，这主要是归因于它 的低熔点 660℃的性质。υ 在白炽灯中，灯丝支架由钼（无卤素）和钨（含卤素）制成。用来放置放电灯或白炽灯在 外套部件的支架一般用不锈钢丝点焊成所需形状而制成。υ 镍、铁和铜合金被广泛用于保险丝、封玻璃的合金、双金属片和导丝，受热控制弯曲的金 属片被引入某些高压钠灯中用作启动器件。υ 为了在放电灯光谱中产生辐射带，大量的金属使用在蒸气状态下，如镝、镓、钬、铟、汞、 钪、钠、铊、钍、铥和锡等。υ

3）电极 电极传导电能进入放电灯，并提供维持电流的电子。

由于要求在高温下（高达 2000℃）工作，电极所用材料必须有低蒸气压，不仅要确保 其本身的寿命，而且要阻止灯本身的过度污染（端部发黑），此外这些材料必须有足够的机械强度、抗碰撞性，如需要的话，还要有足够的延展性以允许复杂电极几何外形的制造。 到目前为止，钨具有最重要的商业用途，尽管钽、镍和铁也被使用，如氖灯的电极（冷阴极）就是用纯铁制成的。

在温度超过 2000℃时，钨是丰富的电子发射体，但在许多长寿命的放电灯中，这样高的温度是无法被接受的，因此，必须找到加强电子发射的方法。 一种解决方法是用含钍钨来制造电极，这种材料中的氧化钍粒子提供钍源，钍源扩散 到电极表面最热点，通常是电极的尖端部，在此它的逸出功降低进而增加电子发射率。含钍电极被用在一些金属卤化物灯中。都采用发射材料来显著地加强电子发射，通常是将某种氧

化物涂在电极上或组装时放入电极内的形式出现的。在高压钠灯中，复螺旋的电极用基于钙、

钡和钨的综合氧化物所浸渍，通常被称为 BCT 发射材料，还有一种可选择的发射材料是氧 化镱，低压钠灯和荧光灯用的是基于钙、钡和锶的氧化物的发射材料。

5、 塑料材料 优点：多用性和设计的灵活性。缺点：降低了抗高温性、抗化学腐蚀性、强度以及紫外线的稳定性不理想。 特性和等级：两种主要类型：热塑性塑料（可重新熔融及循环使用），热固性塑料（在工艺 中不可逆）。传统使用热固性塑料的附件如灯座已被热塑性材料特别是聚碳酸酯所取代。塑 料可耐约 200℃的高温，但在更高温度下，将硬化、脆化且发生颜色的变化，价格较贵，阻 燃性好。 应用：灯具本体、漫射器、折射器、反射器、端盖、灯座、衬套、接线板和松紧螺旋扣。

1）超高温塑料（160℃~200℃）： 聚苯硫醚（polyphenylene sulfide） 不透明材料，表层能镀铝，常用于小灯具主体和反射器，有较好的阻燃性。聚醚胺（polyetherimide）

常用于高达 180℃的环境中，为半透明材料，表面能涂冷光膜，从而能透射红外线与反射可 见光（也称冷光束 ）。在此温度范围内，还有一些其他材料可应用，如聚 醚 砜

（polyethersulfone），阻燃性好，但随温度升高，硬度下降，且外观为淡黄色，所以不能用 于折射器和反射器。

2）高温材料（130℃~160℃） 玻璃增强聚酯（GRP） 热固性塑料，应用于大部分街道照明灯具及泛光照明灯具。可与铝相媲美，并可组成片状模塑组合物（SMC）或团状模塑组合物（DMC）。价格低、化学强度高，但易磨损且抗紫外辐 射较差，应用于热带环境下，表面在短时间内变得无光泽。无固有的阻燃性，但可通过添加 剂获得此性能。

聚苯并噻唑（polybutylene terephthalate）（PBT）

热塑性塑料，相当于 SMC 和 DMC，有几乎相同的耐温性能。应用于大部分荧光灯的灯帽 有护套，也用于制作聚光灯和室内装饰灯的灯具，阻燃性好，防紫外辐射也令人满意，同 SMC 和 DMC 相比，加工性能好。

透明折射材料的最高工作温度在 140℃~160℃之间。过去，抗紫外辐射的稳定性是一个问题，但现在聚酯碳酸酯（polyestercarbonate）的应用，在街道照明的碗形灯罩上提供了一个令人 满意的性能。

3）中温材料（100℃~130℃） 聚碳酸酯（polycarbonate） 在此温度范围内，是主要品种，抗冲击能力强，通常以透明或有彩色形式做成灯具本体、漫 射器、折射器、反射器和以阻燃性为先决条件的附件，如灯座。应用于反射器时，这种材料将被镀铝。相对于冲压反射器和旋压反射器而言，这类反射器更为节约，而且可生产更为复 杂的反射器。在热气候的紫外辐射下，聚碳酸酯变黄的趋势仍旧是一个问题，这种情况通常 在高功率汞放电灯中牵涉到。在强烈的紫外辐射的场合，要把材料的工作温度限制 15℃~20

℃。聚碳酸酯已经成功地和丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）混合成一种有光泽 的合成材料，可用于装饰性灯罩和灯具本体。

聚丙烯（polypropylene） 长久以来被当作“劣质”的工程材料，硬度低、易蠕变及紫外稳定性较差等特性，尽管它有较

好的不易损坏的特性。现在这种材料的紫外稳定性已经有了很大提高，能用于街道照明的伞

罩，带来很大的经济性。一般适用于受力不强的物件，如松紧螺旋扣、紧固板等。 聚酰胺（尼龙，polyamide），聚甲醛（acetal），聚苯醚（polyphenylene oxide,PPO） 适用于管索钉，夹子和松紧螺旋扣，阻燃能力较好，但紫外稳定性差。如果尼龙用在 不适合的环境下，将发生褪色现象并且脆化。

4）低温材料（＜100℃） 在此温度范围内，荧光灯照明中考虑到高透明性，折射器和漫射器主要使用聚甲基丙烯酸甲酯（acrylic,PMMA）和聚苯乙烯（polystyrene） 前者较后者贵，但有较好的抗紫外特性和耐高温特性（前者 90℃，后者 70℃）。两者均无阻 燃性。

聚氯乙烯（polyvinyl chloride,PVC） 有较好的阻燃性，但透射系数非常低

ABS、PVC 和不透光聚苯乙烯也常用于装饰物，如灯座、盖和低温灯具体，PVC 还用于 压制导轨系统，除 PVC 外，其他材料的阻燃性都较差。

5）塑料工艺 注模成型是热塑性塑料的一种主要成型方法，特别用在大批量生产中。注射成型可生产有复杂外形、薄壁且有较好外表层的产品。其他成型工艺还包括挤压、漫射槽形的滚压、吹塑和 真空成形。产品的形状决定了工艺的难易程度。 挤压和滚压工艺的主要产品有丙烯酸和聚苯乙烯的棱镜板。通过吹塑和真空技术，可将薄板 进一步加工。最近几年发展了一种新技术—塑料模型制造用的三维造型技术，电脑控制的激 光在树脂槽内加工出 3-D 造型。用此方法生产的错综复杂的产品可与注模成型产品相媲美， 这种技术对于小件复杂反射器或折射器非常有效。

SMC 等热固性塑料的制造要经过压力成型过程。DMC 更适用于注模铸造。

6、 填料与封接材料

传统材料包括靛类，氯丁橡胶和 EPDM 泡沫橡胶，以及注塑时反应的聚氯酯泡沫，这些材 料用于常规低温（＜140℃）区域。 高温区域（＞200℃）使用挤压或模压或切割的硅树脂。最新的革新是使用于注塑时反应的方法，能得到无接缝的高质量的密封。 在灯工作数千小时寿命期间内和在相当宽的工作温度范围内，要求灯头焊泥能提供对各种热膨胀系数及其不同的灯用材料之间可靠的机械连接。用来将金属灯头固定在玻璃泡壳上的材 料由约 90%的大理石粉充填物，掺杂加入酚醛的、天然的和硅酮的树脂所组成。为了将陶 瓷灯帽固定于熔融石英灯体上，需使用具有更高熔点的焊泥，主要由混有无机粘合剂如硅酸 钠的二氧化硅组成。

7、 气体 灯用的主要气体都是空气的组成部分，通过分馏的办法得到。常常用来控制各种各样的物理 和化学过程。还利用气体本身的特殊性能来产生光。 灯工作时，在达到高温的条件下，很多灯用材料的化学活性会大大地增强。为了避免灯结构材料的严重破坏，必须严格控制氧化和腐蚀现象，这种控制方法是使灯内的工作环境由惰性 气体或非活性气体组成。 蒸发和溅射等物理过程常常会缩短灯丝、电极等重要组件的寿命。当充以惰性气体且气体密 度以较大时，这种现象危害的程度会大大减弱。虽然在某些白炽灯内，可用密度较氩气高的 氪气来减少热的传导和更好地抑制钨丝的蒸发，以延长灯的寿命，但在实际应用中，往往通

过在灯内充入氩气来达到这个目的。氮分子具有能遏制灯内带有不同电位的组件之间形成破

坏电弧的能力，所以灯泡的充填气体一般由氮或氮和惰性气体氩和氪组成的混合气体。 在气体放电灯中，所用的单分子气体是氩、氖和氙。作用是帮助放电启动和在主放电区承担 缓冲气体的角色。因为潘宁效应的混合气体能帮助气体放电的启动，因此它对气体放电光源 显得尤其重要。在潘宁效应的混合气体中占 99%成分的主要气体亚稳态能量必须较低，其 值应高于掺杂的少量气体的电离电位能，这样才能满足产生潘宁效应的要求。例如：99%的 氖加 1%的氩和少量低气压的汞蒸气，就是很典型的潘宁效应混合气体的实例。当气体放电发生时，首先激发气体成分的原子到亚稳态，这类激发到亚稳态的原子有相对较长的寿命， 一旦它们与混合气体中掺杂的少量气体的原子相碰撞时，其所具有的亚稳态能量就足以将这 些原子激发到电离态，从而完成电离过程。 在卤钨灯里，有些气体和蒸气还发挥化学功能。活性气体例如溴化氢、三溴甲烷、二溴甲烷、 一糗甲烷等等掺杂到惰性气体中起充入卤钨灯内，从而使卤钨灯形成钨的输运循环。另外，金属卤化物气体充入气体放电光源内，能发挥其特有的作用。 由于灯的工作温度很高，所以灯内某些重要组件对少量会产生氧化和掺碳的气体的存在十分敏感。这类气体是氧、一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物和水蒸气。这些气体是相当普遍的 沾污剂，可通过抽真空除气处理尽可能地减小它们的危害和在封离后通过消气剂的作用来缩 小它们在灯内的活性。在大多数灯的填充气体中，这类有害的杂质气体只允许占总的充填气 体量的百万分之几。

8、 消气剂材料 灯泡工作时，某些灯丝和电极一类的组件会达到很高的温度，它们的性能对周围的气体十分 敏感。它们很容易和残留的氧、水蒸气、氢和碳氢化合物起反应，从而影响灯的性能。因此， 应该排除这些残留气体或者将其减少到不影响灯泡性能的水平。用于除去灯泡封口后残留在泡壳或灯管内杂质气体的材料称为消气剂。作用主要是依靠某些固体，通常是金属，通过它们的吸收作用、吸附作用和化学反应来收集灯内的残留气体。其 作用过程常常需要某种形式的加热活化。使用时，可将消气剂制成细丝和薄片状放入灯内，或有选择地沉积在某个组件表面上。常用作消气剂的金属是钡、钽、钛、铌、锆及它们的某些合金。消气剂的选用取决于必须除去的气体和灯泡的种类。 有一种非金属消气剂，它能有效地除去灯泡内常用的惰性气体中的微量氧气和水蒸气，长期 以来被广泛使用，这种消气剂就是磷。 消气剂通常有两种形式：蒸散消气剂和体积消气剂。蒸散消气剂的使用，是在真空器件封离 后，通过对活性金属迅速地加热或瞬时蒸散，使它们以薄的沉积或膜的形式出现在选择的组 件上，从而起到消气的作用。如磷、钡、镁就是这种蒸散消气剂的典型例子。体积消气常以 金属丝、结构件以及半疏松的沉积物的形式置于灯内。当温度升高时会吸收气体，这种消气 剂在灯泡的整个寿命期间都有效。钛、钽、锆和某些锆-铝合金就是常用的体积消气剂。

9、 玻璃与石英玻璃

商用生产的玻璃可以划分为三大类:纳-钙硅酸盐、铅-碱硅酸磠和硼硅酸盐。制灯工业中最常 用的是钠-钙硅酸盐玻璃，因为这种玻璃只要将炉料的组成稍加改变即可以，用普通的白炽 灯、荧光灯以及小功率放电灯的泡壳材料。 普通灯泡和荧光灯管的内部玻璃组件、各类小的白炽灯泡壳，特别是采用楔型灯座的各灯灯 泡是用铅-碱硅酸玻璃制造成的。铅玻璃与-钙玻璃相比，其优点之处在于它有高的电阻率， 能防止夹封处发生电解作用。铅-碱玻璃很容易和钠-钙玻璃泡壳封接，并比它的软化点低， 操作温度范围也比它宽，这些因素都有利于灯泡的生产。常规聚光灯的泡壳和大功率放电灯的外玻壳，因工作温度太高，不宜采用钠-钙硅酸盐玻璃，

而要采用硼酸盐玻璃，它能承受较高的工作温度和想当低的膨胀系数。

普通玻璃不适合制造体积小、功率大的光源。因此都采用透明的硅石作为泡壳材料，这种材 料基本上是纯的二氧化硅，在灯泡工业中俗称“石英玻璃”，虽然它是玻璃状的，但它不是晶 体。石英玻璃一个显著优点是有高的透明度和好的抗热冲击性能，工作温度高（达到 900 摄氏度），光学透过特性好，不像普通玻璃只能透过少量的小于 300nm 波长范围的辐射。纯 的石英玻璃的有效透射范围从 160nm 的紫外线到 4000nm 的红外线。 选择灯用玻璃材料的一个重要条件是能够和其他材料气密地封接，特别是和金属的气密封 接。要和金属有理想的无应力的气密封接，玻璃应具有以下的性质：

1、玻璃的热膨胀系数应在相当大的温度范围内和金属的膨胀系数相匹配，特别是从退火温度到室温的范围内。

2、在封接部位必须是可塑的。

3、对空气的腐蚀必须有足够的化学抵抗力。

4、它的电阻率、介电常数和介电损耗必需是令人满意的。

5、必须是完全匀质的，它的性质不随批号而波动。

10、 陶瓷

1）光学陶瓷 含二氧化硅的玻璃在高温与高压下易受到碱金属蒸气的侵蚀，因此要求制造能在高温和高 压下耐受化学侵蚀的泡壳材料，告别是高压钠灯的制造中需要这些材料。现代陶瓷技术的进 展，已有可能制成几乎达到理论密度的多晶金属氧化物坏体。使用这种材料制成的产品基本 上是无气孔的，因此可透过绝大部分入射的可见光，再加上它所固有的耐熔性质，使它成为 一种制造高温电弧管的有效材料。氧化铝、普通的尖晶石、氧化镁、氧化铍、氧化锆、氧化钍、氧化钇以及各种稀土氧化物均可成为制造半透明和全透明的陶瓷材料。 目前，在制灯中应用得最广的是氧化铝。除了各种矿石中含有氧化铝之外，已发现天然刚玉、 蓝宝石和红宝石都是较纯净的氧化铝。它结晶有两种不同的形式，一种是不完整的立方 r 相 氧化铝，仅在约 1000℃以下才保持稳定，在这温度以上时就形成另一种稳定的 a 相氧化铝， a 相氧化铝是所有化合物中性能最稳定的，它几乎不溶于强无机酸，不受大多数金属（包括钠在内）和无水卤素的侵蚀，仅在高温下能和碱类起某些反应。它的熔点为 2050℃，具有 良好的抗热冲击性能。 多晶半透明氧化铝（PCA）管也可用一般的陶瓷制造方法来生产，广泛用于高压钠灯（HPS） 的制造。壁厚为 1MM 的陶瓷管的可见光的总透过率可以超过 90%。 全透明的氧化铝陶瓷管直接从熔融的氧化铝生长而形成所需尺寸。这些管子实际上是纯单晶 的蓝宝石。这种材料虽有极好的耐热性和化学特性，透明度也好，但目前它对可见光的总透过率并不比多晶氧化铝高，另外，其各向异性的热膨胀使得很难获得这种材料的可靠和长寿 命的封接。

2）普通陶瓷 虽然普通陶瓷包括有不同万分和性质的材料，但是最普通的陶瓷主要由不同比例的氧化铝和 二氧化硅所组成。按其自身的力学、电学和热学的性质而被选用。常被用作灯座和灯头，具 有良好的机械强度、抗热冲击的能力以及在工作温度范围内有良好的电绝缘性能和耐潮气的侵蚀等。 传统的电气绝缘陶瓷材料是电瓷，有相当高的介电损耗系数，只是它的抗热冲击性能不错， 但其电阻率却随着温度的升高而迅速降低。这些缺点使电瓷在很大程度上被皂石材料代替。皂石价廉，容易由机器生产，它能被做成各种形状以适用于不同灯泡的设计需要。以铝矾土

为基本材料的陶瓷含有铝矾土约 90%，用作高强度气体放电灯的基板，这类用途的陶瓷表

面很有光泽，以免表面吸湿造成电击穿。

11、 光控制用材料 反射器：两种类型：规则反射和镜面反射，只包括反射角等于入射角的反射光；漫反射，包 括所有反射的光。 折射器和漫反射：在选择光控材料时，不仅要考虑其光学特性，而且要注意该材料的强度、韧性、抗热性和抗紫外辐射以及最终产品生产难易等。 如果发射的红外能量不通过灯的玻璃外壳而耗散，而是反射回灯丝上，那么白炽灯的效率就 会大大增加，获得这种效果的一个方法就是在外壳上涂上一层红外反射膜。在低压钠灯中，掺锡的氧化铟薄膜用来把波长为 1500~3000nm 的红外线反射回到电弧腔， 以维持所需的工作温度。这种膜在卤素灯中不能得到所需的温度稳定性，于是采用多层氧化 物重叠；一种由氧化钽和氧化硅交替涂敷的 46 层膜，可用化学蒸气沉积法涂在卤丝灯的外 壳表面。据估计引入理想的红外反射器的卤互灯的理论效率可达约 300%，而实际上现在只 能获得约 40%的效率。用多层干涉滤波膜层选择性地反射某些波段而透过剩余部分，可以 改变灯所发出的光的颜色。

四、材料加工工艺

A、材料成形

1、 锻压：锻造、机压、铸造

1）锻造：俗称“打铁”。

2）机压：冲压、旋压、挤压冲压：用压力机械并配用相应的模具制造出所需求的产品工艺，分为裁剪、落料、成形、飞边、拉伸等几种工序。载剪、落料、飞边是一种分离材料的工艺。成形、拉伸是一种利用材 料的延伸特性而改变产品结构的工艺。在冲压产品中经常出现需要将以上两种工艺重复使用 才能达到所要求的产品效果。在冲压过程中，材料和模具都影响到产品的品质，包括：材料的延伸性ν

材料的硬度ν 材料本身的缺陷ν 模具的硬度ν 模具的合模间隙ν 模具结构的合理性ν

此工艺广泛用于汽车、电脑、电器、灯具等各行业产品制造，如铁质天花灯。 旋压：利用材料的延伸性，通过旋压机配用相应的模具并由工人技术的支持达到生产产品的 工艺，该工艺对外形难度大的拉伸产品有替代作用，灯具行业主要用于铝杯的制作。挤压：利用材料延伸性，通过挤压机械并配有线形模具，压制成我们所需要的产品的工艺。 该工艺被广泛用于铝型材、钢管、塑胶管件的制造，灯具行业有导轨、格栅灯面板等。

3）铸造：负压铸、浇铸、压铸负压铸：用于对产品密度要求不高，一些产品的制作工艺用于大型机床的制造。 浇铸：俗称“翻沙”工艺。 压铸：利用压铸机械和模具制造所需的产品，对结构复杂，立体程度高的产品应用广泛。该 工艺精确度高，表面流平好，广泛用于汽车、兵器、灯具等行业，但制造成本高。 分为热室压铸和冷室压铸。 热室压铸：自动化程度高，效率高，耐高温性差，冷却时间短，用于锌合金压铸（锌合金熔

点 380℃，密度 6.75KG/CM3，用于天花灯、射灯的制造）。

冷室压铸：手工操作程序多，效率低，产品不良率高，耐高温性好，冷却时间长。用于铝合 金压铸（铝合金熔点 780℃左右，密度 2.55KG/CM3，用于天花灯、射灯的制造）。 加工程序：合模—锁模—进料—冷却—脱模—出料 其中热式压铸的进料、出料都是自动化操作，冷室压铸的进料、出料需要手工操作。压铸工艺对机械设备，产品的模具要求和原材料的质量要求都很高。

2、 注塑 此工艺同压铸工艺，只在模具的工艺和加工的温度上有差别，其精度更高，对模具要求高，其产品成本较高，用于变压器外壳底座的生产制造。

B、表面处理

1、 表面处理的作用： 表面防腐、镀饰（装饰）的效果

2、表面处理的演变： 人类从石器时代进入铜器时代，表面处理技术的需要便伴随而生。考古发掘表明：

①6 千年前发现铜 ②5 千年前新石器时代出现红铜器物

③4 千年前出现青铜器物 ④ 3 千多年前的商代出现热镀锡，并开始使用陨铁

⑤春秋时期开始炼铁，战国出理烤兰防锈等表面处理工艺

⑥唐代开始有生锈的记述，战国开始淬火，南北朝开始应用化学热处理（渗碳）烧兰（热氧化）鎏鋈等工艺。

3、水溶液电镀的发展 电镀的发展要从原电池的发现和应用开始，应用於水溶液电镀。

① 1837 年 Bird（伯德）发现铂电极上沉积渣状壳层。

② 随着 Volta(伏打)电堆即原电池的发现，Faraday (法拉第)在 1833 年、1834 年发表了著明 的电解定律，阐明电镀过程赖以形成的物理化学基础。

③ 1840 年 Shore（肖尔）申请了和一个商业专利。

④ 1854 提 Bunsen（本生）沉积 Geuthe（r

年出现商业化镀镍（即不锈钢色）

杰金）在 1856 年宣布用铬酐溶液镀出铬层。1869-1870

⑤ 19 世纪 80 后代后直流民电机的开发促进了电镀金的发展，1916 年 Wat（t

瓦特）的 schlotter

（光亮镍）开始商业化，1932 年有人改良用氟硅酸来对镀铬过程加速，得到更理想的效果。

1949 年，Blum  和 Hogaboom（霍格勃姆）出版了被誉为经典或里程碑的论著，把电镀纳入 了科学和工程技术轨道。Gibbs（吉布斯）热力学和 Nernst（奈恩斯特）方程的提出，令化 学和电化学发展有一个飞跃。电镀是电解过程的一种应用。40 年代后，dppymknh（弗鲁姆 金）、Bockris（勃克利斯）和 Conway（康威）引入了电极过程动力学的新概念。对电镀层 的力学理化和诸多工程特性，以及镀层与基本关系，硬度防腐摩擦等性能形成的变化，导致 表面应力、疲劳、氢脆、熔脆等副作用的机制和影响。

我国的电镀工业开始于解放后 50 年代，苏联援建 156 项重点工程，使电镀工艺得到空前的发展。

4、表面处理工艺的分类

① 热处理 主要对机械器具的耐磨加硬韧性通过加热发生其质变的应用，

② 滚光、机械研磨、抛光

③ 涂装（涂装分喷油和喷粉）

④ 电镀 a)、有外加电流的电镀方法：在电解质内置入电极并通过电流。 b)、无外加电流的电镀方法：利用不同电位的材料来与镀件接触，通过产生的内电流也能进 行沉积。表面转化失去电子或俘获电子时所产生的氧化或还原过程也常用来形成表面上的防 护膜层。 根据沉积的类型分滚镀、真空镀、气相镀，化学镀、水溶液电离子电镀及金属的电泳、氧化、 着色等水溶液电离子电镀分单金属电镀，复合电镀以及电铸，特种材料电镀等。

5、滚光、机械研磨、抛光的工艺流程

① 滚光：是用电机（rh/900~1400）带动 6 角或 8 角滚桶对机加工后的产品，表面滞留的披 锋、毛刺、锈迹处理的一种方式。

处理对象：小型配件 优点：处理时间快、干净、能够净化工件表面。适合小零件的表面整形处理 缺点：易使工艺变形，不能处理大型工件及大的披锋 主要原料：茶仔粉。红矾，木康，铁砂等对于滚镀小件一般用有机溶剂三氧乙烯、枧油， 茶仔粉等加水在滚桶处理后直接电镀

② 机械研磨：使用电机(rh/1400-2800 转)带动，砂轮对工件表面进行整形的一种工艺方式 处理对象：压铸件的合模线，水纹及锻压件的表面。（涂装前处理的一般工件）优点：处理方便，对工件表面整平，细加工有很好的效果。 缺点：体力兼技术劳动，对人体健康有一定的影响，需要排尘设施和消耗劳保用品 主要原料：金刚砂（180# 200# 240# 260# 280# 320#）刚玉砂(180# 190# 200# 220# 240#)及少 量的红膏及砂轮（250 300 350m）及牛胶珠

③ 机械抛光：用电机（rh/1400~2800  转）带动砂轮。麻轮，布轮，对工件表面进行整形的 一种工艺方式

处理对象：压铸件，钢铁件的表面（主要起电镀镀件装饰的效果） 优点：对工件表面能够获得很细致很平整的效果

缺点：同研磨一样 主要原料：同研磨 另需白蜡、紫蜡 抛光膏的主要成分：绿膏（三氧化二铬、氧化铝） 红膏（氧化铁、氧化铝） 白膏（氧化钙、氧化镁、硅藻土等）

6  、 涂装的工艺流程

（除油除蜡） （除锈、合化）（皮膜处理） （干燥）

（烘烤） （除尘擦拭）

随着科学的发展和人们生活水平的提高，涂装工艺利用色母配出多种符合人类消费需求的颜

色，既达到防腐的效果，也满足了装饰的要求。

7、电镀的工艺处理

1）、电镀前的处理 电镀是一种原子级的沉积过程，本质上不同于雾化熔融以及涂刷等宏观意义上的覆盖，为了 取得更好的结合力（附着力）和装饰效果，应考虑：

① 基本材料的本质，基材的品种，组织结构，成型方法是经铸锻热轧或冷轧。

② 表面的清洁程度，经过加工成型的制件表面上有加工碎屑，油污杂质也会有包括蜡、厚 的油封油层、薄层防锈油膜、缓蚀剂等不同的污染物质需不同的方法来处理。

③ 零件材料的易蚀性、尺寸、数量和精密程度，一些材料易受腐蚀，如铝、镁、锌等。有 的在阳极处理中会溶解，如铬、锡等。

④ 表面的结构和状态、被镀材料的表面结构会直接影响镀层的结构和特性。

2）、工艺流程 电镀用的生产设备、就被镀件、阳极、镀液、镀槽地相对布置和不同的操作方式而言，目前 最常用的还是固定式镀槽，但各种变通方法也均有应用和发展。零件运动（如摆动、搅拌、 连续电镀线材和板材、自动机等）、镀槽运动（滚镀）、镀液运动（喷射、快速镀、电解抛光等）

3）、工艺类型

① 固定镀槽：电镀溶液盛于固定的镀槽内，镀件浸入和阳极面对，依靠导电和固定用的挂 具来通电。（此方法是传统的、最广泛的） 优点：设备投资少，镀件形状、大小和数量不受限制，易于监控、维护。

② 高速电镀：（主要用于小件贵金属电镀）通过零件运动及利用强制对流或喷射，以令镀液高速流动来承载高达每平方分米数百安的强电流，得以达到很高的镀速。

③ 滚镀：适用于大量小零件的加工 优点：对镀件起抛光作用，零件间镀层的厚度差异小，但进行局部电镀难，也难适用高速镀。

④ 刷镀：将阳极表面裹上柔软的能含电镀液的多孔性材料，如棉布或其它纤维制品，通过 电流并在被镀表面上摩擦，也能在摩擦的表面区上镀上镀层，这种方法一直用来修复局部的镀层缺陷。

⑤ 连续电镀覆的板材和线材。

⑥ 特种工艺：石膏、玻璃、塑胶、用化学镀结合水溶液电镀。

4）工艺安排

⑴ ⑵化学除油 ⑶ ⑷ ⑸

⑽ ⑼底铜 ⑻ ⑺ ⑹酸洗

⑾ ⑿ ⒀ ⒁干燥

⒃ ⒂视需要 第四节 照明设计

一、前言

电光源自 19 世纪 80 年代发明以来，至今已有 100 多年的历史。人类社会的发展，科学技术 的进步，使电光源技术获得了突飞猛进的发展，配合各种光源的使用，产生了造型多姿多彩， 风格各异的灯具，为照明设计提供了广阔的发挥空间。今天的人工照明己不是单一的灯光，而是多种电器照明媒体与环境装饰紧密结合，形成了一门电气装饰综合艺术。 近年来，装饰与艺术照明在建筑中的美化作用与日俱增，灯光不仅为人们的工作、学习和生 活提供良好的视觉条件，体现出一定的风格，增加建筑艺术的美感，使环境空间更加符合人 们的心理和生理上的需求，从而得到美的享受和心理平衡。 现代建筑物不仅注重室内空间的构成要素，更为重视的是电气对室内空间环境的美学效果及 由此对人们所产生的心理效应。因此一切居住、娱乐、社交场所的照明设计的首要任务是艺 术主题和视觉的舒适性，电光源的迅速发展，使现代设计不但能提供良好的光照条件，而且在此基础上可利用光的表现力对室内空间进行艺术加工，从而共同创造现代生活的文明。 不同的国家，不同的人们在不同的时期，由于生活习惯、经济文化和环境的差异，人们对照明的要求是不同的，产生了不同的照明设计风格和手法。所以照明设, 计同时要考虑上述情况， 再结合当时的光源、灯具以及使用环境等因素考虑。

二、光

1、光的知识 光是以电磁波的形式传播的，光源是能被人们的眼睛所感受到的电磁波，其波长范围 380ｎ ｍ－780ｎｍ（ｎｍ：纳米，长度单位 1ｎｍ＝10-9ｍ），长于 780ｎｍ的为红外线、无线电等，短于 380ｎｍ的为紫外线、X 射线、宇宙射线等。可见光部分又分为解成红光、黄光、 橙光、绿光、青光、蓝光、紫光等七种基本单色光。光和其它所有的电磁辐射一样，在真空中以每秒 30 万千米的速度沿直线传播。当光通过某 种物质时如水或空气，其传播速度会减慢。光在真空中的速度和在媒质中的速度比值称为该媒质的折射率，在折射率不同的两种媒质的界面上，入射光线产生折射与发射现象。另外光 在传播过程中还会产生散射，漫反射、漫透射现象等等。

2、光的度量单位：

（1）光通量：光源单位时间内发出的光量称为光通量，符号为 φ，单位是流明（Lｍ）。光 通量与能量辐射的关系为 φ＝∫780380 ㎞ φe•入 VI 入•d 入

式中：Km 最大光谱光效能，是常数（683Lm/w）

v(入)视觉光谱的光效率函数。 Φe  入波长为入能辐射通量 以上式可以看出，光通量就是人眼对能量辐射通量的评价。

（2）光强：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量被定义为光源在该方向的光强度，符号为 I，单位为坎德拉（cd），I=dφ/d  ，光强度的单位是光度测定的基本单位

（3）照度，也叫亮度：光源在某一方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量数，符号为 E，E=dφ/ ds,单位为 Lx（勒克斯）Ilx=1Lm/m2

（4）发光效率：指一个光源所发出来的光通量与该光源所消耗的电力功率 P 之比。

三、色彩

1、色彩的知识： 人的视觉器官在色彩刺激作用引起大脑的心理反应，即视觉器官受不同波长光线的物理刺激的同时产生色彩刺激信号并传给大脑，大脑将其接受的色彩信号不断地译成色彩概念，并与 储存在大脑里的视觉经验结合起来，加以解释，形成了颜色知觉。颜色分非彩色和彩色。非 彩色是指白色、黑色的各种深浅不同的颜色。彩色是指黑白系列以外的各种颜色。 由于感情效果和对客观事物的联想，色彩对视觉的刺激产生了一系列的色彩知觉心理效应。这种效应随着具体的时间、地点、条件（如外观形状、自然条件、个人爱好、生活习惯、形状大小及环境位置等）的不同而有所不同，一般来讲色彩可以产生温度感、距离感、重量感、 空间感、阴暗感等。

2、色温及颜色的应用：

（1）光源的色温： 人们用与光源的色温相等或相近的完全辐射体的绝对温度来描述光源的色表（人眼直接观察 光源时所看到的颜色）又称光源的色温。色温是以绝对温度 K 来表示。不同的色温会引起 人们在情绪上不同的反应，我们一般把光源的色温分成三类：

ａ.暖色光：暖色光的色温在 3300K 以下，.暖色光与白炽灯光色相近，红光成分较多，给人以温暖、健康、舒适的感觉，适用于家庭、住宅、宿舍、医院、宾馆等场所，或温度比较低的地方。

ｂ.暖白光：又叫中间色，它的色温在 3300K－5300K 之间。.暖白光光线柔和，使人有愉快、舒适、安祥的感觉，适用于商店、医院、办公室、饭店、餐厅、候车室等场所。 ｃ.冷色光：又叫日光色，它的色温在 5300K 以上，光源接近自然光，有明亮的感觉，使人 精力集中，适用于办公室、会议室、教室、绘图室、设计室、图书馆的阅览室、展览橱窗等 场所。

演色性： 光源对物体颜色呈现的程度称为演色性，也就是颜色的逼真的程度，演色性高的光源对颜色 的表现较好，我们所看到的颜色                     也就较接近自然颜色，演色性低的光源对颜色的表现较差， 我们所看到的颜色偏差也较大。 为何会有演色性高低之分呢?其关键在于该光线之分光特性，可见光之波长在 380ｍｍ至 780 ｍｍ之范围内，也就是我们在光谱中见到的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的范围，如果光 源所放射的光之中所含的各色光的比例与自然光相近，则我们眼睛所看到的颜色也就较为逼 真。

我们一般以显色指数为表征显色性。标准颜色在标准光源的辐射下，显色指数定为 100。当 色标被试验光源照射时，颜色在视觉上的失真程度，就是这种光源的显色指数。显色指数越 大，则失真越少，反之，失真越大，显色指数就越小。 不同的场所对光源的显色指数要求是不一样的。在国际照明协会中一般把显色指数分成五类：

类别 Ra 适用范围

1A ＞90 美术馆、博物馆及印刷等行业及场所

2B 80—90 家庭、饭馆、高级纺织工艺及相近行业

2 60—80 办公室、学校、室外街道照明

3 40—60 重工业工厂、室外街道照明

4 20—40 室外道路照明及一些要求不高的地方

四、光源 照明光源由于它们的发光条件不同，其光电特性各异。为了正确地选用照明光源，必须对它 们的电气特性、光电特性和适用场合有所了解。

1、光源的分类： 照明光源的分类是按照发光的形式不同进行分类的。它可分为辐射光源和气体放电照明光源 两大类。前者是利用电流通过电丝，将其加热到白炽状态而发出可见光；后者是利用某些元素的原子被电子激发而产生辐射。

2、常用照明光源的主要特性指标：照明光源种类 光效

(Lm/W) 显色指数 Ra 色温

（K） 色温 频闪

效应 平均寿命(h) 再点燃 时间 备注

（功率范围）

白炽灯 6.5—20 95—99 2400－2700 暖色 无 1000 瞬时 15W—500W 卤钨灯 15—30 95—99 280—3300 暖色 无 2000 瞬时 20W—120W 卤磷酸盐荧光灯 T10、T12 40—60

50—60 2700

4000

5400 暖色 中间色日光色 有

6000

1—4s

20W—120W 三基色荧 光灯 T8

60—80

80 2700

4000

5400 暖色 中间色 日光色

有

10000

1—4s

18W—120W

紧凑型荧光灯 50—60 80 2700

4000

5400 暖色

中间色

日光色 无 8000

＜1s 3W—120W

低压钠灯 90—160 — 2000 暖色 有 20000 8-10min 18W—180W

高压钠灯 80—100 25 5500 冷色 有 20000 8-10min 35W—180W

高压汞灯 40—60 30—50 4000—6500 冷色 有 10000 8-10min 50W—1000W

金卤灯 60—80 80—95 4000—6500 冷色 有 8000 8-10min 35W—3500W

3、照明光源的选择： 电光源的选择应以实施绿色照明工程为基点。绿色照明工程旨在节约能源，保护环境。其具 体内容是：采用高光效、低污染的电光源，提高照明质量，保护视力，提高劳动生产率和能 源有效利用率，达到节约能源，减少照明费用，减少水电工程建设，减少有害物质的排放和 逸出，达到保护人类生存环境的目的。

（1）限制普通白炽灯的应用：普通白炽灯属于老一代光源，光效低，寿命短，应予限制，但不能完全取消，因为普通白炽灯没有电磁干扰，便于调节，适合需要频繁开关场合。对于局部照明、投光照明、信号指示以及水电丰富的山区和边远农村是不可缺少的光源。

（2）采用卤钨灯取代普通白炽灯：卤钨灯和普通照明的白炽灯是同属白炽灯类产品，均系电流通过灯丝白炽发光，是普通白炽 灯的升级换代产品。卤钨灯光效和寿命比普通白炽灯高一倍以上，因此，在许多照明场所如 商业橱窗、展览厅（包括一般商业产品、文化艺术品以及历史文物品的展览展示等）以及摄 影照明等，要求显色性高，高档冷光或聚光的场合，可采用各种结构形式不同的卤钨灯取代 普通白炽灯，来达到节约能源，提高照明质量的目的。与紧凑型荧光灯相比，紧凑型卤钨灯的功效相对较低，寿命也相对较短。但紧凑荧光灯的缺点是发光体尺寸比同功率的石英卤钨灯要大得多，很难实现输出光线的光学控制，因而，一般在对光束输出有严格要求的情况下，采用反射式紧凑型卤钨灯。与紧凑型荧光灯相比，紧 凑型卤钨灯还具有颜色好，容易实现调光的优点，在没有特定要求情况下，应尽可能采用紧 凑型荧光灯取代白炽灯。

推荐采用紧凑型荧光灯取代白炽灯： 与白炽灯相比，紧凑型荧光灯每瓦产生的光通量是普通照明白炽灯的五倍以上，其额定寿命 是白炽灯的 10 倍。由于荧光粉质量的不断提高和改进，紧凑型荧光灯显色指数可以达到 80 左右，在一般照明情况下，人们完全可以满意接受。紧凑型荧光灯可以和镇流器联接在一起， 组合成一体化灯，采用 E27 灯头，与普通白炽灯直接替换，十分方便。

推荐采用 φ26ｍｍ，φ16ｍｍ细管径荧光灯：

用 φ26ｍｍ，φ16ｍｍ细管径荧光灯取代白炽灯，直管型荧光灯的光效和寿命均为普通白炽灯的 6 倍以上，是取代普通白炽灯的最佳灯种之一。

推荐采用金属卤化物灯：

金属卤化物灯，属高强度气体放电灯。由于 20 世纪 80 和 90 年代，我国不断从国外引进先 进的设备和技术，使这两类灯的技术性能指标几乎达到或接近国外同类产品的水平。各种规 格的高压钠灯和金属卤化物灯由于具备高光效和长寿的特点，分别广泛用于各种环境条件室 内外照明，如机场、港口、码头、道路、城市街道、体育场馆、大型工业车间、展览厅、地 铁等场所。金属卤化物灯，是取代荧光高压汞灯的最佳选择。

五、灯具

灯具就是光源、灯罩及附件的总称。在现代照明中，光源虽然是主要的，但灯罩的作用非常

重要。灯罩起着固定和保护光源，控制并重新分配光在空间的分布，防止眩光等作用。

1、灯具的分类： 灯具的品种及其丰富，外形千变万化，性能千差万别，对灯具的分类方法也是多种多样，主 要有：

•按采用的电源分类：把灯具分成白炽灯具、荧光灯具、高压气体放电灯具等大类。

•按灯具的配光分类：把灯具分成直接照明型、全漫射照明型、全反射照明型、半间接照明 型、间接照明型等五类。

•按照建筑物的安装情况分类：把灯具分成吸顶灯、吊灯、壁灯、嵌入式灯、地脚灯、庭院 灯、自动应急照明灯、移动式灯、道路广场灯等等。

•按灯具的使用场所来分类：有开启型灯具、闭合型灯具、密封型灯具、防爆型灯具、安全 型灯具、防震型灯具等等。

2、灯具的应用 ：

•深照型灯具和特深照型灯具，由于它们的光线集中，适应于高大厂房或要求工作而有高照 度的场所。这种灯配镜面反射罩，并以大规律高压钠灯，金属卤化物灯，高压汞灯作光源 ， 能将光线控制在狭隘的范围内，获得很高的轴线光强，在这种灯具照射下，水平照度高，阴影很浓。

•石英灯也叫射灯，是一种轻型的投光灯灯具，主要用于重点照明，因此多数是窄光束配光，并且能自由转动，随意选择方向，射灯装在内设电源线的导轨，灯具可以沿轨道滑动，则灵 活性更大，非常适合商店，展览馆的陈列照明。

•筒灯一般是嵌入式灯具，将灯具嵌入在吊顶内，这种安装不会打破吊顶的装饰效果，而且 它有较好的下射配光，能形成各式各样的光分布，并且具有很好的防眩光效果，能创造静幽雅的环境气氛，一般用在酒楼、宾馆、家庭的客厅等处。

•荧光灯支架是一种均匀配光型直接照明灯具，它能产生均匀照明的效果，不容易产生阴影， 荧光灯支架具有敞开式的，荧光灯光效高，但有眩光，对保护视力不利。配棱晶罩灯具光效有所下降，但几乎没有眩光。荧光灯光效高，因此广泛地用于商店、图书馆、学校、办公楼、银行等处作一般照明，如果将荧光灯管组成一定的几何图案（如正方形、菱形、正三角形、 正五边形等）安装在大厅里（营业厅、侯车厅等），会产生良好的艺术照明效果。

•格栅灯盘，也是一种荧光灯灯具，与荧光灯支架不同的是它采用了高效反光罩，把光线控 制在一定的范围内，提高了光的利用率，同时设遮光格栅来遮蔽光源，减少灯具的直接眩光， 格栅灯具有嵌入式和吸顶式二种安装方式，它主要用在办公室，图书馆、商店等处用作一般 照明。

3、灯具的名词解释

◎灯具效率： 灯具效率是指在规定的条件下测得灯具所发射的光通量值与灯具内所有光源发出的光通量 测定值之和的比值。

◎1/2 照度角

将灯轴垂直，灯下水平面上某点，如其水平照度为灯轴直下方照度的 1/2 时，此点和光中心 连线与灯轴线所形成的夹角称 1/2 照度角。

○灯具的布置距离比入

同一类型灯具的两个相邻灯之间的距离为 L，灯的安装高度为 H，则距离为入=L/H。

○嵌入式灯具：完全式部分嵌入安装表面的灯具。

○普通灯具：对带电部件提供保护，但没有特殊的防尘防固体异物和防水等级的灯具。

4、灯具的选择： 在照明设计中，灯具的选择应考虑的主要因素有：

○配光要求，灯具表面亮度，显色性能，眩光度。

○环境条件，使用环境时防护式要求。

○协调性，灯具的外型是否与建筑物和室内装饰协调。

○经济性，如灯具效率，电功率消耗，投资运作费，节能效果等。 按配光特性选择灯具：

◎一般生活用房和公共建筑物内采用直接型，均匀散型灯具或荧光灯（露的或带罩的），使 顶部和墙壁均有一定的亮度，整个室内空间分布均匀。

◎当要求垂直照度时，可采用倾斜安装的灯具，或选用不对称配光的灯具，如教室黑板照明 等。

◎大厅、门厅、会议堂、礼堂、宾馆等处的照明，除满足照明功能外，还应考虑照明灯具的 装饰艺术效果，对于家庭的客厅、卧室等，随着人们生活水平的不断提高，也应作以上考虑。

◎生产厂房采用直接型灯具较多，使光通全部投射到下方面的工作面上，若工作位置集中或 灯具悬挂高度较高时，宜采用深照型灯具。一般生产采用深照型灯具。

◎特殊用房，应根据需要选用专用灯具，如舞厅、舞台、手术室、摄影棚等。

5、配光 光强在空间的分布是灯具的重要特性，通常用曲线来表示，所以又叫配光曲线，配光曲线一 般有三种表示方法：一是极坐标法，二是直角坐标法，三是等光强曲线。 A、极坐标配光曲线： 在通过光源中心的测光平面上，测出灯具在不同角度的光强值。从某一方向起，以角度为函 数，将各角度的光强用矢量标注出来，连接矢量顶端的连接就是照相馆明灯具极坐标配光曲 线。如果灯具是有旋转对称轴，则只需用通过轴线的一个测光面上的光强分布曲线就能说明 其光强在空间的分布，如果灯具在空间的光分布是不对称的，则需要若干测光平面的光强分 布曲线才能说明其光强的空间分布状况。

B、标配光曲线： 对于聚光型灯具，由于光束集中在十分狭小的空间立体角内，很难用极坐标来表达其光强度 的空间分布状况，就采用直角从配光曲线表示法，以横轴表示光强图 I，以横轴表示光束的 投角，如果是具有对称旋转轴的灯具则只需一条配光曲线来表示，如果是不对称灯具则需多 条配光曲线表示。

C、光强曲线图： 将光强相等的矢量顶端连接起来的曲线称为等光强曲线，将相邻等到光强曲线的值按一定比 例排列，画出一系列的等光强曲线所组成的图称为等到光强图，常用的图有圆形网图，矩形 网图与正弧网图。由于矩形网图既能说明灯具的光强分布，又能说明光量的区域分布，所以 目前投光灯具采用的等光强曲线图都是矩形网图，这里我们将不作介绍。

6、照明质量 A、眩光： 视野内有亮度极亮的物体或强烈的亮度对比，则可引起不舒适或造成视觉降低的现象，称为眩光。眩光可分失能眩光与不舒适光，凡是降低人眼视力的眩光，凡使人产生不快之感称为 不舒适眩光。眩光是影响照明质量的重要因素之一。

眩光产生的原因：

◎由于高亮度的刺激。使瞳孔缩小。

◎由于角膜式晶体等眼内组织产生散射，在眼内形成光幕；

◎由于视网膜受高亮度的刺激，使适应状态破坏灯具产生眩光的主要因素：

◎光源的亮度（亮度越高，眩光越显著）

◎光源的位置（越接近视线，眩光越显著）

◎光源外观大小与数量（表面积越大，光源数目越多，眩光越显著）

◎周围的环境（环境亮度越暗，眼睛的适应亮度很低，眩光也就显著）

1、控制不舒适眩光： 在教育、办公室、体育馆处，必须严格控制眩光，否则会明显地影响人们的学习，工作及观赏活动。因此控制不舒适眩光很重要，控制不舒适眩光有以下办法： 接限制光源的亮度或采用透光的材料减弱眩光。

◎用灯具的保护角度控制眩光。

◎控制照明照度的稳定性。

◎控制照明对象和邻近表面的亮度的比值。

◎消除光源的频闪效果。

◎照度：作为基本决定因数，一个适当平面上的某个区域上的平均照度，是作为估计视觉作业实施所需求光量的常用定量标准。 由于不同的国家，地区、由于受经济等各种条件的影响，即使是同样的环境其照度的量是不 相同的，同时不同的地点、环境、由于所从事的工作或人的不同照度的量也是不同的，我们 介绍一些跟我们工作生活有关联的地方一些照度的要求（详见第一节《基本概念》第三条《推荐照度范围》）。

◎照度的分布与亮度分布的要求：照度的分布与亮度分布主要包括三个方面：

1）工作面上的照度分布要求均匀。为使工作面照度处于比较均匀的状态，要求做到

◎局部照度与一般分布要求均匀。工作面上一般照明值宜为照明值的 1/3—1/5，且不宜低于

50Lx（CIE 要求，局部工作面的照明最好不大于平均值的 25%）。

◎一般照明中的最小照度与平均照度之比规定在 0.7 以上。

◎各表面要有适当的亮度分布与照明分布。 要创造一个良好的使人感到舒适的照明环境，就需要亮度分布合理和室内各个面的反射比选择适当，照度的分配也应与之相配。由于人的视线不是固定的，经常由此及彼，如果室内亮 度分布变化过大，就会引起视觉器官的疲劳和不快感。但是，在以气氛照明为主的环境，有 时却需要用变化亮度的方法来改变室内单调的气氛，如会议室照度与周围与相差很大，反而 会形成中心感的效果等等。

◎面的亮度。 高亮度的发光面会引起眩光，造成人们的不舒适感，但是高亮度光源又会给人们的心情带来 刺激。在照明中采用较多的透明灯泡，会给人带来辉煌的陶醉感，产生兴奋与激情。因此要根据不同的场合确定发光面亮度。

办公室 车间 工作对象与其相邻的周围之间（如书或机器与周围之间） 3：1 3：1 工作对象与其离开较远之间（如书与地面、机器与墙面之间） 5：1 10：1 灯具或窗与其附近周围之间 20：1

在视野中的任何位置 40：1

反射率推荐值 反射率推荐值

顶棚 80%—90% 机器设备、工作桌（台） 25%—45% 墙壁（平均值） 40%—60% 地面 20%—40% 室内反射推荐值（美国 IES）

表面名称 反射比 照度比 表面名称 反射比 照度比顶棚 0.7—0.8 0.25—0.9 地面 0.2—0.4 0.7—1.0 墙面隔断 0.5—0.7 0.4—0.8 工作房间表面反射比与照度比