1.4　照明灯具及照明设计

1.4.1　照明灯具

灯具是一种产生、控制和分配光的器件，是光源、灯罩及附件的总称。在灯具的设计及应用中，最为强调的是灯具的控光部件，主要由反射器等组成。灯具包括：光学系统（反射器、透镜、格栅等），电气附件（镇流器、启动器、驱动器等），机械结构件（灯座、外壳、支架、调节机构、减震器等）。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

灯具的品种极其丰富，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：

①按采用的电光源分类：把灯具分成白炽灯具、荧光灯具、高压气体放电灯具、LED灯具等大类。

②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。

③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。

④按安装方式分为：嵌入式、移动式和固定式三种。

⑤按用途方式分为：民用照明灯具、建筑照明灯具、工矿照明灯具、投光照明灯具、公共场所照明灯具、嵌入式照明灯具、船用灯照明灯具、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、防爆照明灯具、水下照明灯具等。

⑥根据国际照明委员会（CIE）的建议，灯具按光通量在上下空间分布的比例分为五类：直接型、半直接型、漫射型（包括水平方向光线很少的直接-间接型）、半间接型和间接型照明灯具。

● 直接型灯具。此类灯具绝大部分光通量（90% ～100%）直接投照下方，所以灯具的光通量的利用率最高。

●半直接型灯具。这类灯具大部分光通量（60% ～90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的分量将减少照明环境所产生的阴影的亮度并改善其各表面的亮度比。

● 漫射型或直接-间接型灯具。灯具向上向下的光通量几乎相同（各占40% ～60%）。最常见的漫射型灯具是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，因此光通利用率较低。

● 半间接型灯具。灯具向下光通量占10% ～40%，它的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一些缺陷。具有上面敞口的半透明罩的灯具属于这一类。它们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，光线更为柔和宜人。

● 间接型灯具。灯具的小部分光通（10%以下）向下。设计得好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于灯具向下光通很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。此类灯具的光通利用率比前面四种都低。

2.　灯具的配光曲线

光强在空间的分布是灯具的重要特性，通常用曲线来表示，以光源为原点表示发光强度分布的曲线称为配光曲线。图1-17所示的配光曲线表示通过光源中心的水平面上发光强度分布的水平配光曲线及表示垂直面上发光强度分布的垂直配光曲线。

配光曲线是用来描述某灯具或光源发射出的光在空间中的分布情况或状态，配光曲线按照其对称性通常可分为：轴向对称、对称和非对称配光，如图1-18所示。轴向对称又被称为旋转对称，指各个方向上的配光曲线都是基本对称的，一般的筒灯、工矿灯都是这样的配光。配光曲线一般有三种表示方法：极坐标配光曲线、直角坐标配光曲线和等光强曲线。

（1）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，连接矢量顶端得到灯具极坐标配光曲线。如果灯具具有旋转对称轴，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。

（2）直角坐标配光曲线

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，就采用直角坐标配光曲线表示法，以横轴表示光强，以纵轴表示光束的投角，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。

（3）等光强曲线

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。

3.　灯具的种类及艺术效果

灯具随着新技术、新材料的发展，花色品种繁多，造型丰富，光、色、形、质可谓变化无穷，灯具不仅为人们的生活提供照明的条件，而且是室内环境设计中重要的画龙点睛之笔。灯具按照结构可分为下列类型：

①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时有高照度的场所。这种灯具配有镜面反射罩，并以大功率高压钠灯、金属卤化物灯、高压汞灯、LED灯作光源，能将光线控制在狭窄的范围内，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。

②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上，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。

③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，能创造宁静幽雅的环境气氛，一般用在酒楼、宾馆、家庭的客厅等处。

④荧光支架灯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，敞开式荧光支架灯光效高，但有眩光，对保护视力不利。配棱晶罩的荧光灯具虽光效有所下降，但几乎没有眩光。荧光灯光效高，被广泛地用于商店、图书馆、学校、办公楼、银行等处做一般照明，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、候车厅等），会产生良好的艺术照明效果。

⑤格栅灯盘也是一种荧光灯灯具，与荧光支架灯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两种安装方式，它主要用在办公室、图书馆、商店等处用作一般照明。

灯具按照安装方式可分为下列类型：

①悬吊类。通称吊灯。有一般性吊灯，用于一般性室内空间；花灯，用于豪华高大的大厅空间；宫灯，一般用于具有传统古典式风格的厅堂；伸缩性吊灯，采用伸缩的蛇皮管或伸缩链作吊具，可在一定范围内根据需要调节灯具的高度。

②吸顶类。紧贴天棚的灯具，也有凸出型吸顶灯，这类灯具适用面较大，可以单盏使用，也可以组合使用，前者适用于较小的空间，后者适用于较大的空间；嵌入型吸顶灯是一种可将灯具嵌入天棚内的灯具。

③壁灯类。壁灯有附墙式和悬挑式两种，安装在墙壁和柱子上。壁灯造型要求富有装饰性，适用于各种空间。

④落地灯。也称坐地灯，是家居客厅、起居室、宾馆客房、接待室等空间的局部照明灯具，是室内陈设之一，具有装饰空间的作用。

⑤台灯。坐落在台桌、茶几、矮柜的局部照明的灯具，也是现代家庭中富有情趣的主要陈设之一，在现代宾馆中，台灯已经成为具有特色的装饰照明手段。

⑥特种灯具。为各种用途专门制造的照明灯具，如用于舞台表演的追光灯、回光灯、天幕泛光灯、旋转灯、光束灯、流星灯等。

4.　灯具的功能

灯具的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。大部分光源是全方位地发射光线，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也是灯具的一项功能。灯具必须是耐用的，且能为光源的电气附件提供一个电气、机械及热学上安全的壳体。

①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。

②适宜的机械性能。灯具部件必须有足够的机械强度，从而确保在安装和使用时有适当的耐久性，同时有充分的悬挂强度，金属部件必须有足够的耐腐蚀能力。

③壳体要求。室外用灯具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。使用防护等级代码划分灯具外壳的防护等级。IP （International Protection）防护等级是由两个数字所组成，第一个数字表示灯具防尘、防止外物侵入的等级（接触物保护、外来物保护等级）；第二个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度（防水保护等级）；数字越大，表示其防护等级越高。IP灯具防护等级见表1-6、表1-7。

④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。

⑤热要求。灯具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。

⑥标志要求。灯具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。

⑦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。

5.　灯用电器附件

为保证不同类型电光源（白炽灯、气体放电灯、LED灯）在电网电压下正常可靠工作而配置的电器件统称为灯用电器附件。灯用电器附件按用途分类见表1-8。

灯用电器附件按工作原理分类见表1-9。

6.　灯具的机械附件

（1）灯头

在灯具的结构中，固定光源并使其与灯座相连接的部件称为灯头。灯头分为：

①螺口式灯头。用圆螺纹与灯座进行连接的灯头，用“E”标志。

②插口式灯头。用插销与灯座进行连接的灯头，用“B”标志。

③插脚式灯头。用插脚与灯座进行连接的灯头，用“G”（对双插脚与多插脚灯头）或“F”（对单插脚灯头）标志。

（2）灯座

保持灯的位置和使灯头与电源相连接的器件。防潮灯座是供潮湿环境和户外使用的灯座，这种灯座在使用时其性能不受雨水和潮湿气候的影响。

7.　照明装置的安全性

根据照明装置所涉及的有关设计和结构，照明装置可以分为以下三大类：

①照明装置提供的抗电击安全保护特性。

②抗外界物体进入照明装置的特性（例如防灰尘、防潮特性）。

③照明装置的安装表面的抗燃特性。

IEC对照明装置的安全性分为四类，分别如下：

①0类的表示符号为□。这类照明装置是电绝缘的，没有接地，装置的外壳可以由绝缘材料制成，从而部分或整体形成照明装置的绝缘功能，这类照明装置的外壳也可以由金属材料做成，但是其中的电路带电部件需和外壳绝缘，对0类照明装置可以对其中的带电部件实行强制性绝缘或双绝缘的考虑。

②1类的表示符号为。对1类照明装置，除了被电绝缘的元件外，同时也提供了接地，并且这个接地部分对照明装置的外露金属部件进行了连接，以确保外露金属部件在带电的情况下能实现保护功能。对照明装置的供电接线端子也应同时提供接地端子。

③2类的表示符号为。对2类照明装置的外露金属部件应确保不带电，这既可以通过双重绝缘，也可以通过接地的方法来实现。

④3类的表示符号为。这类照明装置对极低电压供电应用时也应能确保安全工作，不会对周围环境造成危害，最常用的应用情况就是低交流电供电的应用场合（如42V），对这类照明装置可以不用提供接地保护。

为了确保电子产品的安全性，在欧洲国家范围有一种叫CE的认证，CE是“Conformité Europeenné”的缩写，表示在欧洲国家范围内流通产品一致性的最基本的要求，以确保市场监控部门有效地监控有关产品的性能指标。电光源产品要受到电磁兼容（EMC）和低电压电子产品监控部门的监控，CE主要针对与电子产品的安全性有关的内容。

电光源产品在投入市场时应满足安全性、EMC和电性能的有关技术标准要求，并应通过有关技术认证部门的技术认证。根据IEC的要求，照明装置的供电电压应在额定供电电压的-8% ～ +6%范围内变化。如果电源供电电压范围变化过大，则会产生以下几种结果：

①如果照明装置的供电电压过低，则会降低电光源的光输出、色漂移，在极端情况下产生照明装置的点燃困难。

②如果照明装置的供电电压过高，则会降低电光源的使用寿命；降低照明控制装置的使用寿命、色漂移、功耗增加，在极端情况下会产生安全问题。

1.4.2　照明设计

1.　照明的目的

照明是以人们的生活、活动为目的对光的利用，从广义上讲，应包括对生命体、生物有作用的视觉与光信息、紫外线、可见光及红外线等各部分。良好的照明设计在于能以最适当的方式将照明设施的机能与目的显示出来，并创造出有气氛的照明环境。为此，对于照明的目的，选择适当的照明方式均需作充分考虑。照明的目的，依视觉条件分为下列几点：

①让空间的使用者能正确地认识对象。

②使用者能适当地了解周围的状况。

③视作业对象与作业目的有直接关系的对象。

④令作业者产生注意的对象。

就照明的目的而言，最重要的是明视性，其次是快适性、愉悦性，使人心情舒畅的感觉也是很重要的，前者关系着主要视作业对象的主体机能是否具有明视效果，而后者则关系到视觉周围环境是否有舒适的照明气氛。

另外，以照明的属性而言，可分为照明生理与照明心理，前者关系着视作业对象，后者与周围环境有较大关系。然而，照明的目的并非是一成不变的，因使用目的不同，就必须作各种不同的考虑。

2.　照明设计的原则

（1）功能性原则

灯光照明设计必须符合功能的要求，根据不同的空间、不同的场合、不同的对象选择不同的照明方式和灯具，并保证恰当的照度和亮度。例如，会议大厅的灯光照明设计应采用垂直式照明，要求亮度分布均匀，避免出现眩光，一般宜选用全面性照明灯具；商店的橱窗和商品陈列，为了吸引顾客，一般采用强光重点照射以强调商品的形象，其亮度比一般照明要高出3～5倍，为了强化商品的立体感、质感和广告效应，常使用方向性强的照明灯具和利用色光来提高商品的艺术感染力。

（2）美观性原则

灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。为了对室内空间进行装饰，增加空间层次，渲染环境气氛，采用装饰照明，使用装饰灯具十分重要。在现代家居建筑、影剧建筑、商业建筑和娱乐性建筑的环境设计中，灯光照明更成为整体的一部分。灯具不仅起到保证照明的作用，而且十分讲究其造型、材料、色彩、比例、尺度，灯具已成为室内空间的不可缺少的装饰品。灯光设计师通过灯光的明暗、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制，充分发挥灯光的光辉和色彩的作用，采用透射、反射、折射等多种手段，创造温馨柔和、宁静幽雅、怡情浪漫、光辉灿烂、富丽堂皇、欢乐喜庆、节奏明快、神秘莫测、扑朔迷离等艺术情调气氛，为人们的生活环境增添了丰富多彩的情趣。

（3）经济性原则

灯光照明并不一定以多为好，以强取胜，关键是科学合理。灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要，使室内空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值，并达到使用功能和审美功能的统一。华而不实的灯饰非但不能锦上添花，反而画蛇添足，同时造成电能消耗、能源浪费和经济上的损失，甚至还会造成光环境污染而有损身体的健康。在照明设计时应根据用途和分辨清晰度的要求，选用不同的灯光照明标准。

（4）安全性原则

灯光照明设计要求绝对的安全可靠。由于电光源照明来自电源，必须采取严格的防触电、防断路等安全措施，以避免意外事故的发生。

3.　照明品质

长久以来大众对于照明品质非常重视，不仅要求照度充足，还要照度分配均匀，才不至于造成眩光及配光均匀度差异太大，造成舒适度下降。所谓照明品质是改善眩光、空间照度、相对色温、演色性、配光均匀度等。

由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适的感觉或降低观察细部或目标的能力的视觉现象，人眼的直接眩光区为自垂直面45° ～80°，如图1-19所示。眩光产生的因素有：光源本身的亮度、灯具反射面的亮度、光源的大小及周围环境的背景亮度。

根据影响的程度，可将眩光分为：不舒适眩光、失能眩光、失明眩光。根据眩光产生的方式，可分为直接眩光、反射眩光与背景眩光。直接眩光因光源直接入射眼睛所造成，眩光的产生方式、种类如图1-20所示。

光线充足与否即是照明领域定义的空间照度问题，不同照明环境下空间照度也有所不同，一般室内空间照度要求500～750 lx，而空间照度大于500 lx时，人眼就不易产生疲劳现象。演色性为物体在不同光源下相比在太阳光下的呈现比，其最佳值为100，一般室内照明要求高于85。

常见空间配光均匀度定义方式有：室内最低照度除以平均照度；室内最低照度除以最高照度；室内平均照度除以最高照度，一般评定空间配光均匀度之好坏，会以0.8为基准。

4.　灯光照明的分类

一般照明方式，可分为直接照明、半直接照明、全般扩散照明、半间接照明及间接照明，如图1-21所示。

①直接照明：光源的全部或90%以上直接投射到被照物体上。特点是亮度大，给人以明亮、紧凑的感觉。直接照明由于设计容易及运用方便，是最常见的照明方式，其缺点是容易产生眩光及配光均匀度差。

②半直接照明：光源的60% ～90%直接投射到被照物体上，其中10% ～40%经反射后再投射到被照物体上。它的亮度仍然较大，但比直接照明柔和。

③全般扩散照明：利用半透明磨砂玻璃罩、乳白罩或特制的格栅，使光线形成多方向的漫射，其光线柔和，有很好的艺术效果，适用于起居室、会议室和一些大的厅、堂照明。

④半间接照明：光源60%以上的光经过反射后照到被照物体上，只有少量光直接射向被照物体。

⑤间接照明：光源间接地照到被照物体上。光量弱，光线柔和，无眩光和明显阴影，具有安详、平和的气氛。

5.　灯光的表现方式

（1）面光表现方式

面光表现方式是利用灯光照亮天棚、墙面或地面使其构成一个发光面。天棚发光面的特点是光照均匀，光线充足，表现形式多种多样。如用日光灯吊顶，光线密度均需一致，以保证每个空间都光线充足；又如用大面积筒灯吊顶，天棚上有规律的牛眼灯，犹如夜空星罗棋布；并可结合天棚梁架结构，设计成一个个光井，光线从井格射出，产生别具一格的空间效果。

墙面发光面一般为图片展览所用。把墙面做成中空双层夹墙，面向展示的一面的墙做成发光墙面，其中嵌有若干个玻璃框，框后设置投光装置，形成发光展览墙面。大型灯箱广告也属于此类照明。

地发光面是将地面做成发光地板，通常为舞池设置，多彩的发光地板，其光影和色彩伴随着电子音响的节奏而同步变化，大大增强了舞台表演的艺术气氛。

（2）带光表现方式

所谓带光是将光源布置成长条形的光带。表现形式变化多样，有方形、格子形、条形、条格形、环形（圆环形、椭圆形）、三角形以及其他多边形。如周边平面型光带吊顶、周边凹入型光带吊顶、内框型光带吊顶、内框凹入型光带吊顶、周边光带地板、内框光带地板、环型光带地板、上投光槽、天花凹光槽、地脚凹光槽等等。长条形光带具有一定的导向性，在人流众多的公共场所环境设计中常常用作导向照明，其他几何形光带一般作装饰照明用。

（3）点光表现

点光是指投光范围小而集中的光源。由于它的光照明度强，大多用于餐厅、卧室、书房以及橱窗、舞台等场所的直接照明或重点照明。点光表现手法多样，有顶光、底光、顺光、逆光、侧光等。

①顶光。自上而下的照明，类似夏日正午日光直射。光照物体投影小，明暗对比强，不宜用作物体或人体的造型光。

②底光。自下而上的照明，宜作辅助配光。

③顺光。来自正前方的照明，投影平淡，光照物体色彩显现完全，但立体感觉差。

④逆光。来自正后方的照明，光照物体的外轮廓分明，具有艺术魅力的剪影效果，是摄影艺术和舞台天幕中常用的配光方式。

⑤侧光。光线自左右及左上、右上、左下、右下方向的照射，光照物体投影明确，立体感较强，层次丰富，是人们最容易接受的光照方式。

（4）静止灯光与流动灯光

①静止灯光。灯具固定不动，光照静止不变，不出现闪烁的灯光为静止灯光。绝大多数室内照明采用静止灯光，这种照明方式，能充分利用光能，并创造出稳定、柔和、和谐的光环境气氛，适用于学校、工厂、办公大楼、商场、展览会等场所。

②流动灯光是采用流动的照明方式，它具有丰富的艺术表现力，是舞台灯光和都市霓虹灯广告设计中常用的手段。如舞台上使用追光灯，不断追逐移动的演员，又如用作广告照明的霓虹灯不断地流动闪烁，频频变换颜色，不仅突出了艺术形象，而且渲染了环境艺术气氛。