配光曲线通常通过分布光度计(Goniophotometer)进行精确测量,并以极坐标、直角坐标或等光强曲线图的形式呈现。国际上通行的配光文件格式标准主要包括北美照明工程学会(IESNA)的LM-63标准(.ies文件)、欧洲的EULUMDAT标准(.ldt文件)以及英国的CIBSE TM-14标准。这些标准定义了不同的坐标系(如Type A、Type B、Type C)来规范配光数据的记录与交换。配光曲线不仅反映了灯具的光学性能,还直接影响照明系统的能效、均匀度以及视觉舒适性。
在照明工程中,光源本身(如白炽灯、LED芯片)发出的光通常具有特定的自然分布,但经过灯具的反射器、透镜、格栅等光学部件的处理后,光线的分布会发生改变。配光曲线正是这种经过光学处理后的最终光分布状态的体现。通过分析配光曲线,专业人员可以评估灯具的控光效率和光分布是否符合设计要求。
(一)配光曲线三种表示方法
为了清晰、准确地描述三维空间中的光强分布,配光曲线主要采用以下三种表示方法:
极坐标表示法
这是最常见的表示方法,适用于轴向对称的灯具(如筒灯、路灯)。在极坐标图中,原点代表灯具的发光中心,半径方向代表光强的大小,角度代表方向。通常,同心圆代表不同的光强值,越靠外的同心圆光强越大。通过连接不同角度下的光强矢量端点,形成的曲线即为极坐标配光曲线。这种方法形象直观,能很好地反映光强随角度变化的趋势。
直角坐标表示法
适用于聚光型灯具(如投光灯)或光束较窄的灯具。在直角坐标系中,横坐标表示角度(通常是垂直角度),纵坐标表示光强。这种方法便于精确读取特定角度下的光强数值,直观反映光强随角度变化的趋势,特别适合需要精确计算照度的场合。
等光强曲线表示法
将空间中光强相同的点连接起来形成的曲线称为等光强曲线。将一系列不同光强值的等光强曲线绘制在同一平面上,就构成了等光强曲线图。这种方法能直观地展示灯具的光束形状和覆盖范围,常用于投光灯的性能描述,帮助用户快速判断灯具的光斑形状和发散程度。
(二)坐标系与分类
坐标系类型
为了规范配光数据的测量与记录,国际标准定义了不同的坐标系类型,主要包括Type A、Type B和Type C。Type C(C-γ系统)的极轴是垂直的,垂直角度(γ)范围为0°(最低点)到180°(最高点),水平角度(C)范围为0°到360°,这是最常用的坐标系,适用于室内灯具(如筒灯)和道路灯具。Type B(B-β系统)的极轴在水平方向,适用于泛光灯等灯具。Type A(A-α系统)的极轴在竖直方向,主要用于汽车前照灯等特殊灯具。
配光对称性分类
灯具对称:灯具(光源)发出的光在空间的分布情况,记录灯具(光源)在各个方向的光强。配光曲线按照他的对称性质可分为三类:旋转对称(轴向对称)、对称、非对称。
旋转对称:各个方向的配光曲线都基本对称。
对称:当灯具 C0°和 C180°剖面的配光对称,同时 C90°到 C270°剖面配光对称,这样的配光曲线叫对称配光。
非对称:任意一个剖面配光都不对称的叫非对称配光曲线。
CIE灯具分类:根据上射光通量在灯具总光通量所占比例(ULR),对灯具进行分类;
分类 | 上射光通量比% | 下射光通量比% |
直接型 | 0-10 | 90-100 |
半直接型 | 10-40 | 60-90 |
漫射型 | 40-60 | 60-40 |
半间接型 | 60-90 | 10-40 |
间接型 | 90-100 | 0-10 |
注意:只有室内灯具报告中才出现 CIE 灯具分类。
光束角分类
根据光束的发散程度,灯具通常分为窄配光、中配光、宽配光三类。
窄配光(光束角<20°):窄配光光线高度集中,射程远,适用于射灯、筒灯等需要重点照明的场合。
中配光(20°≤光束角≤40°):中配光兼顾照射范围与光强,适合一般商业照明。
宽配光(光束角>40°):宽照射范围广,光线柔和,适用于基础照明和泛光照明。
(三)看懂测试报告中的主要参数
光度结果栏中的参数主要有灯具的 CIE 分类、额定光通量、灯具光通量、灯具效率、下射光通量比、上射光通量比等…..下射光通量比:向下光通量与额定光通量的比率。上射光通量比:向上光通量与额定光通量的比率。额定光通量:光源个数和光源光通量用于计算灯具的额定光通量。例如:被测灯是由 5 颗单颗小灯珠组成,单颗小灯珠的光通量为 80Lm,所以该灯条的额定光通量为 400Lm。如若没填写,灯具的额定光通量将等于灯具光通量。灯具光通量:根据配光曲线计算得到的灯具光通量,即该整灯的实际光通量。灯具效率:灯具光通量与额定光通量的比率。灯具光效等级:光效也称为光源的发光效率或者光源的功率因素,表征从光源中射出的光通量与光源所消耗的电功率之比。即η=φ/E。其中η为光效,φ为光源辐射的光能量,E 为光源的功率。发光效率值越高,表明器件将电能转化为光能的能力越强,即在提供同等亮度的情况下,该器件的节能性越强;在同等功率下,该器件的照明性越强,即亮度越大。中心光强:灯具发光中心即垂直轴 0°水平轴 0°的光强。峰值光强:灯具最大的光强峰值光强位置:用横纵坐标表示出最大光强的位置。有效光束角:在包含最大光强的某个平面上,两个为 10%最大光强的光强之间的夹角称为该平面的有效光束角又称光束扩散角(H:C0-180;V:C90-270)半峰边角:在选定的通过最大光强的平面上,两个为 50%最大光强的光强之间的夹角。
如上图所示。最大光强值为 211cd,50%最大光强值为 105.5cd,半峰边角是大于等于 105.5cd 的二个方向之间的夹角,所以上图所描述出来的夹角为半峰边角。有效光束角为光强值大于等于 21.1 光强值的二个方向之间夹角。
注1:(峰值中心光强)峰值光强:从图中可以看出大概 Imax=211cd,峰值光强的大小决定照明的强度和照度。(当然影响照度和强度的因素还反光杯的角度和照射距离有关)
注2:(50%峰值光强)50% 峰值光强:1/2 Imax=105.5cd,这里主要是为了看光束角。
注3:(半角)半峰边角:在选定最大光强的平面上,两个为50%的最大光强之间的夹角称为半峰边角。从上图可以看出左右各60°相加约等于104度,光束角的大小决定光斑的大小,跟照射效果息息相关。
注4:(10%峰值光强)有效光束角:在选定最大光强的平面上,两个为10%的最大光强之间的夹角称为该平面的有效光束角。从上图中可以看出左右大概各80°相加约等于160°
照度距离关系图描述了灯具照射在不同高度工作面上的参数变化情况。照度距离关系图:形象的描述灯具所照射到不同高度工作面上的相关参数。
H:被测灯的安装高度
E0:中心照度
DH/DV:投射面的横轴/竖轴的直径
S-B:投射面的面积
EAV:投射面的平均照度
灯具在相对光束角内所发出的光通量
相应的光束角可以系统设置中设置
上图左上角图中光通输出是指在该光束角内的光通量
注:重点说明一下,上图中的光通输出流明不等于灯具实际测试的光通量,区别在于光通输出流明是可以根据在系统设置角度的大小来显示不同角度的流明,而灯具光通量是仪器实际准确测试出来的数据。
亮度限制曲线:是我国(民用建筑照明设计标准GBJ133-90)采用CIE推荐的灯具亮度限制曲线,作为评价室内一般灯具直接眩光的标准和方法。工业和民用照明设计标准规定室内一般照明的直接眩光,也是根据亮度限制曲线进行限制的。
直接眩光:它是由灯或灯具过高的亮度直接进入视野造成的。眩光效应的严重程度取决于灯具发光面大小、发光面的亮度、背景亮度、视看方向和位置有关,照度水平和房间表面的反射比等因素,其中光源(灯或窗子)的亮度最主要。
CIE按照限制直接眩光的不同要求分为5个质量等级:
在实际评价中,需结合灯具亮度、眩光限制等级和使用照度来确定。具体评价步骤如下:
绘制曲线:首先绘制出灯具的亮度曲线(或获取灯具亮度数据)。
确定限制曲线:根据视觉作业的精细程度、允许的使用照度以及眩光限制质量等级,在《民用建筑照明设计标准》推荐的A-H共八条限制曲线表中,选择对应的限制曲线(如I级、II级、III级对应的曲线)。
对比检验:将绘制好的灯具亮度曲线与选定的限制曲线进行比较,判断灯具亮度是否超出推荐的亮度范围,以此检验其是否符合限制眩光的要求。
图(a)的曲线适用于评价无发光侧面的所有灯具及从纵向看有发光侧面的长条形灯具。
图(b)曲线则适用于评价有光侧面的所有非长条形灯具,以及从横向看到有发光侧面的长条形灯具。
假如我们现在要做一款室内设计,具体要求是:平均照度=500LX,眩光质量等级B,我们可以通过灯具亮度限制曲线检验该被测灯是否合乎要求。我们可根据已知条件按1-2-3-4找到d限制曲线。
UGR是指为统一眩光值,英文全称(Unified Glare Rating)。
用来度量室内视觉环境中的照明装置发出的光对人眼造成不舒适感主观反应的心理参量,其量值可按规定计算条件用CIE统一眩光值公式计算。
度量室内视觉环境中的照明装置发出的光对人眼造成不舒适感主观反应的心理参量,其量值可按规定计算条件用CIE统一眩光值公式计算。
原工业和民用照明设计标准规定室内一般照明的直接眩光,是根据亮度限制曲线进行限制的,这种限制方法只是针对单个灯具的眩光,并不能表征室内所有灯具产生的总的眩光效应。
式中:Lb——背景亮度(cd/m2);Iα—灯具发光中心与观察者眼睛连线方向的灯具发光强度(cd);P—每个单独灯具的位置指数,ω—每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角;
CIE1995 年提出用 UGR 作为评定不舒适眩光的定量指标。UGR 的计算综合了 CIE 和许多国家提出的眩光计算公式并加以简化,同时,其数值对应的不舒适眩光的主观感受与英国的眩光指数一致,见下表,因此这一方法得到世界各国的认同。
UGR表(统一眩光指数表)是室内灯具光度测试中用于快速查询该灯具在标准条件下室内空间UGR值的数据表格1。它是国际照明委员会(CIE)提出的室内不舒适眩光评价指标7。以下是关于UGR表的核心解读与使用方法:
UGR表的核心要素
H 高度(关键参数):
定义:指观察者眼睛位置到灯具安装位置的高度差,而非灯具的绝对安装高度1。
计算:H=空间层高−观察者眼高H=空间层高−观察者眼高(通常眼高取1.2m)。
空间尺寸 X 和 Y:
表格中空间长宽以HH的倍数呈现(如X=2H,4H,8H,12HX=2H,4H,8H,12H),YY则根据XX的变化而变化1。
空间反射率:
表格通常对应不同的顶棚、墙面、地板反射率(如 70/50/20 等组合)。
观察方向:
表格会给出不同观察角度下的UGR值。
UGR 数值等级与意义
UGR数值越小,代表光线越舒适,无眩光感;
那么降低UGR防备措施有哪些呢?
降低灯具亮度;
提高环境亮度,降低眩光亮度与环境亮度的反差;
用粗糙的反射面替代光滑的反射面;
调整眩光源的位置,使之远离观察者的视线;
使用防眩材料如:蜂窝网等遮挡眩光源;
(注意:降低UGR的前提下我们首先还要客户的需求,不能一味降低流明和减小功率等)