2.3 室内照明常用光源

2.3.1 光源标准和能效标准

光源标准规定了光源的技术性能要求、实验方法、能效标准等。表2-1列出了部分国家或行业对光源制定的标准，以便设计师查阅。

（1）白炽灯的基本元件

白炽光是指物体受热而激发产生的可见光电磁辐射。火光就是通过燃烧产生的白炽光。白炽灯是由电流通过钨丝，加热灯丝后散发可见射线产生光。

白炽灯的基本元件包括泡壳、灯头和灯丝。泡壳的作用就是保护灯丝，使灯丝与外界空气隔绝，避免因氧化而烧毁。一般是由耐高温的硬玻璃制成，典型的白炽灯结构如图2-14所示。为了减少灯丝快速蒸发，并且提高灯丝的工作温度和发光效率，必须在灯壳中充入惰性气体，如氩氮混合气体等。根据不同的应用，灯壳玻璃可以被制成磨砂、带颜色或是有选择透过玻璃的滤光层，也可以有反射或是焦距元件（图2-15）。

一般白炽灯的灯丝采用钨丝发光，灯丝的形状根据灯的发光分布来变化，典型的灯丝有直的、螺旋形或双螺旋形。灯丝的形状和尺寸直接影响灯的寿命、光效和光利用率，双螺旋灯丝的白炽灯具有更高的光效。白炽灯的灯芯由铅玻璃制成，具有很好的绝缘性。导电线有内导线、杜美丝和外导线三部分组成。灯头的形状主要螺口式灯头、插口式灯头、聚焦式和各种特种灯头，通过灯头，把白炽灯固定在灯座上，让电流通过灯丝。

（2）白炽灯的种类

①GLS灯（General Lighting Service Lamps）。GLS灯是最常见最常用的标准型白炽灯的简称。灯的泡壳有透明玻璃、乳白还有磨砂的。常用的灯泡类型有A、SB、G、S、T，其根据灯泡的不同形状来命名（图2-16）。

②卤钨灯。灯泡的填充气体含有部分卤族元素或卤化物的充气为卤钨灯。卤族元素的参与消除了普通钨丝白炽灯灯泡黑化，并且缓解了钨的蒸发，同时提高了光效、延长使用寿命。

卤钨灯有很多类型，通常分为高压和低压型。高压型一般功率为100～2000W。灯管直径为8～10mm，长度为80～330mm，主要用于室内外泛光照明。低压型卤钨灯的代表是MR型卤钨灯和PAR灯（图2-17），同时它们也是内置反射器的白炽灯。

MR型卤钨灯，也就是常见的灯杯、灯泡和反射镜封在一起，也是反射型白炽灯。MR型灯工作在低电压下（6V/12V/24V），功率为10～75W，标准低压白炽灯包括PAR36和各式各样额微型灯。低压卤钨灯比普通卤钨灯光强更大、颜色更鲜艳，MR灯小而亮，有一个集成的反射器带有二向色涂层能将大多数热量向后反射，而可见光被精确聚焦。也有铝制MR灯将光和热同时向前发射，以减少对基座的热压力从而延长寿命。MR灯光束角从4°～32°，直径从0.5～2in（1in=2.54cm），常用的有MR11/35W、MR16/50W等。

PAR灯(Parabolic Aluminum Reflector light)，亦称筒灯，有聚光和泛光型两类，光速角为5°～60°。PAR灯的前透镜可以做成彩色的，常用颜色有红、黄、蓝、绿和琥珀色。由于PAR灯聚光性强，光利用率高，所以与同功率的白炽灯相比照度更高。常用的有PAR38/12W、PAR56/300W等(图2-18)。

（3）白炽灯的工作特性

普通的色温是定量的，约为2800K。白炽灯光色偏黄，人造光源当中白炽灯是显色性最好的，显色指数达99。白炽灯当中卤钨灯的光效最高，与普通白炽灯相比，光色更白一点，色调冷一些，色温一般为2800～3200K。

白炽灯是可调光的，调光灯的灯丝工作温度降低，同时灯的色温降低，灯的光效降低使用寿命延长。卤钨灯也可调光，但需要变压器。

通常GLS灯的寿命在1000h左右，长寿型为1500h；PAR灯在2000h；卤钨灯可达到3000～5000h。

（4）白炽灯的应用范围

白炽灯的应用范围很广。它们具有极佳的显色性且容易调光，表2-2是白炽灯的应用特性。

2.3.2 荧光灯

（1）荧光灯的基本元件

荧光灯是通过放电产生的紫外线激发荧光粉而发光的气体放电灯（图2-19）。它是一种线性光源，属于非方向性光源，管径有38mm直管型、31mm环管型、26mm直管节能型和16mm高效超细短管型等。荧光灯不可或缺的重要配件是镇流器和启辉器，起到启动放电，控制灯管电流及避免灯管频闪的作用。一般分为传统型荧光灯和无极型荧光灯。传统型荧光灯和低压汞灯，是利用低气压的汞蒸气在放电过程中辐射紫外线，从而使荧光粉发出可见光的原理发光，属于低压弧光放电光源。无极荧光灯即无极灯，它没有传统荧光灯的灯丝与电极，是利用电磁耦合的原理使汞原子从原始状态激发成激发态，其激发原理与传统荧光灯相似，是现今最新型节能光源。

（2）荧光灯的种类

根据荧光灯的形状，荧光灯可分为直管型荧光灯、环型荧光灯和紧凑型荧光灯。

①直管型荧光灯。直管型荧光灯按启动方式分为预热启动式、快速启动式和瞬时启动式。

目前，预热启动式荧光灯使用的范围最广，在220V/240V电源电压的国家及地区中均是如此。根据灯管直径，一般常用的预热式荧光灯有T12、T10、T8、T5、T4、T3.5、T2等型号。随着灯管直径越来越细，荧光灯的发光效率也原来越高。现在市面上用得最多的是T8、T5、T4灯管。它们的特点是尺寸减小、便于隐藏，所以广泛应用于发光灯槽、发光顶棚中的光源。常用T5灯管的功率为8～35W，长度310～1475mm；T4灯管功率为8～28W，长度341～1172mm。

快速启动式荧光灯是最常见的能提供匀速启动，长寿命及可调光的荧光灯。电极在正常运行之前和运行期间都被加热。这使得快速启动型比预热或瞬时启动式效率低。快速启动式比瞬时启动式的T5灯管寿命长25%。

瞬时启动式荧光灯与预热式原理比较类似，但它使用更高的启动电压，而不是预热电极。由于不需要预热，瞬时启动灯管每端只需要一个灯脚。由于这种灯机会开关一开就立即启动，所以称为“瞬时启动”，此类灯管有更高的效能，但寿命端，不适合用于开关频率高的空间。

②环型荧光灯。环型荧光灯除了在形状上与直管荧光灯不同，在原理和性能上二者都基本相同，常见功率有22W、32W、40W等，如图2-20所示。

③紧凑型荧光灯（CFL）。紧凑型荧光灯的灯管、镇流器和灯头紧密地连成一体，所有的部件都集中在一个白炽灯大小的灯内，包括镇流器，所以称为“紧凑型荧光灯”，如图2-21所示。它有不同的尺寸、形状、颜色及结构。它通过折叠细小的T5灯管，获得更高的光效。紧凑型荧光的结构有双管、三管还有四管。一般紧凑型荧光灯都采用三基色荧光粉，其荧光灯光效高，节能效果显著。由于紧凑型荧光灯光衰小，性能稳定，且灯管直径为10～16mm，在许多场所中它可以直接替换40～100W的白炽灯，故俗称节能灯。一个32W紧凑型荧光灯和150W白炽灯的光输出相同，却少用25%的电能，寿命也相对较长。

（3）荧光灯的工作特性

用于荧光灯的形状大小不同，其光效也不同。传统荧光灯使用卤磷酸盐荧光粉。采用稀土三基色荧光粉的光效要提高10%，采用更贵的多谱宽带荧光粉，显色性提高，但光效降低约20%。一般室内照明用的荧光灯，主要有暖白色、白色、冷白色和日光色，还有高级暖白色和高级冷白色，具有更好的显色性。色温有2700K、3200K、5000K灯。根据需要，可以调整荧光粉的种类，从而产生具有不同的色温、显色性和光效的荧光灯，使用范围更广。

所有气体放电灯工作时都需要镇流器，镇流器对于荧光灯起着重要的作用，镇流器好坏不仅决定了荧光灯的效能，还影响荧光灯的寿命。如今，年代更早的电磁镇流器逐渐被电子镇流器取代，电子镇流器更小、更安静，重量也比电磁镇流器更轻。电子镇流器温度也更低，可以减少空调运行费用。

（4）荧光灯的应用

荧光灯应用相当广泛，根据其特点和工作特性，一般荧光灯会用在工作场所，特别是对视觉要求比较高及需要长时间工作的办公环境、学校教室、图书馆、医院、商店等，也适用于住宅、旅馆、博物馆及走廊等公共空间。同时，荧光灯也适合于需要模拟天光的一些大型公共场所照明，比如地铁站、飞机场候车大厅等。

2.3.3 金属卤化物灯（简称金卤灯）

（1）金卤灯的基本元件

金卤灯是高强度的气体放电灯（HID灯），在室内照明设计中应用也相当广泛（图2-22）。所有的HID灯都是通过穿透蒸气的高压电弧产生光。金卤灯因其汞蒸气发电管内添加了金属卤化物，金属原子参与放电而发出可见光而得名。金属卤化物可以大大提升所需金属的蒸气压，防止活泼金属对石英电弧管的侵蚀。并且金属卤化物在放电时，除了产生高压汞蒸气谱线外，还能产生其他各种颜色的光谱，其外观光色呈白色，色温在2900～5200K，从而改善了光的显色性和光效。随着技术的进步，金卤灯的形式多样，对光色、大小及其光色的稳定性的改善，使它成为现代建筑中白炽灯很好的代替品。

（2）金卤灯的种类

金卤灯的结构形式多样，可分为有单泡壳双端型、双泡壳双端型、双泡单端型和陶瓷金卤灯等。一般常用的室内照明光源是双泡单端型金卤灯和陶瓷金卤灯。

①双泡单端型金卤灯。双炮单端型金卤灯的外壳有两种：管状透明外壳和荧光粉椭球形外壳。图2-23为双泡单端型金卤灯。

在管状透明外壳金卤灯中，当电弧管中填充稀土金属卤化物时，70W和150W两种灯的色温为4000K，显色指数为80和85，常用于室内展示和重点照明当中；当充入的气体是钪、钠金属卤化物时，光源色温为4000K，显色指数为60，室内外都可用。

在涂有荧光粉椭球形外壳金属卤钨灯中的电弧管中充入钠、铊、铟卤化物的卤钨灯，功率为250W和400W，色温为4300K，显色指数为68，常用室外照明和大型室内照明，如体育场。

②陶瓷金卤灯。陶瓷金卤灯（CMD灯）是采用半透明陶瓷作为电弧管的金卤灯，是石英金卤灯和钠灯的陶瓷技术的结合，集合了两者的照明优势。

由于陶瓷管能耐更高的温度，陶瓷金卤灯比其他的金卤灯化学性质更稳定，且光效高、亮度高、显色指数高、寿命长，综合指数十分优越，是商业、体育场馆、道路等大空间照明的优选光源。据业内人士预测，未来节能灯、LED灯和陶瓷金卤灯将三分照明市场，不久将是这三种灯的市场爆发期。

现有的陶瓷金卤灯有35W、70W、150W等多种规格，其结构有采用管状灯泡外还有采用反射型外壳的PAR灯。图2-24为金卤灯形状。

（3）金卤灯的工作特性

金卤灯的光效很高，通常在56～110lm/W，显色指数在60～93之间。其使用寿命可达12000～20000h。

尽管金卤灯被认为会引领高强度放电灯的未来，但它还是存在一些问题。金卤灯的光输出会受到各种因素的影响，特别对电源和电压的波动比较敏感，电源电压在额定值上下变化大于10%的时候会造成灯内的化学物质沉淀和转化，引起颜色变化，尤其是钠-铊-铟灯和钪-钠灯，电源电压太高还会光衰严重，缩短灯的寿命。镇流器感抗的幅度也很重要，灯泡必须工作在规定的上下功率范围内，这时灯的性能才能符合要求，金卤灯的颜色特性取决于电弧管的冷端温度，冷端温度又与其工作位置有关；不同的工作位置不仅会造成灯的颜色差异，还会对灯的寿命产生影响。所以，在照明设计中要考虑金卤灯初始的光通量和衰减后的光通差别。

（4）金卤灯的应用范围

根据金卤灯的不同特点，它的应用范围也十分广泛。常用于体育馆、展览馆、商场、工作车间灯大型的室内公共空间，其彩色的金卤灯（红色、紫色、蓝色和绿色）可用于装饰性照明，比其他配有滤光器的光源有更高的光效。

2.3.4 发光二极管LED

（1）LED的基本元件

LED是Light Emitting Diode（发光二极管）的简称，是一种将电能转化为可见光的半导体，其核心是PN结，在半导体PN结中通以正向电流，从P区注入N区的空穴和由N区注入P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光（图2-25）。其结构是将一块电致发光半导体材料置于一个引线的架子上，用环氧树脂透镜罩将四周密封起来，起到保护内部芯片的作用。

（2）LED常用种类

LED种类繁杂，以下是常用的LED光源。

①直插型LED。直插型LED体积小其照度角较小，因此光束为聚光型，主要应用在户外广告、电器信号灯、交通指示灯等。其规格有：草帽/钢盔、圆头、内凹、椭圆、墓碑型（尺寸：2mm×3mm×4mm）子弹头、平头、食人鱼等（图2-26、图2-27）。

②SMD型LED。SMD型LED又称贴片型LED，主要应用于3C技术产品，如手机屏幕和按键背光源、汽车面板背光源、电器按键信号灯、LED灯带等体积较小的产品。SMD型LED照射角度大，光束能被均匀扩散。按其形状大小分为：3020、3528、5050、1016、1024等型号。一般SMD是菱形的，所以根据长×宽命名，如1680（1.6mm×0.8mm）（图2-28）。

③大功率型LED。大功率型LED 是广泛用于照明的LED光源，其种类也很多，它们的功率及电流使用皆不相同，且光电参数相差甚巨。单颗大功率型LED光源如未加散热底座（一般为六角形铝质座），它的外观与普通贴片无太大差距，大功率型LED光源呈圆形，封装方式基本与SMD贴片相同（图2-29）。

（3）LED的工作特性

随着新材料的研发成功，LED的技术逐渐成熟，LED灯的优势有目共睹。理论上说LED寿命长达10万小时，实际寿命约5万小时，一般与其配装的散热器件有关，但也远远超出了寿命只有1000～2000h的白炽灯，这使得LED可以和灯具直接整合，不用担心光源的更换问题。LED响应时间也比其他光源短，气体放电灯从启动至光辐射稳定输出，需要几十秒至几十分钟的时间，热辐射光源启动后电压有零点几秒的上升时间，而LED的响应时间只有几十纳秒。其次，LED光源结构牢固，它使用环氧树脂封装的半导体发光固体光源，其结构不包含玻璃、灯丝灯易损器件，是一种实心全固体机构，可承受一定的震动、冲击而不致引起损坏。且LED功耗低，是一种节能光源。目前，LED白光的光效可达到140lm/W，LED在红、橙区的光效已经达到了100lm/W，在绿色去光的光效达到约50lm/W以上，超过了普通白炽灯的水平，其技术发展相当快。令其运用广泛的是LED的光色方面的特性，LED实现了红、黄、蓝、绿、橙等多色发光。这些优势让LED在照明市场中发挥的作用越来越大，现如今，不仅室外应用广泛，在室内照明场所中也起到了重要的作用。

（4）LED的应用范围

进入21世纪，LED产业在各国政府的大力支持下，从最初的背光材料覆盖到如今各种照明领域，无论室内外，大小场所，都有LED的身影。LED其形式与安装与其他传统光源区别不大，而其具有的良好性能，使其在室内照明设计领域中拥有广阔的使用空间，在工厂、大型商场、酒店博物馆、娱乐场所、学校、医院等大部分室内空间都有其适当的位置，特别适用于重点照明和情景照明中。