任务1-1 照明技术的基本知识

电气照明不仅需要光学和电学知识，而且还涉及建筑学、生理学、心理学等多学科的知识。围绕电气照明这个中心，本任务主要介绍光、视觉、颜色等与电气照明技术有关的基础知识及绿色照明计划等。

1.1.1 光的性质和常用度量值

电气照明是以光学为基础的，因而，电气照明技术的实质主要是光的控制与分配技术。本节主要介绍电气照明技术中最基本的概念和常用术语。

1.光的性质

光是一种能量存在的形式，光能可以在没有任何中间媒介的情况下向外发射和传播，这种向外发射和传播的过程称为光的辐射。光在一种介质中将以直线的形式向外传播，称为光线。光的辐射具有二重性，即波动性和微粒性。光在传播过程中主要显示出波动性，而在与物质相互作用时则主要显示出微粒性。因此，光的理论也有两种，即光的电磁波理论和光的量子理论。

1）光的电磁波理论

光的电磁波理论认为，光是能在空间传播的一种电磁波。电磁波的传播形式如图1.1所示。所有电磁波在真空中传播时，传播速度均相同，约为3×105km/s；而在介质中传播时，其传播速度与波长、振动频率及介质的折射率有关。

电磁辐射的波长范围是极其广泛的，波长不同的电磁波，其特性可能有很大的差异。但相邻波段之间实际上是没有明显界限的，因为波长的较小差别不会引起特性的突变。若将各种电磁波按波长依次排列可以得到电磁波谱，如图1.2所示。

在电磁波谱中，波长为380～780nm（1nm=10-9m）的电磁波，能使人眼产生光感，这部分电磁波被称为可见光。可见光按波长依次排列可以得到可见光谱。不同波长的可见光在视觉上会形成不同的颜色，将可见光按波长380～780nm依次展开，光将分别呈现紫、蓝、青、绿、黄、橙、红7种颜色。只有单一波长的光才表现为一种颜色，称为单色光，全部可见光波混合在一起就形成了日光。

在可见光紫光区的左边小于380nm的是一个紫外线波段，而在红光区右边大于780nm的是一个红外线波段。这两个波段的电磁波虽然不能引起人的视觉，但由于它们能够有效地转换成可见光，所以，通常把紫外线、可见光和红外线统称为光。

太阳所辐射的电磁波中，波长大于1400nm的被低空大气层中的水蒸气和二氧化碳强烈吸收，波长小于290nm的被高空大气层中的臭氧所吸收，能到达地表面的电磁波，其波长正好与可见光相符。可见光谱的颜色实际上是连续光谱混合而成的，光的颜色与相应的波段如表1.1所示。

2）光的量子理论

光的量子理论认为光是由辐射源发射的微粒流。光的这种微粒是光的最小存在单位，称为光量子，简称光子。光子具有一定的能量和动量，在空间占有一定的位置，并作为一个整体以光速在空间移动。光子与其他实物粒子不同，它没有静止的质量。

光的电磁波理论和量子理论是一致的，都是解释一种物理现象。光的电磁波理论可以解释光在传播过程中出现的物理现象，如光的干涉、衍射、偏振和色散等；光的量子理论可以解释光的吸收、散射和光电效应等。

2.常用的光度量

1）光谱光视效率

人眼对于不同波长的光感受是不同的，这不仅表现在光的颜色上，也表现在光的亮度上。不同波长的可见光尽管辐射的能量一样，但人看起来其明暗程度会有所不同，这说明人眼对不同波长的可见光有不同的主观感觉量。光谱光视效率用来评价人眼对不同波长光的灵敏度。在辐射能量相同的各色光中，白天或在光线充足的地方，人眼对波长555nm的黄绿色光最为敏感，波长偏离555nm越远，人眼对其感光的灵敏性就越低；而在黄昏或昏暗的环境中，人眼对波长为507nm的绿色光最为敏感。

用来衡量电磁波所引起视觉能力的量，称为光谱光效能。任意波长可见光的光谱光效能K（λ）与最大光谱光效能Km之比，称为该波长的光谱光视效率V（λ），即

最大光谱光效能是指波长为555nm （明视觉）或507nm （暗视觉）可见光的光谱光效能，其值为lm/W。国际照明委员会 （CIE）根据各国测试和研究的结果，提出了 C度标准观察者光谱光视效率曲线，如图1.3所示。IE光683

2）光通量

光通量是按照CIE标准观察者的视觉特性来评价光的辐射通量的，其定义为光源在单位时间内向空间辐射出的使人产生光感觉的能量，以字母“Φ”表示，单位为流明（表征光源特性的光度量。lm），是

当辐射体发出的辐射通量按V（λ）曲线的效率被人眼所接收时，其表达式为

式中

Φ——光通量（lm）；

Km——最大光谱光效能，在单色辐射时，明视觉条件下的Km值为683lm/W（λm=555nm）；

V（λ）——给定波长（λ）辐射的光谱光视效率；

dΦe（λ）/dλ——辐射通量的光谱分布。

光通量是根据人眼对光的感觉来评价光源在单位时间内光辐射能量的大小的。例如，一200W的白炽灯泡比一只100W的白炽灯泡看上去要亮得多，这说明200W的灯泡在单位时间内所发出光的量要多于100W的灯泡所发出的光的量。只

光通量是说明光源发光能力的基本量。例如，一只220V、40W的白炽灯泡其光通量为lm，而一只220V、36W、6200K的T8荧光灯的光通量约为2500lm，这说明荧光灯的发光能力比白炽灯强，这只荧光灯的发光能力约是这只白炽灯的7倍。350

3）发光强度 （光强）

发光强度简称光强，是指单位立体角内的光通量，以符号Ia表示，是表征光源发光能力大小的物理量。

Ia=dΦ/dω

式中

ω——给定方向的立体角元；

Φ——在立体角元内传播的光通量（lm）；

Ia——某一特定方向角度上的发光强度（cd）。

光强度的单位为坎德拉，单位符号为cd，它是国际单位制中的基本单位。

4）照度

被照表面单位面积上接收到的光通量称为照度，用E表示，单位为勒克斯（lx），是表征表面照明条件特征的光度量。

E=Φ/S

式中

S——被照表面面积（m2）；

Φ——被照面入射的光通量 （lm）。

1lx相当于每平方米面积上，均匀分布1单位，是被照面的光通密度。1lx照度量是比较小的，在这样的照度下，人们仅能勉强辨识周围的物体，要区分细小的物体是困难的。能否看清一个物体，与这个物体单位面积所得到的光通量有关。所以，照度是照明工程中最常用的术语和重要的物理量之一，因为在当前的照明工程设计中，一直将照度值作为考察照明效果的量化指标。为了对照度有一些感性认识，现举例如下：lm的光通量的表面照度，所以，可以用lm/m2为

（1）晴天的阳光直射下照度为10000lx，晴天室内照度为100～500lx，多云白天的室外照度为1000～10000lx。

（2）满月晴空的月光下照度约为0.2lx。

（3）在40W白炽灯下1m远处的照度为30lx，加搪瓷罩后照度增加为73lx。

（4）照度为1lx，仅能辨识物体的轮廓。

（5）照度为5～10lx，看一般书籍比较困难，阅览室和办公室的照度一般要求不低lx。于300

5）亮度

亮度是描述发光面或发光面上光的明亮程度的光度量，并且，亮度考虑了光的辐射方向，所以它是表征发光面在不同方向上的光学特性的物理量。亮度的国际单位制单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。若1m2发光面沿其法线方向发出1cd光强时，该发光面在其法线方向上呈现的亮度为1cd/m2。

亮度与被视物体的发光强度或发光面的反光程度有关，还与发光面或反光面的面积有关。例如，在同一照度下，并排放着的白色和黑色物体，因物体表面对光的反射程度不同，人眼看起来的视觉效果也不同，总觉得白色物体要亮很多。而对两个发光强度完全相同的物体来说，如功率相同的一个普通白炽灯泡和一个磨砂玻璃灯泡，它们在视觉上引起的明亮程度也不同，后者看起来不及前者亮，这是因为磨砂玻璃表面凹凸不平，发光面积较大的缘故。

通常情况下：

（1）40W荧光灯的表面亮度约为7000cd/m2。

（2）无云的晴朗天空平均亮度约为5000cd/m2。

（3）太阳的亮度高达1.6×109cd/m2以上。

注意：一般情况下，当亮度超过1.6×105cd/m2时，人眼就感到难以忍受了。

1.1.2 材料的光学性质

1.投射比、反射比和吸收比

光在均匀的同一介质中沿直线传播，如果在行进过程中遇到新的介质，则会出现反射、透射和吸收现象，一部分光被介质表面反射，一部分透过介质，余下的一部分则被介质吸收，如图1.4所示。

材料对光的这种性质在数值上可用光的投射比、反射比和吸收比来表示。

反射比：

透射比：

吸收比：

式中

Φi——入射到介质表面的光通量；

Φρ——被介质表面反射的光通量；

Φτ——穿透该介质的光通量；

Φa——被介质吸收的光通量。

光投射到介质时可能同时发生介质对光的吸收、反射和透射现象，根据能量守恒定律，入射光通量应等于上述三部分光通量之和，即

Φi=Φρ+Φτ+Φa

或

ρ+τ+a=1

影响材料反射的主要因素是材料本身的性质，其中主要是材料表面的光滑程度、颜色和透明度，材料表面越光滑、颜色越浅、透明度越小，反射比就越大。另外，光的入射方式和光的波长等也影响物质的反射比。

影响材料透射的因素主要是物质的性质和厚度，材料的透明度越高，透射比越大，非透明材料透射比为零；同一种材料厚度越大，透射比越小。入射方式和光的波长等也影响物质的透射比。

影响材料吸收的主要因素是材料的性质和光程。例如，透明材料对光的吸收作用小；非透明材料且表面粗糙、颜色较深的，对光的吸收作用大；光程越长，吸收越大。

从照明角度来看，反射比或透射比高的材料使用价值比较高。我们应该深入了解各种材料反射光或透射光的性能，以求在光环境设计中恰当运用各种材料。各种材料的反射比和吸收比参见表1.2。

2.光的反射

当光线投射到非透明物体表面时，大部分光被反射，小部分光被吸收。反射光虽然改变了光的方向，但光的波长成分并没有变化。光线在镜面和扩散面上的反射状态有以下4种。

1）定向反射

在研磨很光的镜面上，光的入射角等于反射角，反射光线总是在入射光线和法线所决定的平面内，并与入射光分处在法线两侧，此规则称为“反射定律”，如图1.5所示。在反射角以外，人眼看不到反射光，这种反射称为定向反射，也称规则反射或镜面反射。它常用来控制光束的方向，灯具的反射灯罩就是利用这一原理制成的。

2）散反射

光线从某一方向入射到经散射处理的铝板、经涂刷处理的金属板或毛面白漆涂层时，反射光向各个不同方向散开，但其总的方向是一致的，其光束的轴线方向仍遵守反射定律。这种光的反射称为“散反射”，如图1.6所示。

3）漫反射

光线从某一方向入射到粗糙表面或涂有无光泽的镀层时，反射光被分散在各个方向，即不存在规则反射，这种光的反射称为“漫反射”。若反射遵守朗伯余弦定律时，则从反射面的各个方向看去，其亮度均相同，这种光的反射则称为各向同性漫反射或完全漫反射，如图1.7所示。

4）混合反射

光线从某一方向入射到瓷釉或带有高光泽度的漆层上时，其反射特质介于规则反射与漫反射（或散反射）之间，则称为“混合反射”，如图1.8所示。图1.8（a）是漫反射与规则c）是散反射与规则反射的混反射的混合；图1.8（b）是散反射与漫反射的混合；图1.8（合。在规则反射方向上的发光强度比其他方向要大得多，且有最大亮度，而在其他方向上也有一定数量的反射光，但亮度分布不均匀。

灯具采用反射材料的目的在于把光源的光反射到需要照明的方向。为了提高效率，一般宜采用反射比比较高的材料，此时反射面就成了二次发光面。

3.光的折射和透射

1）光的折射

当光从一种介质射入另一种介质时，由于两种介质的密度不同而造成光线方向改变的现象称为折射，如图1.9所示。光的折射符合折射定律：

（1）入射角、折射角与分界面的法线同处于一个平面内，且分居于法线的两侧。

（2）入射角正弦和折射角正弦的比值对确定的两种介质来说是一个常数，即

式中

n1，n2——分别为两种介质的折射率；

i，γ——分别为入射角和折射角。

人们常常利用折射能改变光线方向的原理，制成能精确地控制光分布的折光玻璃砖、各种棱镜灯罩等。此外，当一束白光通过折射棱镜时，由于组成白光的各单色光频率不同，则因折射而分离成各种颜色，这种现象称为色散。

2）光的透射

光线入射到透明或半透明材料表面时，部分被反射、吸收，而大部分可以透射过去。例如，光在玻璃表面垂直入射时，入射光在第一面（入射面）反射4%，在第二面（透过面）反射3%～4%，被吸收2%～8%，透射率为80%～90%。透射可分为以下4种状态。

（1）定向透射。当光线照射到透明材料上时，透射光将按照几何光学的定律进行透射，这就是定向透射，又称规则透射，如图1.10所示。其中，图1.10（a）为平行透光材料（如平板玻璃），透射光的方向与原入射光方向相同，但有微小偏移；图1.10（b）为非平行透光材料（如三棱镜），透射光的方向由于光的折射而改变了方向。

（2）散透射。光线穿过散透射材料（如磨砂玻璃）时，在透射方向上的发光强度较大，在其他方向上发光强度则较小。此时，表面亮度也不均匀，透射方向较亮，而其他方向则较弱。这种情况称为散透射，如图1.11所示。

（3）漫透射。光线照射到散射性好的透光材料（如乳白玻璃等）时，透射光将向所有的方向散开，并均匀分布在整个半球空间内，这称为漫透射。若透射光服从朗伯余弦定律，即亮度在各个方向上均相同，则称为均匀漫透射或完全漫透射，如图1.12所示。

（4）混合透射。光线照射到透射材料上，其透射特性介于漫透射或散透射与定向透射之间时，称为混合透射。

透明材料具有定向透射特性，在入射光的背侧，光源与物像清晰可见，如普通玻璃窗，既可采光又可真实观察室外景物。磨砂玻璃具有典型的散透射特性，背光的一侧仅能看见光源模糊的影像。乳白玻璃具有均匀漫透射的特性，整个透光面亮度均匀，完全看不见背面的光源和物像，因此可利用这些材料做成灯罩、光带、发光顶棚等，使室内光线均匀柔和。另外，光线的穿透能力还与它的厚度有关，如水是透光的，但当水较深，即比较厚时，将是不透光的。

4.材料的光谱特性

各种材料表面均具有选择性的反射和透射光通量的性能，即对于不同波长的光，其反射性能和透射性能也不同。

由于对不同波长的光的反射性能不同，使得在太阳光照射下的物体呈现各种不同的颜色。为了说明材料表面对于一定波长光的反射特性，引入光谱反射比的概念。

光谱反射比ρλ定义为物体反射的单色光通量Φλρ与入射的单色光通量Φλi之比，即

ρλ=Φλρ/Φλi

如图1.13所示为几种颜色的光谱反射比在与其颜色相同的光谱区域内具有最大的光谱反射比。ρλ=f（λ）曲线。由图可见，这些有颜色的表面

材料的投射性能同样用其光谱透射比表示。光谱透射比τλ定义为透射的单色光通量 Φλτ与入射的单色光通量Φλi之比，即

τλ=Φλτ/Φλi

需要指出，通常所说的反射比ρ和透射比τ都是针对色温为5500K的白光而言的。

1.1.3 视觉与颜色

1.光与视觉

光射入人眼后产生视觉，使人能够看到物体的形状和颜色，感觉到物体的大小、质感和空间关系。光是视觉产生的前提和依据。

1）眼睛的构造与视觉

（1）眼睛的构造

眼睛是一个复杂而又精密的感觉器官，其构造如图1.14所示。光线进入人眼是产生视觉的第一阶段。作为一种光学器官，人眼的工作状态在很多方面与照相机相似。其中，把倒影投射到视网膜上的透镜是有弹性的，它的曲率和焦距由睫状肌控制，其控制过程就称为调节。透镜的孔径即瞳孔由虹膜控制，像自动照相机那样，在低照度下瞳孔变大，在高照度下瞳孔缩小。

（2）眼睛的视觉

眼睛的视觉指的是对可见光的感觉。那么，人眼是如何感觉到可见光的呢？原来在人眼的视网膜上布满了大量的感光细胞。这些感光细胞可以分为两大类，即锥状神经细胞和杆状神经细胞。两种细胞的数量都多达几百万个。锥状神经细胞以中央窝区域分布最密。柱状神经细胞则呈扇面形状分布在黄斑到视网膜边缘的整个区域内。

两种视神经细胞有各自的功能特征与分工。锥状神经细胞在明亮的环境下，对色觉和视觉敏锐度起决定作用，它能分辨出物体的细部和颜色，并对环境的明暗变化做出迅速反应。而杆状神经细胞在黑暗环境中对明暗感觉起决定作用，它虽能看到物体，但不能分辨其细部和颜色，对明暗的变化反应缓慢。

总之，人的视觉过程实际上是一种复杂的生理现象。由于杆状神经细胞和锥状神经细胞里都含有一种感光物质，当光落在视网膜上时，视细胞吸收了光能，并刺激神经末梢形成生物脉冲，通过视神经把信息传导到大脑，经大脑综合处理而产生视觉。

2）视觉特性

（1）视觉识别阈限

光刺激必须达到一定数量才能引起光的感觉。能引起光感觉的最低限度的亮度称为视觉识别阈限，因用亮度来度量，故又称为亮度阈限。当背景亮度近似为零，而观察目标又足够大，该目标形成的视角不小于°时，眼睛能识别的最低亮度称为视觉的绝对亮度阈限。绝对亮度阈限的倒数称为视觉的绝对感受性。实践证明，在充分适应黑暗的条件下，人眼的绝对亮度阈限约为30 10-6cd/m2。

视觉的亮度阈限与诸多因素有关，如与目标物的大小、目标物发出光的颜色及观察时间等。目标物越小，亮度阈限越高，目标物越大，亮度阈限越低；目标物发出光的波长较长（如红光、黄光）时，亮度阈限值低，波长较短（如蓝光、紫光）时，亮度阈限值高；被观察目标呈现时间越短，亮度阈限值就越高，呈现时间越长，亮度阈限值就越低。通常是亮度越高越有利于视觉。但是当亮度超过106cd/m2时，视网膜可能被灼伤，所以人眼只能忍受不超过106cd/m2的亮度。

（2）视力与视觉速度

① 对比灵敏度。眼睛要辨别其背景上的目标物，就需要目标物与背景之间有一定的差异。这种差异分为颜色和亮度两方面。

把眼睛刚刚能辨别出目标物和背景之间的最小亮度差，称为临界亮度差。临界亮度差与背景亮度之比，称为目标物的临界亮度比。定义临界亮度比的倒数为对比灵敏度。

眼睛的对比灵敏度是随着照明条件和眼睛的适应情况而变化的，为了提高眼睛的对比灵敏度，就必须增加背景的亮度。

②视力。视力与视觉条件和个人的视觉差别有关。视力的定性含义是指眼睛识别精细物体的能力。视力定量含义是指人眼能够区别两个相邻物体最小张角D的倒数。

国际上通常采用白底黑色的兰道尔环作为检查视力的标准视标，如图1.15所示。当D=1.5mm，环心到眼睛切线的距离为5m时，若刚刚能识别这个缺口的方向，则视力为1.0。若距离不变，当D=3mm时，则视力为0.5；当D=1mm时，则视力为1.5。

视力与被视物体的背景亮度和亮度对比有关。当亮度对比或背景亮度增加时，都有利于视力的提高。一般在亮度对比值或背景亮度较小时，随着它们的增加，对提高视力的作用很明显，但随着亮度对比值或背景亮度值的进一步提高，这种作用将逐渐减弱。实际上，当亮度对比或背景亮度过大时，不仅不会再提高视力，反而会影响视力，甚至损伤眼睛。

③ 视觉速度。光线作用于人的视网膜并形成视觉需要一定的时间。视觉速度指的是从看到物体至识别出它的外形所需时间的倒数。

视觉速度与视角大小、亮度对比和背景亮度有关。在一定的背景亮度下，物体越大或亮度对比越大，识别速度越大；当物体尺寸一定时，视觉速度随背景亮度的增加而增加。

（3）明视觉与暗视觉

前已述及，视细胞由锥状神经细胞和杆状神经细胞所组成。这两种细胞对光的感受性是不同的，杆状神经细胞对光的感受性很高，而锥状神经细胞对光的感受性很低。在明亮的环境下（/m2），主要由锥状神经细胞参与视觉工作，这种视觉状态称为明视觉；在昏暗的环境下（L=10-2～10-6cd L≥10cd/m2）主要由杆状神经细胞参与视觉工作，这种视觉状态称为暗视觉；亮度在10～10-2cd/m2时，杆状神经细胞和锥状神经细胞同时工作，这种视觉状态称为中介视觉。

锥状神经细胞和杆状神经细胞对光的敏感性也不同，锥状神经细胞对555nm的光敏感性最大，杆状神经细胞对507nm的光敏感性最大。明视觉和暗视觉的光谱光视效率曲线可参见图1.3。

（4）明适应与暗适应

眼睛不但在阳光下能看清物体，在月光下也能看见物体，这主要是由于锥状神经细胞和杆状神经细胞相互交换工作及瞳孔的大小变化等因素所致。这种当视觉环境内亮度有较大幅度变化时，视觉对视觉环境内亮度变化的顺应，就称为适应。

适应有明适应和暗适应两种。人从黑暗处进入明亮的环境时，最初会感觉刺眼，而且无法看清周围的景物，但过一会儿就可以恢复正常的视力，这种适应叫明适应；人从明亮的环境进入暗处时，在最初阶段将什么都看不见，逐渐适应了黑暗后，才能区分周围物体的轮廓，这种从亮处到暗处，人的视觉阈限下降的过程就称为暗适应。明适应和暗适应所需的适应时间视具体情况有长有短，一般来说明适应所需时间较短，暗适应所需时间较长。

在空间照明设计时，要考虑到人的明适应和暗适应因素，处理好过渡空间和过渡照明的设计。

（5）视野

人的视觉范围称为视野或视场。在正常情况下，人两眼的水平视场为180°，垂直视场为130°，水平面上方为60°，水平面下方为70°。如图1.16所示，白色区域为双眼共同视场，斜线区域为单眼视场，黑色为被遮挡的区域。

一般情况下，人的视野将随亮度的增高而增大，但当亮度过高时，由于瞳孔的缩小反而会使视野变窄。另外，视野还随颜色、对比、物体的动或静、物体的大小及人种等不同而有所变化。

（6）视觉疲劳

长时间在恶劣的照明环境中进行工作易引起视觉疲劳。疲劳可分为全身疲劳和眼睛局部疲劳。眼睛疲劳主要表现为眼睛痛、头痛、视力下降等症状。眼睛局部的疲劳往往是全身疲劳的起因。

视觉疲劳会随着照度的增加而得以改善。当照度在500lx以下时易出现上述疲劳；当照度在500～1000lx时，随着照度的增加视觉疲劳的改善效果比较明显；当照度达1000lx以上时，对改善视功能、减少视觉疲劳的影响不大。所以，500～1000lx是绝大多数连续工作的室内工作场所理想的照度取值范围。

（7）眩光

由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的亮度对比，以致引起人眼的不舒适感觉或降低观察细部目标的能力的视觉现象，统称为眩光。

根据眩光对视觉的影响程度，可分为失能眩光和不舒适眩光。降低视觉功效和可见度的眩光称为失能眩光。出现失能眩光后，将会降低目标和背景间的亮度对比，使视力下降，甚至丧失视力。引起人眼不舒适的感觉，但并不一定降低视觉功效或可见度的眩光称为不舒适眩光。不舒适眩光会影响人们的注意力，时间长了就会增加视觉疲劳，这是一种常见的、又容易被忽视的眩光。

影响眩光的因素有：

① 周围环境较暗时，眼睛的适应亮度很低，即使是亮度较低的光，也会有明显的眩光；

② 光源表面或灯具反射面的亮度越高，眩光越显著；

③ 光源的发光表面越大越容易引起眩光。

另外，一个明亮光源发出的光线，被一个有光泽的表面反射入观察者眼睛，可能产生轻度分散注意力的不舒适感觉。当这种反射发生在作业面上时，就称为光幕反射；若发生在作业面以外时，就称为反射眩光。光幕反射会降低作业面的亮度对比，使目视工作效果降低，从而也就降低了照明效果。

2.光与颜色

1）光谱能量分布

不同波长可见光的单色辐射在视觉上反映出不同的颜色。各种颜色可见光的中心波长及其光谱范围，参见表1.1。

一个光源发出的光是由许多不同波长的辐射组成的，其中各个波长的辐射能量 （功率）也不同。光源的光谱辐射能量 （功率）按波长的分布称为光谱能量 （功率）分布，以光谱能量的任意值来表示光谱能量分布，称为相对光谱能量分布。常用照明电光源的相对光谱能量 （功率）分布，如图1.17所示。

2）颜色的基本特性

物体的颜色是物体对光源的光谱辐射有选择地反射或透射对人眼所产生的感觉。

（1）颜色的形成

颜色起源于光，颜色是光作用于人的视觉神经所引起的一种感觉。因为发光体发出的光而引起人们色觉的颜色称为光源色。光的波长不同，颜色也不同 （见表1.1）。通常一个光源发出的光是由许多不同波长单色光组成的复合光，其光源色取决于它的光谱能量分布。

非发光体的颜色称为物体的表面色，简称物体色或表面色。物体色是物体在光源照射下，其表面产生的反射光或透射光所引起的色觉。因此，物体色取决于物体表面的光谱反射比，也取决于入射光的光谱组成。如用白光照射某一表面，它吸收了白光包含的绿光和蓝光，反射红光，这一表面就呈红色；若用红光照射该表面，它将呈现出更加鲜艳的红色。

（2）颜色的基本特征

颜色可分为无彩色和有彩色两大类。无彩色是黑色、白色和介于两者之间的深浅不同的灰色，从黑色开始，依次逐渐到灰色、白色，这个系列称为黑白系列或无色系列。黑白系列之外的各种颜色属于有彩色，按照波长可以依次排列组成一个系列，称为彩色系列。

颜色具有三个基本特征，也称为颜色三要素。

① 色相。色相也叫色调或色别，反映不同颜色各自具有的相貌。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色名称就是色相的标志。可见光谱中不同波长的光，在视觉上表现为不同的色相。各种单色光在白色背景上呈现的颜色，就是光谱色的色相。光谱色按顺序和环状形式排列即组成色相环，色相环包括 6个标准色以及介于这 6个标准色之间的颜色，即红、橙、黄、绿、青、紫、红橙、橙黄、黄绿、青绿、青紫和红紫12种颜色，也称12色相。

② 明度。明度即颜色的明暗程度。它的具体含义有：不同色相的明暗程度是不同的。光谱中的各种颜色，以黄色的明度为最高，由黄色向两端发展，明度逐渐减弱，以紫色的明度为最低。同一色相在受光强弱不同时，明度也是不一样的，光越强明度越高，反之则越低。

③ 彩度。彩度又称纯度或饱和度，指颜色的深浅程度。彩色反映颜色色相的表现程度，也可反映光线波长范围的大小，可见光谱中各种单色光彩度最高，黑白系列的彩度为零，或可认为黑白系列无彩度。光谱色中加白，则彩度降低，明度提高；加黑，则彩度降低，明度也降低。

非彩色只有明度的差别，没有色调和彩度这两个特性。因此，对于非彩色，只能根据明度的差别来辨认物体；而对于彩色，可以从明度、色调和彩度三个特性来辨认物体，这就大大提高了人们识别物体的能力。

（3）颜色的混合

颜色的混合是指将两种或更多种不同的颜色混合，从而产生一种新的颜色。光源色的混合与物体色的混合有很大的不同，光源色的混合遵循加法混色，物体色的混合遵循减法混色。

① 光源色的混合。光源色的混合即加法混色。实践证明，人眼能够感知和辨认的每一种颜色都能由红、绿、蓝三种颜色匹配出来，而这三种颜色中无论哪一种都不能由其他两种颜色混合产生。因此在色度学中将红 （700nm）、绿 （546.1nm）、蓝 （435.8nm）称为三原色。

在三原色中，若将红色光与绿色光混合可得出另一种中间色，将红、绿两种光的强度任意调节，可得出一系列的中间色，如红橙色、橙黄色、橙色、黄橙色、黄色、黄绿色、绿黄色等。当绿色光与蓝色光混合时，可得出一系列介于绿与蓝之间的中间色。蓝与红混合时，可得出一系列介于蓝与红之间的中间色。上述光色只要比例合适，相加可得出：

红色+绿色=黄色

绿色+蓝色=青色

蓝色+红色=品红色

红+绿+蓝=白色

② 物体色的混合。物体色的混合即减法混色。我们知道，物体表面色是由其他光源照射物体表面产生反射光，该反射光射入眼睛而引起的色觉，因此这种色觉主要取决于物体表面的光谱吸收比。为了获得真实的色觉，我们常用白光来照射物体，物体从照射在其上的白色光中吸收了哪些成分，反射了哪些成分，就形成了物体色。例如，用白光照射物体，反射在人眼中是黄色，说明物体吸收了蓝色光，反射了红色光和绿色光，从而形成黄色。

减法混色的三原色是加法混色三原色的补色，即品红、黄色和青色。以黄色为例有：

综上所述，减法混色与加法混色的主要区别在于，加法混色适用于光源色的混合，减法混色适用于物体色的混合。要掌握颜色混合的规律，一定要注意颜色相加混合与颜色相减混合的区别。

3.颜色视觉与效应

人的视觉器官能够反映光的强度特性和波长特性，即所谓亮度视觉和颜色视觉。颜色是物体的属性，通过颜色视觉，人们能从外界获得更多的信息。颜色直接影响到人的情绪、心理状态，甚至工作效率。颜色还可以改变空间体量，调节空间情调。正确运用颜色对于提高室内的视觉感受，创造一个良好的视觉环境具有重要的作用。

1）颜色的物理效应

（1）温度感。颜色的温度感是人们长期生活习惯的反应。例如，人们看到红、橙、黄产生温暖感；看到青、蓝、绿产生凉爽感。通常将红、橙、黄之类的颜色称为暖色，把青、蓝、绿之类的颜色称为冷色，黑、白、灰称为中性色。

（2）重量感。重量感即通常所说的颜色的轻、重感觉。颜色的重量感主要取决于明度。明度高的色轻，明度低的色重；明度相同，彩度高的一方显轻，低的一方显重。

（3）体量感。体量感是指由于颜色作用使物体看上去比实际的大或小的感觉。从体量感的角度看，可将颜色划分为膨胀色和收缩色。由于物体具有某种颜色，使人看上去增加了体量，该颜色即属膨胀色；反之，缩小了物体的体量，该颜色则属收缩色。颜色的体量感取决于明度。明度越高，膨胀感越强；明度越低，收缩感越强。面积大小相同的色块，黄色看起来最大，其他依次为橙、绿、红、蓝、紫。

（4）距离感。明度高的色给人以前进的感觉，明度低的色给人以后退的感觉。把前者叫作前进色，后者叫作后退色。暖色属前进色，冷色属后退色；就彩度而言，彩度高的属前进色，彩度低的属后退色；在色相方面，主要颜色由前进色到后退色的排列次序是红、黄、橙、紫、绿、青。

2）颜色的心理效果

颜色的心理效果主要表现在两个方面：一是它的悦目性；二是它的情感性。它不仅能给人以美感，还能影响人的情绪，引起联想，具有某种象征作用。

不同年龄、性别、民族、职业的人，对于颜色的爱好是不同的；时期不同，人们对颜色的爱好也不同。

颜色的情感性主要表现在它能给人以联想，即能使人联想起过去的经验和知识。由于人的年龄、性别、民族、文化程度、社会经历、美学修养不同，颜色引起的联想也是不同的。颜色的联想可以是具体的，也可以是抽象的。

红色最富刺激性，意味着热情、奔放、喜悦、吉祥、活力和忠诚，也象征危险、动乱、卑俗和浮躁。

黄色为阳光之色，给人以崇高、华贵、威严、娇媚、神秘的印象，还可以使人感到光明、辉煌、灿烂、希望和喜悦。

橙色为丰收之色，具有明朗、甜美、兴奋、温暖、活跃、芳香的感觉，象征着成熟和丰美，但使用过多，易引起烦躁。

绿色为大自然之色，富有生机，象征着生命、青春、春天、健康和活力，代表着和平和安全，还给人公平、安详、宁静、智慧、谦逊的感觉。

蓝色属大海之色，使人想到深沉、远大、悠久、纯洁、理智和理想。蓝色是一种极其冷静的颜色，也容易引起阴郁、贫寒、冷淡等感觉。

紫色代表着神秘和幽雅，易使人产生高贵、优雅和庄重的感觉，也可使人想到阴暗、污秽和险恶。

白色象征着纯洁，表示和平与神圣，给人以明亮、干净、坦率、纯真、朴素、光明、神圣的感觉，也可使人想到哀怜、凄凉、虚无和冷酷。

黑色可以使人感到坚实、含蓄、庄严、肃穆，也可以使人联想起忧伤、消极、绝望、黑暗、罪恶与阴谋。

灰色具有朴实感，更多的是使人想到平凡、空虚、沉默、阴冷、忧郁和绝望。

除此之外，颜色还会引起人的生理发生变化。例如，红色能刺激神经系统，加快血液循环；橙色能产生活力，诱人食欲；黄色可刺激神经系统和消化系统；绿色有助于消化和镇静；蓝色能缓解紧张情绪，调整体内平衡；紫色对运动神经、淋巴系统和心脏系统有抑制作用等。因此，我们要正确运用各种颜色来满足人的生理和心理需求。

3）颜色的标志作用

颜色的标志作用主要体现在安全标志、管道识别、空间导向和空间识别等方面。例如，用红色表示危险、禁止、停止等；用绿色表示安全、通过、卫生等。用不同的颜色来表示安全标志，对建立正常的工作秩序、生产秩序，保证生命财产的安全，提高劳动效率和产品质量等，具有十分重要的意义。

4.光源的显色性

光源的颜色通常用色表和显色性来衡量

1）光源的色表与色温

光源的色表指的是其表现颜色，有时又称光色，是采用 CIE1931标准色度系统所表示的颜色性质。在照明应用领域里，常用色温或相关色温描述光源的色表。

当一个光源的颜色与黑体在某一温度时显现的光色相同时，黑体的温度即被用来表示此光源的色温。色温的单位为K[开 （尔文）]。

黑体即完全辐射体，是特殊形式的热辐射体，既不反射，也不透射，能把投射在它上面的辐射全部吸走。黑体加热到一定温度时便产生辐射。黑体辐射的光谱功率分布完全取决于它的温度，在800～900K温度下，黑体辐射呈红色，3000K时呈黄白色，5000K左右呈白色，在8000～10000K之间呈淡蓝色。

热辐射光源的光谱功率分布与黑体辐射非常相近，用色温来描述它的色表是很恰当的；气体放电光源的光谱功率分布形式与黑体辐射有一定的差距，只能用黑体在某一温度辐射最接近的颜色来近似地确定这类光源的色温，因此称为相关色温。部分光源的色温或相关色温如表1.3所示。

色温为2000K的光源所发出的光呈橙色，2500K左右呈浅橙色，3000K左右呈橙白色， 4000K时呈白中略带橙色，4500～7500K时近似白色。

光源色温高低会使人产生冷暖的感觉。为了调节冷暖感，可根据不同地区、不同场合，采取与感觉相反的光源来处理。如在寒冷地区宜使用低色温的暖色调光源，在炎热地区宜使用高色温冷色调光源等。表1.4列出了色温与感觉的关系，即光源的色表分组情况。同一色温下，照度值不同，人的感觉也不同，表1.5列出了同一色温下照度的变化与人的感觉的关系，即色表与照度的关系。

根据光源的色温和它们的光谱能量分布，常用光源的颜色特征 （色调）如表1.6所示。

2）光源的显色性

显色性指的是光源显现被照物体表面本来颜色 （日光下呈现的颜色）的能力。物体表面颜色的显示除了取决于物体表面特征外，还取决于光源的光谱能量分布。不同光谱能量分布的光源，显现被照物体表面的颜色也会有所不同。人们把物体在待测光源下的颜色同它在参照光源下的颜色相比的符合程度，定义为待测光源的显色性。

参照光源是能呈现出物体真实颜色的光源，一般公认中午的日光是理想的参照光源。实际上，日光的光谱组成在一天中有很大的变化，但这种变化被人眼的颜色补偿了，所以人们觉察不到物体颜色的相应变化。因此，日光作为参照光源是比较合适的。CIE及我国制定的光源显色评价方法，都规定相关色温低于5000K的待测光源以完全辐射体作为参照光源，它与早晨或傍晚时日光的色温相近；色温高于5000K的待测光源以组合昼光作为参照光源，它相当于中午的日光。因此就用日光或与日光极为接近的人工光源作为参照光源。

光源显色性的优劣用显色指数来表示。显色指数包括一般显色指数（符号为Ra）与特殊显色指数（符号Ri）两组数据。Ra的确定方法，是以选定的一套共8个有代表性的色样在待测光源与参考光源下逐一进行比较，确定每种色样在两种光源下的色差ΔEi，然后按照约定的定量尺度，计算每一色样的显色指数：

Ri=100-4.6ΔEi

一般显色指数是8个色样显色指数的算术平均值：

若将日光的显色指数定为最大值100，则其他光源的显色指数均低于100，具有各种颜色的物体受某光源照射后的效果若和标准光源相接近，则认为该光源的显色性好，即显色指数高。反之，若物体被照射后表面颜色出现明显失真，则说明该光源与标准光源在显色性方面存在一定的差别，即显色性差，显色指数低。

由图1.17可以看出，与白炽灯的光谱能量分布情况相比，荧光高压汞灯的光谱中虽然也有各色光的成分，但在光谱能量的分布中，蓝绿色光成分多而红色光成分少，因此被照物体表面呈现出青灰色，即显色性差。白炽灯的光谱能量分布较均匀，因而它的显色性较好。

国产电光源的显色指数和色温如表1.7所示。

应该指出，光源的色温和显色性之间没有必然的联系。因为具有不同的光谱分布的光源可能有相同的色温，但显色性却可能差别很大；同样，色温有明显区别的光源，可能具有大体相等的显色性。

1.1.4 绿色照明

绿色照明是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品 （电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制器和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

绿色照明是节约能源、保护环境，有利于提高人们的生产、工作、学习效率和生活质量，并且保护身心健康的照明，是20世纪90年代初国际上对采用节约电能、保护环境照明系统的形象说法。绿色照明的宗旨是提高照明质量，节约资源，保护环境，以获得显著的经济效益、社会效益和环境效益。本节主要介绍绿色照明的目的和绿色照明计划等。

1.实施绿色照明的目的

实施绿色照明的目的是节约能源、保护环境和提高照明质量。

1）节约能源

在文明高度发达的现代化社会，人类一切活动都离不开照明。伴随着人们对工作和生活居住环境的要求越来越高，照明的数量和质量将不断提高，照明用电量会不断增加。国际照明委员会的报告中，关于欧美16个发达国家1960—2000年的一组数字很能说明问题：由于照明能量效率由/W （呈上升趋势），致使平均照明用电占总用电的比例从13%降至11% （呈下降趋势），但人均照明用电量却从246kWh增加至1200kWh（逐年增加）。随着照明需求的增加，能源的消耗必然会不断增加，可见照明节能是一项长期的战略方针，对地球资源的保存将起到非常重要的作用。26lm/W增加至65lm

2）保护环境

在现代社会中，照明主要来源于电能转换的光能，而电能又主要来源于石化燃料的燃烧。由于石化燃料所产生的二氧化碳（CO2）、氮氧化物（NOx）等有害气体会带来地球臭氧层的破坏、气候变暖、酸雨等问题，严重污染着人类的居住环境。尤其20世纪90年代以来，全球温升问题逐步成为世人瞩目的焦点。人们开始对追求舒适、效益而消耗地球资源、破坏环境的做法进行反思，许多国家都将保护地球的可持续发展上升到了前所未有的高度，通过制定节电措施来减少温室气体的排放。绿色照明就是节约能源、保护环境的重要措施之一。据有关资料显示，每节约1kWh的电能，就可以明显地减少空气污染物（每节约1kWh的电能可减少的空气污染物的传播量如表1.8所示），进而改善了环境。由此可见，实施绿色照明、节约照明用电对于保护环境将具有重要的意义。

3）提高照明质量

绿色照明所倡导的节约能源和保护环境，不是以取消或减少照明来获得的，而是要以尽可能小的能量来造成所需要的视觉环境或照明效果，为此，在照明应用中必须推广使用高效节能、寿命长、安全和性能稳定的电光源、照明电器附件以及调光控制附件组成的照明系统，在节约照明用电、减少发电对环境污染的同时，提高人们的工作和生活质量。

2.绿色照明计划

绿色照明计划最早于1991年由美国环保署提出，至今实施已20多年了。该计划一出台，就在美国得到了迅速推广，随后得到国际社会众多国家的响应，取得了显著的效果。

1）美国绿色照明计划

美国照明用电量一般为总用电量的20%～25%，而美国环保署实施绿色照明的目标是通过提高照明效率，减少一半照明用电量及5%的空气污染。美国绿色照明计划提出了一个全新的概念，即政府和私营部门之间相互合作，通过采用高效照明来提高需求侧的能源利用率 （即终端节电），以节约电能、减少大气污染。

美国绿色照明计划首先吸收了500家大企业和国家单位为成员，取得成功后，在第一个五年间成员单位增加到2000多家。在实施绿色照明计划的过程中，每个成员单位必须与国家环保署签订实施备忘录，并承担以下的任务：

（1）允许调查成员单位的照明设施现状，包括总耗电量和照明质量 （照度、照度均匀度、显色性、眩光等）。

（2）在5年内至少对该单位90%可能改造的照明设施进行改造，改造投资费用能在5年内的节约电费中回收，改造不得牺牲照明质量。

（3）在改造工程中，采用最新的照明节能标准。

（4）每个成员单位有专门的负责人负责此项工作，并每年向国家环保署汇报进展情况。

美国在实施绿色照明计划的过程中，对照明设施进行改造的主要内容如下：

（1）将白炽灯泡换成紧凑型荧光灯。

（2）将T12荧光灯换成三基色T8荧光灯。

（3）将电感镇流器换成电子镇流器。

（4）在灯具中采用新的镜面反射器。

（5）采用控制器件，如光电管、光传感器、调光器等，对照明设施进行合理的控制。

美国实施绿色照明计划的第一个五年间取得了以下显著成果：

（1）2000多个成员单位的5亿平方米的场所安装了高效节能产品 （相当于美国每14座商业建筑就有1座已改造）。

（2）每年减少160万吨温室气体的排放。

（3）每年节电23亿千瓦时 （相当于1300栋近万平方米大楼的一年用电量）。

（4）节省电费1.9亿美元。

2）中国绿色照明工程

中国是世界上第二大能源消费国，也是世界上第二大温室气体排放国。近年来，中国的经济平均以每年近10%的速度发展，每年的照明用电量也以每年近15%的速度不断递增，照明用电约占全国总用电量的11%～14%，这个比例还有可能继续上升。中国电力的生产有75%以燃煤为基础，这种局面在未来的十几年里还很难改变。为此，中国政府对节能工作非常重视，于1996年正式启动了 “中国绿色照明工程”。

“中国绿色照明工程”是国家经贸委会同国家计委、科技部、建设部、国家质量技术监督局等13个部门，在 “九五”期间共同组织实施的一项重点节能示范工程，旨在我国发展和推广高效照明器具，逐步代替传统的低效照明电光源，节约照明用电，建立优质高效、经济舒适、安全可靠、有益环境和改善人们生活质量，提高工作效率，保护人们身心健康的照明环境，以满足国民经济各部门和人民群众日益增长的对照明质量、照明环境和减少环境污染的需要。

“中国绿色照明工程”自1996年实施以来，政府及社会各界给予了高度重视，也得到国际国内各方面的技术和经费支持。1996年10月，“联合国计划开发署（UNDP）中国绿色照明工程能力开发”项目获批准，该项目向中国政府提供99.5万美元的技术援助，用于支持和推动“中国绿色照明工程”的启动。1996—1998年间，国家经贸委向国内照明生产企业投入低息技术改造资金2.2亿元，还拨款400万元用于照明企业的技术升级和新产品的开发，与此同时，各地方财政也给予照明生产厂商以大力支持。1998年5月，国家通过联合国计划开发署向全球环境基金（GEF）申请“国家经贸委/UNDP/GEF中国绿色照明工程促进项目”，项目于2000年8月批准，获全球环境基金813万美元赠款。2000年3月，国家经贸委、建设部、国家质量技术监督局以国经贸资（2000）223号联合印发了《关于进一步推进“中国绿色照明工程”的意见》，要求对中国的绿色照明工程进一步提高认识，加强领导；完善标准，制定办法，规范市场，强化监督和管理；采取有效措施，加快高效照明电器产品的推广应用。

在国家有关部门和社会各界的大力支持和积极配合下，“中国绿色照明工程”在第一个五年间取得了明显的成效：

（1）完成用户照明节电意识和照明电器产品、元器件产品生产企业基础状况调查，摸清了照明电器行业发展及照明节能潜力的基本情况。

（2）制定并颁布4项高效照明电器产品国家标准 （GB16843—1997《单端荧光灯的安全要求》，GB16844—1997《普通照明用自镇流灯的安全要求》，GB/T17262—1998《单端荧光灯性能要求》和GB/T17262—1998《普通照明用自镇流灯性能要求》），并组织高效照明电器产品的监督抽查及质量分析会议，引导照明电器产品市场有序发展。

（3）组织高效照明电器产品的技术开发、项目示范及应用推广，促进了生产企业的技术进步。

（4）广泛开展照明节电的科普宣传、培训教育、国际教育、国际交流与合作，使绿色照明工程逐步得到社会的认同和支持。

3.绿色照明与照明节能的关系

绿色照明是一项系统工程，主要是在提高系统 （光源、灯具、启动设备）总效率的基础上，综合考虑照明方式、照明控制、天然光利用及加强维护管理等因素，坚持以人为本，通过科学的照明设计，来为人们创造一个高效、舒适、安全、经济、有效的工作和生活环境。

照明节能所倡导的理念是在满足所需要的视觉环境或所要达到的照明效果的前提下实施终端节电。因此，当前国际上认为，在考虑和制定照明节能政策、法规和措施时，所遵循的唯一正确的原则是：必须在保证有足够的照明数量和质量的前提下，尽可能节能。

由此可见，绿色照明和照明节能两者的目的是相同的，内容是完全统一的。