淺談室內(nèi)照明的照度計(jì)算和測(cè)量

劉建偉

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司電氣自控室

淺談室內(nèi)照明的照度計(jì)算和測(cè)量

劉建偉

中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司電氣自控室

以往的室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，而通過計(jì)算得出的數(shù)據(jù)跟經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)又有一些出入，本文將對(duì)照明計(jì)算進(jìn)行較系統(tǒng)的說明，并通過照度計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證得出結(jié)論，為今后室內(nèi)照明設(shè)計(jì)提供分析依據(jù)。

照明；照度計(jì)；照度；計(jì)算；測(cè)量

1.概述

以往的室內(nèi)照明設(shè)計(jì)中，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行設(shè)計(jì)，而通過計(jì)算得出的數(shù)據(jù)跟經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)又有一些出入，本文將對(duì)照明計(jì)算進(jìn)行較系統(tǒng)的說明，并通過照度計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證得出結(jié)論，為今后室內(nèi)照明設(shè)計(jì)提供分析依據(jù)。

2.照度的計(jì)算

2.1 照度計(jì)算公式

根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版)第四節(jié)的計(jì)算方法，采用利用系數(shù)法計(jì)算平均照度。應(yīng)用利用系數(shù)法計(jì)算平均照度的基本公式為：

功率密度計(jì)算公式為：

式中：Eav——工作面上的平均照度，lx；

Φ ——光源光通量，lm；

N ——光源數(shù)量；

U ——利用系數(shù)(參考《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-11)；

A ——工作面面積，m2；

K ——燈具的維護(hù)系數(shù)(參考《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》2-24)；

LPD ——功率密度，W/m2；

P ——單個(gè)光源(含鎮(zhèn)流器)的功率合，W。

2.2 照度計(jì)算實(shí)例

(圖2-1)中的辦公室是一個(gè)真實(shí)的辦公室，下面對(duì)這間辦公室利用公式(2.1)進(jìn)行照度的核實(shí)，并根據(jù)公式(2.2)核實(shí)功率密度。

2.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

① 房間類別：辦公室；

② 照度要求值：300.00lx， 功率密度不超過11.00W/m2；

③ 房間尺寸：長×寬×高=14.16m×6.96m×2.8m；

④ 頂棚反射比(%)：80， 墻反射比(%)：70， 地面反射比(%)：10。

2.2.2 照度計(jì)算

根據(jù)(圖2-1)中的辦公室，我們已知以下計(jì)算參數(shù)：

Φ ——光源光通量：根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034-2004) 3.2.3第1條規(guī)定：高度較低房間，如辦公室、教室、會(huì)議室及儀表、電子等生產(chǎn)車間宜采用細(xì)管徑直管形熒光燈。本設(shè)計(jì)選擇嵌入式三管熒光燈3×36W，每套燈具的光通量為3×2200lm=6600lm

N ——光源數(shù)量：8套；

U ——利用系數(shù)：根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5-11查得利用系數(shù)為0.63；

圖2 -1

A ——工作面面積：長×寬=14.16m×6.96m=98.55m2；

K ——燈具的維護(hù)系數(shù)：根據(jù)《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-24查得燈具維護(hù)系數(shù)為0.8；

P ——單個(gè)光源(含鎮(zhèn)流器)的功率合，3×36W=108W。

將以上參數(shù)代入公式(2-1)計(jì)算：

帶入公式(2.2)計(jì)算：

通過計(jì)算結(jié)果，我們看出這間辦公室的照明設(shè)計(jì)接近300lx的照度要求，功率密度8.77W/m2＜11.00W/m2，滿足規(guī)范要求。下面我們?cè)偈褂谜斩扔?jì)進(jìn)行測(cè)量，看看實(shí)際照度是否滿足設(shè)計(jì)要求。

3.照度的測(cè)量

3.1 測(cè)量工具

測(cè)量工具我們使用的是華盛昌公司的CEM DT-1309 多功能數(shù)字式光度計(jì)(見圖3-1)，主要參數(shù)如下：

圖3 -1

① 精度：±5%±10d(＜10000lx)；±10%±10d(＞10000lx)；

② 測(cè)量范圍：400、4000、40000、400000Lx/Fc

圖3 -2

③ 采樣率：1.5次/s(模擬條顯示)

④ 操作溫濕度：0～40℃；0～80%RH

⑤ 存儲(chǔ)溫濕度：-10～50℃；0～70%RH

3.2 測(cè)量方法

根據(jù)《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700-2008)第6.1條，選用中心布點(diǎn)法測(cè)量：在照度測(cè)量的區(qū)域一般將測(cè)量區(qū)域劃分成矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格宜為正方形，應(yīng)在矩形網(wǎng)格中心點(diǎn)測(cè)量照度。

中心布點(diǎn)法的平均照度按照式(3-1)計(jì)算：

式中：

Eav——平均照度，lx；

Ei——在第i個(gè)測(cè)點(diǎn)上的照度，lx；

M ——縱向測(cè)點(diǎn)數(shù)；

N ——橫向測(cè)點(diǎn)數(shù)。

3.3 測(cè)量過程

根據(jù)2.2節(jié)中(圖2-1)的辦公室，在照度測(cè)量的區(qū)域?qū)y(cè)量區(qū)域劃分成正方形網(wǎng)格，在正方形網(wǎng)格中心點(diǎn)測(cè)量照度，見(圖3-2)。

將(圖3-2)中的數(shù)據(jù)代入公式(3-1)得：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，這間辦公室的平均照度Eav為196.7lx，這個(gè)測(cè)試結(jié)果與照度計(jì)算的數(shù)值差別很大，并且與辦公室300lx的設(shè)計(jì)要求也想去甚遠(yuǎn)，那么問題出現(xiàn)在哪兒了呢？

我們注意觀察一下(圖3-2)中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)辦公室的最外一圈的測(cè)量數(shù)據(jù)，特別是A、L列和1、6行的照度很低。原因很容易分析：這個(gè)區(qū)域?qū)儆谵k公室最外圍，距離光源也是最遠(yuǎn)的。那么將這個(gè)區(qū)域計(jì)入平均照度是否合理呢？我們還發(fā)現(xiàn)這個(gè)區(qū)域?qū)儆谵k公室的過道，辦公桌不在這個(gè)區(qū)域，對(duì)于辦公室300lx的要求應(yīng)屬于辦公區(qū)域的照度！如果將這個(gè)區(qū)域的照度不計(jì)入平均照度，我們?cè)儆?jì)算一下，得到下面這個(gè)結(jié)果：

242.1 lx這個(gè)結(jié)果與照度計(jì)算的結(jié)果270.03lx已經(jīng)比較接近了，但是還差27.9lx。這27.9lx也是個(gè)不小的誤差，這是什么原因呢。經(jīng)過對(duì)辦公室的觀察，我們還發(fā)現(xiàn)這間辦公室有三面窗戶，并且還很大，由于墻面的放射比顯然比窗戶的反射比不同，下面我們?cè)趯?duì)墻面和窗戶的放射比進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，看看問題是不是出在這里。

根據(jù)《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700-2008)6.3.4節(jié)中的方法：用照度計(jì)測(cè)量漫反射表面的反射比，應(yīng)選擇不受直接光影響的被測(cè)表面位置，將照度計(jì)的接收器緊貼被測(cè)表面的某一位置，測(cè)其入射照度ER，然后將接收器的感光面對(duì)準(zhǔn)統(tǒng)一被測(cè)表面的原來位置，逐漸平移離開，待照度值穩(wěn)定后，讀取反射照度Ef，測(cè)量示示意圖如圖(圖3-3)所示。按公式(3-2)求出反射比。

圖3 -3

式中：ρ ——反射比

Ef——反射照度，lx

ER——入射照度，lx

反射比測(cè)量并結(jié)算結(jié)果見(表3-1)：

表3 - 1

根據(jù)(表3-1)計(jì)算結(jié)果，可以看出墻面的放射比顯然比窗戶的反射比大很多，這就導(dǎo)致了實(shí)測(cè)的照度比計(jì)算結(jié)果偏低的結(jié)果。

4.結(jié)論

通過第2章的內(nèi)容，給大家介紹了一般房間的照度計(jì)算過程，通過第3章，給大家介紹了室內(nèi)照度的一般測(cè)量方法，而通過前兩章的結(jié)果，我們還發(fā)現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)中的失誤。實(shí)例中的辦公室并沒有達(dá)到規(guī)范要求的設(shè)計(jì)照度，究其原因，是設(shè)計(jì)過程中對(duì)照度計(jì)算的失誤，或者是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)布置的照明，沒有考慮窗戶的數(shù)量，這些都是值得我們?cè)谌蘸蟮恼彰髟O(shè)計(jì)中需要著重考慮的。

[1]《照明測(cè)量方法》(GB/T 5700-2008)

[2]《照明設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第二版)