照明功率密度限值應用的理解

侯 駿 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

0 前言

照明功率密度（LPD）：單位面積上一般照明的安裝功率（包括光源、鎮(zhèn)流器或變壓器等附屬用電器件），單位為（W/m2）。

《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）制訂了各類相關場所的LPD限值，部分已作為強制性條文發(fā)布，目前已實施4年多，對建筑照明節(jié)能起到了很大的推動作用；其中規(guī)定了LPD限值的現(xiàn)行值和目標值，更為綠色建筑和節(jié)能建筑照明要求所引用。

1 照明功率密度是照明節(jié)能的主要評價指標之一

目前國際上采用LPD作為節(jié)能評價指標的國家和地區(qū)有美國、日本、俄羅斯、新加坡等國家以及中國香港。為了照明節(jié)能，在GB50034-2013的照明設計標準中，專門規(guī)定了各種建筑房間或場所的最大允許照明功率密度值（現(xiàn)行值），并根據(jù)照明產(chǎn)品和技術的發(fā)展趨勢，同時給出了目標值。

鑒于光源、燈具技術的不斷發(fā)展，燈具的能效提高很多，有的已超過75%接近80%，照明工程設計人員對節(jié)能的重視程度也已大大提高，多數(shù)已完全執(zhí)行標準規(guī)定的LPD最大目標限值。從目前執(zhí)行情況來看，已基本落實。因此照明功率密度值的限定是必要的，也是必須的，它將更進一步促進照明節(jié)能和綠色建筑的發(fā)展。

2 照明功率密度限值的應用

①LPD限值是最大允許值，并非優(yōu)化值。一個場所應該安裝多少光源，應按場所的照度標準值和場所面積及其室形指數(shù)（RI）等因素，經(jīng)計算確定光源數(shù)量和需要的安裝功率（即實際LPD值），并要求此值不能大于規(guī)定的LPD最大限值，最好是大大低于LPD限值，這樣更有利于節(jié)能。某些設計人員在作項目設計時，先不作照度計算，而是直接利用規(guī)范的LPD限值簡單地加以倒推出實際安裝功率，這是不正確的，必須改變觀念。

②LPD限值是一個推動節(jié)能的主要指標，有些值國家已設定為強制性條文，在設計中必須嚴格執(zhí)行。對于不同大小、不同高度的空間場所，其利用系數(shù)相差可能較大，為此，標準已規(guī)定了相關場所的RI值小于某一值（即代表其面積很小或高度很高）時，將增加LPD限值一定比例，即執(zhí)行GB50034-2013第6.3.14條規(guī)定值增加不應超過限值的20%。

燈具的利用系數(shù)與房間的室形指數(shù)密切相關，不同室形指數(shù)的房間，計算的照度值不一樣，其LPD值達到要求難易度也不同。在實踐中發(fā)現(xiàn)，當各類房間或場所的面積很小，高度較高，如燈具安裝高度過高，則導致利用系數(shù)過低時，LPD限值均偏大，超過要求的標準限值而不易達到。因此，當室形指數(shù)RI低于一定值時，應考慮根據(jù)其室形指數(shù)對LPD限值進行修正。

LPD限值在一些特定場所（如辦公室）和相對應的照度標準值（如300lx）而規(guī)定的，特殊情況應執(zhí)行《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）第6.3.15條規(guī)定。當符合《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）第4.1.2條規(guī)定的內容一項或多項條件時，作業(yè)面或參考平面的照度標準值可按規(guī)定標準提高一級。當符合《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）第4.1.3條規(guī)定的內容一項或多項條件，作業(yè)面或參考平面的照度標準值可按規(guī)定標準降低一級。

以上的條件是對照度標準值進行調整，而不是按照設計照度值隨意的提高或降低。

③其他特殊場所的照明計算，如道路照明可采用逐點計算法計算路面上任意點照度計算；夜景照明計算可采用單位面積容量法、光通法、逐點計算法等；根據(jù)相應標準均有一定的LPD限值規(guī)定。

3 相關數(shù)值的計算

①RI值的計算（室形指數(shù)）：

[矩形房間][任意形狀房間][圓形房間]

室空間比RCR：RCR=2.5墻面積/地面積（北美采用的表示房間幾何形狀的數(shù)值）

室空間比也可用室形指數(shù)RI表示，計算如下：

[矩形][任意形狀][RCR、RI換算][圓形]

式中：l——房間周長，m；a——房間長度，m；b——房間寬度,m；

Sw——房間各墻面的面積（室空間范圍，不含地板空間、頂棚空間），m2；S——地面面積，m。

r——圓形房間的半徑，m。

②照度計算：利用系數(shù)法計算平均照度值的步驟：

第一步填寫原始數(shù)據(jù)；

第二步由相關公式計算空間比；

第三步由相關公式求有效頂棚空間反射比；

第四步由相關公式計算墻面平均反射比；

第五步查燈具維護系數(shù)表；

第六步由燈具利用系數(shù)表查利用系數(shù)（相關廠家樣本上應該可查到）；

第七步由下式計算平均照度值

式中：Eav——平均照度（lx）；

N——光源個數(shù)；

Φ——光源光通量（lm）；

U——燈具利用系數(shù)；

K——燈具維護系數(shù)；

A——工作面面積（m2）。

對于某種燈具，已知其光源的光通量，并假定照度值100lx，可根據(jù)現(xiàn)場安裝條件，即可編制燈數(shù)N與工作面積關系曲線，如所計算照度值不是100 lx時，則所求燈數(shù)可由下式核算：

N=由概算曲線上查出的燈數(shù)×實際照度值/100。

實際上室形指數(shù)是室空間比的另一種表達方式，如下圖（室內空間劃分圖）所表示的有效空間高度值。對于平均照度的計算，關鍵在于利用系數(shù)的U值，《照明設計手冊》第二版已編入了70多個燈具的U值，目前第三版已于2016年12月出版，內容更加全面豐富，但更主要的是要解決至今還沒有一家燈具生產(chǎn)企業(yè)提供過經(jīng)測試的“利用系數(shù)表”，也是我們希望逐步得到解決的。

室內空間劃分圖

利用系數(shù)是投射到工作面上的光通量與光源發(fā)射出的光通量之比，如下式：U=Φ1/Φ（Φ1——投射到工作面上的光通量lm，Φ——光源發(fā)射出的光通量lm）。

③眩光計算：通常是用計算軟件進行，計算結果不應超過GB50034-2013規(guī)范中的標準值。

④校驗節(jié)能指標：按設計的照明布燈方案，計算實際的照明功率密度（LPD）值，該值不應超過“標準”規(guī)定的LPD值，方為滿足要求，反之，應重新調整設計布燈、燈具選型方案，重新計算，直到符合標準為止。

4 結束語

總之，照明設計中應采取各種方法降低各個場所的實際LPD值，筆者認為其一是采用高效光源、高效低耗整流器及高效燈具；其二是充分理解掌握標準規(guī)定的均勻度是作業(yè)面的均勻度，而并非指整個房間的均勻度，對一些非作業(yè)面應降低其照度，可以提出將來的標準修編，要求所有場所均勻度0.7值，均不宜統(tǒng)一為低于0.7，可以分類為0.7、0.6或0.4等幾類；其三就是場所內的通道，過道、走道其照度值，根據(jù)重要性也可酌情降低一些，可不低于作業(yè)面照度標準的1/3或1/4即可。