建筑照明照度计算中的细节问题分析

建筑照明照度计算中的细节问题分析

张文琦

武汉和创建筑工程设计有限公司 湖北省武汉市 430000

摘要：在我国，高能耗建筑逐年增多，照明能耗占有很大比重，对其进行节能、智能优化设计及能耗管理研究是相关国内外学者和技术人员关注的重点。从设计角度分析，随着电子技术的不断发展，办公建筑照明系统在灯具选型、电气设计等方面仍有很大提升；从控制管理角度分析，目前建筑照明系统缺少对客观数据的统计、分析，缺少对建筑照明照度计算效果分析。

关键词：建筑照明照度计算；细节问题分析

引言

光照强度，简称照度，是指单位面积上所接受可见光的光通量，表示的是被照面上的光通量密度。照度主要用来衡量被照面被照射的程度，常用符号为E，常用单位为勒克斯（简称为“勒”，常用符号为Ix ） 。

1.照明光源的光学特性

（1）光通量

光源在单位时间内，向周围空间辐射出的使人眼产生光感的能量，称为光通量。光通量是指按照国际规定的标准人眼视觉特性评价的辐射通量的导出量。由于人眼对不同波长的光的视见函数不同，所以不同的波长的光的辐射功率即使相等，其光通量并不相等。在不同波长的电磁波下，人眼具有不同的灵敏度。光通量的常用符号为Φ，其单位为流明（lm），计算公式为：

多色光的光通量为每种单色光光通量的总和，也就是：

式中，Φ（λ）是指波长为A的光源的光通量，单位为流明（lm）；dΦ_e（λ）/dλ是指波长为λ的光源辐射通量的光谱分布，单位为瓦（w）；V（λ）是指波长为入的光源的光谱光效率，K_m是指最大光谱光效率。

（2）发光强度

光源在某一个特定方向上的单位立体角内(单位球面度内)所发生的光通量，称为光源在该方向上的发光强度。它是用来反映发光强弱程度的一个物理量，简称光强。

发光强度就是描述了光源到底有多“亮”，因为它是光功率与会聚能力的一个共同的描述。发光强度越大，光源看起来就越亮，同时在相同条件下被该光源照射后的物体也就越亮。用符号Ia表示，其单位为坎德拉（cd），计算公式为：

式中，dΦ为在立体角元内传播的光通量，dΩ为给定方向的立体角元。

（3）亮度

亮度（L）是单位光源面积在法线方向上，单位立体角内所发出的光流，也叫单位面积发光面的光照强度，反映的是发光面或反射面光线进入到人眼里面时的感受亮不亮，单位是坎德拉/平方米（cd/m² ）。由定义可以看出亮度与发光体视线方向的发光强度成正比，而与发光体在视线方向的投影面积成反比，计算公式如下：

式中，dΦ为给定方向的立体角dΩ内传播的光通量（lm ） ；dA为包含给定点的射束截面积（m²）； θ为射束截面法线与射束方向间的夹角。

2.利用系数法

采用利用系数法进行照度计算的步骤如下：

（1）根据灯具的布置，确定室空间高度h_Rc，为灯具开口平面与工作面间的空间距离，办公建筑工作面一般取0.75m水平面，其他参见GB50034-2013标准中有关参考平面的要求。

（2）计算室空间比RCR；

式中，1和b分别为矩形房间的长度和宽度，h_Rc为室空间高度。

（3）确定反射系数p（查表）；

实际生活中，房间内的墙壁、顶棚及地面对光的反射作用，对室内光照强度的分布有较大影响。计算中将影响利用系数的选取，墙壁、顶棚及地面的反射比，应根据实际装修情况选取。

（4）确定利用系数u；

利用系数（用u表示）是指照明光源投射到工作面上的光通量与光源发出的全部光通量之比，用来表征光源的光通量有效利用的程度。它是灯具效率、灯具光强分布、房间几何特征与房间表面反射系数的函数，用光通传递理论导出，公式如下：

式中，Φ_e为投射到工作面上的总光通量，中为每盏灯发出的光通量，n为灯具的个数。

利用系数值的大小与很多因素有关。灯具的悬挂高度越高、光效越高，则利用系数越高；房间的面积越大，形状越接近正方形，墙壁颜色越浅，则利用系数就越高；与墙壁、顶棚及地板的颜色和洁污情况有关，颜色越浅，表面越洁净，反射的光通越多，因而利用系数也越高。

利用系数的值可按墙壁和顶棚的反射系数P及房间的受照空间特征RCR查表来确定。

（5）确定布置灯具的光通量Φ；

不同功率、型号的灯具光通量不同；同一光源灯具支架不同，其灯具光通量也不同；同一批同类型灯具也会因为玻璃管质量、荧光粉质量、涂粉粉层质量、真空度等因素略有差别。实际工程中，一旦选定某一厂家的灯具，其光通量就是确定的。

（6）计算平均照度和实际平均照度。工作面上的实际平均照度：

式中，u为利用系数，K为维护系数，S为受照工作面面积，n为灯具的个数，中为每盏灯发出的光通量。

值得注意的是，所计算的实际平均照度需满足GB50034-2013对各场所的照度标准值，数值允许浮动范围为10%，否则需对灯具选型、数量或布放进行调整，重新计算直至满足要求，再进行下一步设计。

3.天正软件

天正电气是以基于CAD的一种建筑电气的画图软件，不仅提供了针对建筑电气的丰富绘图编辑工具，还提供了丰富的电气计算功能，照度计算即为其中之一，采用的仍是利用系数法，灯具数量确定时输出实际照度及功率密度值，亦可根据标准照度值提供灯具布置的参考数量。

其计算结果，可输出为计算表或word形式的计算书，包含所有设定参数、计算过程及校验结果。天正电气的照度计算特点在于它集合于绘图设计软件之中，操作方便，输出的照度计算表可直接应用与天正CAD中，给工程设计中节能计算表的绘制带来便捷，因此应用广泛，但同时相对于专业照明软件，也体现出了在细节之处的不足，导致其计算结果并不是十分的准确。

4.DIALux软件

DIALux是一款具有3D模拟照明设计和计算的软件，且支持大部分厂家的灯具资料，可满足照明计算和设计要求。"DIALux灯光精灵”是DIALux专门用于快速照度计算的小软件，简单快捷。

其计算结果，可输出为PDF形式的书面报表文档及DIALux三维设计方案文件，报表文档内容详细，包含灯具选型资料、室内空间的照度曲线、照度计算结果等，大幅提升照明设计的效率与准确性。DIALux软件的照度计算特点：

（1）提供电子灯具目录

DIALux可提供各家灯具制造商的详细灯具信息，至今己有43家灯具制造商（包括Philips， BEGA， THORN， ERCO， OSRAM， BJB， Meyer， Louis Poulsen等全球知名的照明厂商）在管理赞助DIALux项目。持有DIALux许可证的厂家可提供电子灯具目录，方便照明设计中选择灯具产品，也使计算结果更加准确。

（2）绘制空间照度曲线

DIALux在满足照度标准布置灯具的同时，还绘制空间照度曲线，可同时考虑到灯具、家具、空间结构的影响，避免或降低了以往设计中凭经验值配规划照明设计所产生的误差，也使空间各位置的光照强度变化更加直观。

结语

当照明灯具型式、光源类型等已初步确定后，需要计算各工作面的照度，从而来确定灯具的容量和数量，或对已确定容量的某点进行照度校验时，需要进行照度计算以满足照明标准值。

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