电气设计中照度计算方法浅析

电气设计中照度计算方法浅析

尹峰刘少君陆明霞

（淄博市建筑设计研究院，山东，淄博，255000）

【摘要】照明计算包括照度计算、亮度计算以及眩光计算。由于亮度计算和眩光计算很大程度上取决于照度，而且其计算过程繁琐，因此，在实际照明工程设计中，照明计算往往只需要进行照度计算即可。本文综合介绍了利用系数法、逐点计算法、单位容量法等照度计算方法。

【关键词】利用系数法；逐点计算法；单位容量法

虽然节能观念已经深入人心，大家也越来越重视建筑照明的节能，然而在较大的项目中，电气照明设计中依然会发生灯具过多、照明功率密度（LPD）不达标准的问题。分析其中原因主要是：部分设计工作人员缺乏节能的责任心，在照明设计中嫌麻烦或者不会计算，直接省去了照明计算[1]。基于以上原因，所以本文特对利用系数法、逐点计算法、单位容量法三种照度计算进行了一些分析研究。

1．平均照度计算—利用系数法

落在工作面上的光通由两部分组成，一是：从照明设备发出的光通直接投射在工作面的部分，即直接光通量；二是：从照明设备发出的光通经室内表面反射，最后投在工作面的部分，即反射光通量。这两部分光通和与工作面面积之比，其比值为工作面的平均照度值[2]。

在计算过程中，直接光通量和反射光通量受很多因素影响，每次计算相当复杂。所以出现了利用系数法：首先计算出各种条件下的利用系数值，制定出利用系数表，然后设计人员根据表中数值查询到利用系数，计算即可。

1）利用系数（Kl）的定义

利用系数是指：直射与间接反射到工作面上的光通量之和同电光源发出的总光通量之比。利用系数值小于1，主要是因为室内灯具的一部分光线被灯具的反射面以及室内的反射面所吸收，另外一部分光线则会透过窗户投向室外。

利用系数与灯具的种类、其悬挂高度（h𝑐𝑐）、室内面积和形状（RCR）、有效顶棚反射系数（ρc）、墙面平均反射系数（ρw）等因素有关，照度计算中可通过计算出以上的各因素值，查询灯具厂家制定的利用系数表手册，得到对应的利用系数。

2）利用系数法的作用

利用系数法适用于非点光源照明，其灯具采用均匀布置、墙和天棚反射系数较高、室内开阔，无大型装置遮挡光线的民用建筑的一般照明。

如果将有效顶棚反射比、墙面反射比都取数值0，查到对应利用系数后，灯具均匀布置的室外照明也可用利用系数法计算。

计算公式如下：

（1.1）

根据照明场合，设计人员大致选定灯具形式后，通过利用系数法计算灯具数量，计

算步骤有以下五步：

第一步：根据照明场合，计算出房间面积S，初步选定灯具及电光源，查找厂家手册，获取灯具功率，光通量，灯具效率。

第二步：根据照明场合，查询《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）第五章，对应不同建筑或者房间找到照度标准值。

第三步：求利用系数。为了适应灯具的不同安装形式和不同工作面高度，先在室内照明设计前先将房间划分成室空间、顶棚空间和地面空间三个空间。对于某一灯具，经过光学测量后都可以给出该灯具的利用系数表，所以在计算出的值后，只要按灯具型式查阅灯具利用系数表，就可以获得其值。

第四步：为减光系数，它综合考虑了灯具光通量衰减及环境污染的影响，数值可按下表1选取。

表1减光系数（维护系数）

2．逐点计算法

逐点照度计算法主要是用于点光源照明场所，主要是指室内净高在10米及以上的民用建筑（例如会展中心的展厅，体育场馆，音乐大厅等）和高大工业建筑。逐点照度计算法是以距离平方反比定理、余弦定理为依据推导得出，它以配光曲线为重要系数，只考虑直射光照效果，计算某一点的真实照度值[3]。

计算思路如下：在确定场所的光源类型、安装高度及灯具位置的前提下，根据灯具的配光曲线，计算该光源的直射光在其附近水平地面上产生的照度值。把附近的各点光源在该点产生的照度叠加，得到的照度总和则是该点的确切照度值。

逐点照度计算法中数量关系如图2.1所示：

从公式（2.1）可以知道：点光源S照射在水平面上产生的照度与光源的光强及被照面法线与入射光线的夹角的余弦成正比，与点光源到被照面计算点的距离L平方成反比。

将各点光源在B点产生的水平面照度叠加即得到B点的实际水平面照度。在实际计算中，根据计算高度H和点光源到计算点的距离L，可直接从配光曲线图上查得该点的水平照度值，再将实际光通量按照图中光通量1000lx进行换算即可。

3．单位容量法

单位容量法是一种基于利用系数法的简单求照度的方法，也叫负荷密度法，往往是根据房间的被照面积大小，依据推荐的单位面积安装功率，从而估算出这个房间需要的电能总功率。单位容量法因为得到的是估算值，所以大多在制定方案或者初步设计时使用。该方法直观、简单，对估算照明负荷非常适用[4]。计算公式为：

式中：W—满足最低照度单位面积所需安装的容量，单位：W/m2；N—满足最低照度单位面积所需安装的灯具数量，单位：套；P—全部灯泡的总安装功率及设备安装功率，单位：W；S—建筑面积，单位：m2。

综上所述，可以知道三种照度计算法各有特点：

（1）利用系数法是以照度定义式为依据推导出的经典计算式；逐点照度计算法是以距离平方反比和余弦定理为推导依据得到的。

（2）利用系数法适用于非点光源照明、室内开阔、墙和天棚反射系数较高的民用建筑；逐点照度计算方法适用于点光源照明、10米以上的高大民用建筑、高大工业建筑。

（3）利用系数法将利用系数值作为关键因素，计算得出所求的照度值；逐点照度计算法则是以配光曲线为参考曲线，查出数值，计算得到对应照度值。

（4）利用系数法是一种综合考虑了直射光和反射光作用在工作面的光效结果的照度计算方法；逐点照度计算法忽略了反射光，只考虑直射光作用在工作面的光效效果。

（5）利用系数法是对高度一定的被照平面，求其平均照度；逐点照度计算法是对某一高度，某一个点的实际照度值。

（6）单位容量法是由利用系数法简化而来，是三种计算方法中计算量最少的，但因为缺少精确性，一般仅适用于估计照明负荷以及初步设计的时候使用。