【照明設計】室内照明照度計算的注意事項（Lux Level Calculation）

照明計算應該是電氣設計中最基礎的内容了，但是，往往由於工作量非常繁瑣，計算過程中難免會忽略一些細節。有時，往往由於在參數設置方面的不注意，導致整個計算與實際安裝有比較大的誤差，到最後增加了設備的成本。

關於室内照明照度計算的基礎理論我們在這裏就不做過多探討了。基本的公式主要就是常用的Lumen Method，一般都可以用excel進行計算。市面上常用的仿真模擬軟件可用來計算照度的也不少。實際設計中往往是用Lumen Method計算出燈具的最低數量，用來進行招投標工作。在正式施工過程中再利用模擬軟件以及根據實際燈具選型對設計進行復核。一般Lumen Method只能用來計算照度Lux、照明能量密度，對於光照均匀度、炫光度等複雜的計算一般就靠仿真軟件來解決了。那麽，無論是用excel計算或者模擬軟件進行仿真中，有什麽地方值得我們特別留意的呢？

照度（Lux Level）計算公式：

房間係數（Room Index）計算公式：

照度計算及能量密度計算總結表 Lux Level & Power Density Summary Table （一般用來做綠色建築/環評/能源效益等審核的提交文件）：

由上面的照度計算公式可以看出，公式裏面總共有7個變量。我們的目標是計算出燈具數量，也就是要最終確定N和n。那麽，我們來看看各個參數的特點以及要注意的地方吧。

1. 平均照度（E）：

平均照度一般是無法改變的，根據國際標準或者當地規範，又要根據業主的需求，確定最小的照度要求。對於室内普通照明、一般是50lx、75lx、100lx、150lx、200lx、300lx、500lx等這些整數照度值。更小的一些例如20lx或者更大的到750lx不是很常見，一般用在比較特殊的場合。比如750lx常見於需要較高照度要求的實驗室，但僅僅局限於做實驗的部分區域。

需要留意的一點是要明確平均照度要求的測量高度（working plane）。常見的測量高度一般是地面高度和工作面高度這兩個高度。由Room Index的公式可以看出，測量高度會影響Hm值的大小。

2. 燈具數量及燈具中光管數量（N及n）：

燈具中光管數量間接決定燈具數量。當然房間面積比較小，又有較多其他的設備，例如風口、消防設備，不便於安裝很多燈具的時候，通過增加燈具中光管的數量以及流明量以降低燈具的數量是比較實際的方法。但實際操作的過程中需要留意以下兩點：

第一，每支燈具中的光管數量不可能無限多，對於支架燈具常見的最多兩隻光管、燈盤燈具會多一點，但也要看製造商有無相應的產品，常見的最多四隻光管。

第二，對於熒光燈，比較常用光管（T5 / T8）或者慳電膽作爲内膽，特點是便於更換而且壽命長。近年來LED燈具已經在業界應用的較爲普遍。由於LED無需製造成爲密封惰性氣體的管狀結構，因此，大部分LED燈的結構不再製造成爲可更換的光管或者電膽形狀。但是這樣的設計確實對的以後的維修方面非常不友好，燈具出問題時往往需要將整個燈具拆下來才能更換，所以這種不可能換光管的LED燈在市面上并不受到廣汎青睞。

因此，應運而生了較常用的T5 / T8形式的LED光管。這種LED光管一般在光管内部已經配備LED的火牛（LED Diver），燈具/燈盤只需要提供220V電壓就可以點亮了。由於光管外形和T5 / T8沒有差別，因此如果業主已經安裝T5 / T8燈具，只需稍微更改内部電綫連接（繞過熒光燈啓動器和鎮流器）就可以直接更換LED光管。由於更換的便捷性，LED T5 / T8燈管這些年一直作爲LED的替代產品活躍在市場上。

LED T5 / T8光管具有廣氾的認受性最主要的原因是維修的便捷，但是缺點也是很明顯的，就是燈具必須為T5或者T8其中一種，再次更換時也只能選相應的形狀，選擇性上收到較大的限制。針對這種問題，近些年一些新的直接配備可更換的LED模組的LED燈具也相繼出現了。這種新式的燈具的LED模組不再密封在T5 / T8光管中，而是直接嵌在燈具内部。這樣，如果只是LED模組壞了，而且只要打開燈罩，LED模組就可以很方便的取下來進行更換。這樣的燈具在雖然現在市面上並不是非常常見，但是確實一個很好的選擇。我們的工程設計人員在設計時也要考慮到成本和其他各方面的因素。

第三、燈具的數量會進一步影響到其他參數變化。例如更少的燈具數量往往降低房間光照的均匀度，一定是燈具下方更加明亮、角落更加黑暗。在對均匀度要求較高的地方，例如醫院的走道、病房，可以通過加裝光柵（Diffuser）或者增加燈具的照射幅度（Beam Angle）來提高均匀度。

另外，應急照明對於均匀度的要求較高，BS1838要求應急照明在Escape route lighting和Open area (anti-panic) lighting時的最大值和最小值的比不可以超過40：1。因爲香港由於業主往往要求靚裝修並一般要求使用普通照明加裝電池來作爲應急照明，因此普通照明的數量也影響到應急照明的效果。也就是説，普通照明的量的減少間接影響到應急照明的效果。這點大家也需要留意。

除了對均匀度的影響，燈具數量對於炫光度也是有影響的。從下面的UGR（Unified Glare Rating）計算公式可以看出，UGR的計算是通過計算所有燈具叠加在攝入觀察者眼中的光亮而得出，因此，在其他條件不變的情況下，在觀察者視綫前的燈具越少，炫光度越低。因此，燈具的減少，在一定程度上可以降低炫光度。

3. 維護係數（MF）：

關於維護係數，相信大部分設計人員在設計時都是直接用0.8或者0.85這兩個數值。的確，初步設計是可以這麽計算。更加保守一點的話甚至可以用0.7來計算。但是，會導致那些問題呢？如果在實際安裝過程中，由於承建商提供的燈具的流明一般會大過設計的要求，比如按超過設計流明量的10%~20%來計算，安裝驗收時的照度往往會超過設計照度的40%~50%（30%+10%~20%） ，因爲在驗收時燈具的維護性能一般是最好的，維護係數可以儅1來計算，因此，如果驗收照度為200lx的房間，驗收時實際測量的結果往往會是>300lx；如果驗收照度為500lx的房間，結果往往會是>750lx。所以各位設計人員一定要留意維護係數的選取，一定要瞭解一下過往項目管理人員對燈具維護的實際情況，如果真是會經常定期維護，不妨選用較高的維護係數>0.85。不至於驗收時被業主説是overdesign得太多，引起不必要的爭撓。

4. 使用係數（UF）：

使用係數由於是由房間係數（Room Index）和房間反射係數（Reflectance）共同決定的。

房間係數（Room Index）：

從房間係數的公式可以看出，決定房間係數的是房間的形狀（長和寬，注意這裏并沒有高）、燈具的安裝高度及測光平面高度決定的。可以看出，如果我們使用Lumen Method的方法設計的話，計算出的燈具數量跟房間的高度無關的。

假設一間長6m寬4m的房間，燈具安裝高度為2.8m，我們來計算一下地面的照度。

Room Index為0.857，假設反射率為0.7/0.5/0.2，查表可知UF=0.43。

假設維護係數為0.85，燈具為1999lm的LED支架等，那麽要做到200lx的話，計算出來燈具的數量為N=200lx x (6m x 4m) / (0.85 x 0.43 x 1999lm) = 7 nos。

假設我們安裝8盞支架燈，反算出lux level = 8 nos x 1999lm x 0.85 * 0.43 / (6m x 4m) = 260.5 lx。

這樣計算出來我們可以看出無論房間多高，只要燈具安裝在2.8m高計算出來的照度理論上是不變的。

但是，在模擬中結果會是怎樣的呢？那房間的高度對於照度到底有沒有影響呢？我們的假設在Dialux的模擬中得到了驗證。結果，可能在你的意料之外。

首先，我們假設房間高度為2.8m，與燈具安裝高度同高，也就是燈具直接安裝在天花頂。維護係數，反射率與假設均一致，得到如下結果：

【Room 1 (6m x 4m x 2.8m, Mounting height 2.8m)】

可見，結果與Lumen Method的結果基本一致，地面模擬出來的照度為268 lx。然後我們保持其他參數不變，燈具也始終安裝在2.8m高。這時，我們將房間高度分別改爲3.0m、3.5m、4.0m再分別做模擬，得到如下結果：

【Room 1a (6m x 4m x 3.0m, Mounting height 2.8m)】

【Room 1b (6m x 4m x 3.5m, Mounting height 2.8m)】

【Room 1c (6m x 4m x 4.0m, Mounting height 2.8m)】

我們總結出如下的Dialux模擬結果：

我們不難發現，地面模擬出來的照度隨著房間高度的增加而逐漸降低，儅房間高度為4m時，地面照度竟然達不到要求的200 lx，僅僅為196 lx。由此可見，Lumen Method所計算出來的結果僅僅在房間高度于燈具安裝高度相同的情況下一致。這就提醒我們了一點，房間高度和實際的照度有著密不可分的關係。其實，產生這樣的結果也不難理解，當天花高度比較低時，反射到天花的光綫更容易再反射回到地面，是地面的照度增加。

這樣就產生了一個問題，用Lumen Method計算出來的照度極大程度上是大於實際的照度的。在實際情況中，由於房間常常安裝假天花，假天花高度跟燈具差不多高，因此結果僥幸符合Lumen Method計算結果。又或者燈具上方常常會安裝其他機電設備，變相的降低了房間的實際高度，所以實際結果也不會相差太遠。但是對於沒有其他機電設備而且天花很高的房間來講，這個時候就要留意房間的實際照度了，很可能達不到當初的設計要求。

房間反射係數（Reflectance）：
最常用的反射係數當然是0.7/0.5/0.2，最初設計時固然可以以假設進行設計。但是在實際應用中，天花/墻體/地面的反射係數應該根據實際情況進行調整。由於墻體的表面積相對較大，反射率的提高對照度的貢獻尤爲明顯，往往只需很小的調整，平均照度就會有很大的改動。所以，墻體的反射係數成爲最常用的調整參數。

5. 房間面積（A）及燈具的流明量 Lumen Output（F）：

對於方方正正的房間，房間的長和寬直接可以在CAD裏面讀出，面積就可以直接用長和寬求出，房間使用係數也可以直接求出。但是對於形狀不規則的房間，最基礎的方法當然是把房間拆分成形狀規則的情況分別計算，但是，這樣計算出來的結果往往會偏大，而且設計的時候往往花費過多的時間。個人比較推薦的方法是用面積反算出房間的長或寬，在CAD裏框出房間的面積，通過假定一個寬度，求出房間的假定長度。

比如房間的面積是10平方米，雖然房型不規則，但是大約量出最窄的地方為2m。那麽可以假設房間的寬度為2m，長度為10/2=5m。由於房間最窄的地方已經是2m，那麽2m已經是最坏的情況。因此計算出來的結果一定好過實際情況。因爲我們都知道最方正的房間使用係數最高，需要的燈具最少。對於10平米的房間，最好的情況一定是長等於寬的情況，即長3.33mx寬3.33m，由於現在已知2m為最壞的情況，那麽直接用長5mx寬2m計算出來的燈具數量一定是多過長3.33mx寬3.33m的計算結果，從而保證設計照度。

關於燈具的流明量（Lumen Output），由於在設計初期，假設的流明量一般是燈具整體輸出的流明量，在實際安裝過程中要留意承建商所用的燈具寫明的是光管的流明量還是燈具的流明量。一般來講，由於燈具内部在光綫反射時的損失，燈具的流明量一般會稍小過光管的流明量的總和。也就是説假設LED支架裝有兩隻2000lm的光管，燈具的實際流明量一般會小於2x2000lm=4000lm，而實際往往可能只有3800lm。因此在最後複合照度計算或者燈具模擬報告時要留意是否寫明燈具的實際輸出流明。

結語：

綜上所述我們可以看出，一個小小的照度計算公式裏面可以調控的地方竟有如此之多，我們的工程設計人員在平時的設計中如果能靈活運用到這些參數，對於我們的初步設計和施工都是有很大幫助的。