节能照明设计及灯具的选型

节能照明设计及灯具的选型(第1页)

来源：中国照明网作者：施云琼浏览：1115人次发布：2010-03-03 注：其他网站转载须注明出处，转载而不注明出处者，一经查实，将追究其法律责任

《建筑照明设计标准》GB50034-2004颁布实施以来，其中关于照明节能一节内容多以强制性条文形式出现，对设计人员提出了相当的要求。由于设计阶段照度计算和灯具选型具有一定的特殊性和不确定性，本文拟就此情况对工民建常规设计中的光源、灯具作一定的分析比较，以方便设计人员选用。

《建筑照明设计标准》GB50034-2004颁布实施以来，其中关于照明节能一节内容多以强制性条文形式出现，对设计人员提出了相当的要求。由于设计阶段照度计算和灯具选型具有一定的特殊性和不确定性，本文拟就此情况对工民建常规设计中的光源、灯具作一定的分析比较，以方便设计人员选用。正确与否，恳请指正。

一、光源的分类及特性

1. 电光源分类：

2. 主要电光源特性比较（见表1）

表1 常用的光源数据

注：a.此处寿命系指平均寿命。灯和荧光灯光效均指白色光。c.光效均为不含镇流器损耗时的数据。d.本表各型荧光灯数据主要参考三雄极光2006样本。e.随着制灯技术的发展，各参数均可能发生变化。

二、照明设计及灯具选型

照明设计时，应逐个房间或场所按使用条件确定照度标准，初选光源、灯具、镇流器的类型、规格，计算平均照度，使之符合规定的照度标准值，并使计算照度偏差不超过-10%或+10%；再计算LPD值，和规定的LPD值（现行值）对比，不超过规定即符合要求。如果超过规定，应调整方案，至达到规定为止。

要避免把以上程序倒过来，即不作照度计算，将规定的LPD限值当作单位面积安装功率，倒推算出光源数量。这样设计的结果是，虽符合LPD限值标准，但却不知道照度是多少有两种极端的状态：一种是选用的光源等器材效率低，照度达不到标准，甚至相差甚远；另一种是选用了高效的光源等器材，计算照度可能超过标准值很多，甚至可以超过50%～60%，这样就大大浪费了能源。照明设计的主要原则有：

（1）尽可能使用高光效光源，如尽量减少或不用白炽灯，减少高压汞灯的使用，特别是不随意使用自整流高压汞灯；

（2）采用高效率节能灯具：如在满足眩光限制要求下，应选择直接型灯具；

（3）使用电子整流器；

（4）合理进行照明设计节能；

（5）照明控制的节能。

表2 各种场所对灯性能的要求及推荐(CIE 1983)

注：白炽灯：I—钨丝白炽灯、H—卤钨灯；荧光灯：S—标准型、HC—高显色型、3—三基色、C—紧凑型；金卤灯：S—标准型、HC—高显色型；高压钠灯：S—标准型、IC—改显色型、HC—高显色性。

1．电光源的选用

各种场所对灯光性能均有不同的要求，设计人员均能较好的掌握，不再赘述。

2．镇流器的选用

光源选用时,应考虑镇流器的功率损耗。镇流器是高耗能器件，规定能效值是镇流器节能的重要一环。表3列出了管型荧光灯镇流器的能效限定值，更多的能效限定值指标见规范，能效限定值是必须达到的最低限值，属强制性标准。尽量选用电子镇流器，其主要优点有无频闪、发光稳定、启点可靠、低功耗、功率因数高（≥）、噪声低、可以调光。但功率不大于25W的荧光灯，如自镇流荧光灯（紧凑型）镇流器选用，这种灯系自带镇流器，又以小功率(＜25W）灯居多，由于标准对25W以下产品的谐波限值很宽（规定3次谐波不超86%，5次谐波不超61%），选用时务必注意，当大量使用时，必将对中性线产生很大危害。另外当功率大于250W时使用电子镇流器并不一定节能。

表3 管型荧光灯镇流器的能效限定值

3. 灯具的选型

灯具的分类有很多种，我们只考虑对设计有较大作用的几种常规分类。

（1）按配光进行分类：可分为直接照明；半直接照明；漫射式照明（直接--间接）；半间接照明；间接照明5种。我们应该非常清楚5种灯具的配光曲线极其适用范围。直接照明灯具又分为5类：特狭型；狭照型（深照型）；中照型（余弦配光型）；广照型；特广照型，见表4：

表4 灯具配光分类

1/2照度角——将灯轴垂直，灯下水平面上某点，如其水平照度为灯轴直下方照度的1/2时，则此点和光中心的连线与灯轴线所形成的夹角即为1/2照度角。对一般照明最重要的是照度分布要均匀，如使灯下方的1/2照度角与相邻灯的1/2照度点重合，既可满足照度均匀的要求。从节能的角度出发，在保证光质的条件下尽量选用开启式灯具。

（2）按光束角分类：这主要适合于投光灯。投光灯光强分布采用V-H系统。光束角是这样定义的：在V=0o或（和）在H=0o的截面内，光强为峰值光强1/10的光束的夹角。灯具在水平方向和垂直方向上的光束角有可能不同。

（3）按截光性能分类：这主要针对路灯而言，根据路灯灯具对水平光是否有限制分为截光型、半截光型和非截光型三种。

三、照度计算及功率密度的控制

照度计算有很多种方法，为了既简化设计人员的工作量又满足国家对功率密度值的强制性要求，特对照度计算进行了一定的分析研究，并介绍2种常用的平均照度的简化计算方法。

1. 利用系数法

利用系数法用于计算平均照度，也是设计中用得最多的一种计算方法，适用于灯具均匀布置、墙和天棚反射系数较高、空间无大型设备遮挡的室内一般照明，如果取有效顶棚反射比及墙面反射比均为零的利用系数，也适用于灯具均匀布置的室外照明。该法计算结果比较准确，且计算准确性在于利用系数的确定。

利用系数的选取除与照明器的光强分布有关外，还与房间形状、室内装修标准等有关。一般情况下，影响利用系数的主要因素是照明器的直射光通。当房间高度变化时，反射光通的变化并不大。矮而宽的房间RCR值较低，多数直射光落在工作面上，利用系数较高；高而窄的RCR值较高，也即宽而矮的房间应选用宽配光照明器，高而窄的房间选用窄配光照明器。

室空间比RCR=5hRC（L+W）/LW

顶棚空间比CCR=5hCC（L+W）/LW=RCR* hCC/ hRC

地板空间比FCR=5hFC（L+W）/LW=RCR* hFC/ hRC

L：房间长度，m；W：房间宽度，m；hRC、hCC、hFC：室内各个空间的高度，m 。

表5 灯具配光选择

根据照明场合，大致选定灯具形式后，即可进行平均照度计算及灯具数量计算。

照度计算公式E=Φ?N?u?M/A

则N=E?A/Φ?u?M

E：所需平均照度（lx）；N：所需灯具数（个）；u：照明器利用系数；A：房间面积（m2）；Φ：光源的总光通量（lm）；M：维护系数。

维护系数综合考虑了光衰及环境污染的影响，可按下表选取：

表6 维护系数M

注：括弧内数值用于反射光很少的场所。

下表是办公室照明设计的常用数据：

表7 常用办公室室空间比及室形指数RCR/RI

利用系数u的选取可以通过查表求得。《照明设计手册（第二版）》中有最新常用灯具的利用系数表，查表时可以采用内插法计算。以下举例说明：

房间尺寸：，桌面高度，墙面反射系数取50%,顶棚反射系数取70%,地面反射系数取20%，要求照度300lx。进行灯具设计布置。

先进行室形系数的计算或查表7：RCR=,RI=

（1）如果选2管三基色36WT8灯，型号为：TBS168/236，查《照明设计手册（第二版）》表4-14，并进行插值计算：u=+（）x（）/（）=，则：灯具数量：N=取4套。

照度值：E=（三基色荧光灯）

功率密度值：LPD=4x2（36+6）/=m2（考虑上镇流器消耗功率）

（2）选2管28WT5灯，其余参数不变，则：

灯具数量：N= 取6套。

照度值：E=

功率密度值：LPD=6x2（28+4）/=m2

可见，T5、T8灯均已达到规范要求的现行值或目标值，如果用T8普通荧光灯，会怎样呢假设取3管T8普通荧光灯，其它条件均不变，计算如下：

灯具数量：N= 取4套。

照度值：E=（普通荧光灯）

功率密度值：LPD=4x3（36+6）/=m2

可见，T8普通荧光灯达到规范要求的现行值会有一些困难，设计中应尽量不选用。

通过以上的分析比较，只要正确的进行光源、灯具的选型，规范要求的功率密度值完全可以达到。

2. 万能固有利用系数——利用系数简化计算法

利用系数一般应由灯具制造厂提供，或从手册中查得。在缺乏资料或不要求精确计算时，可利用万能固有利用系数表，近似求得：

u=u0η⑴

u0——万能固有利用系数

η——照明器的效率

万能固有利用系数表根据5种灯具配光分类及其不同的配光曲线、RCR、ρw、ρcc、ρFC等参数列出了不同的u0再根据⑴式求得利用系数。详见参考文献[1]。此法计算存在的问题是计算误差可能会不满足规范要求的±10%范围。

四、结论

照度计算是为了更好地按照规范要求，进行功率密度的控制，达到满足使用要求下的节能要求。特殊空间照明设计时应进行必要的照度计算。

1. 对于普通办公室的照明设计如选用T5型带镜面反射罩的直接照明灯具，u可取~，如选用T8型带罩直接照明灯具，u建议取~。

2. 其他用途的民用建筑，设计中尽量选用高光效节能灯具，并进行一定的计算和验算。

3. 如果设计中不进行灯具选型设计，这也是照明设计中的惯用做法，那么，就可以回避利用系数的选取困难，此时应根据不同的使用功能指定灯具和光源的各项主要指标，比如，光源的光效（直管荧光灯≥90lm/W）、显色指数、必要时还要指定色温，灯具的效率、利用系数、镇流器效能指标、类形、谐波含量限值、功率因数等等，以保证所购灯具既能满足使用要求，又能满足国家节能规范要求。表8列出了设计中碰到最多的办公室照明设计灯具选用情况：

表8 办公室常用灯具（光源）限值选用表

4. 其它

还有几个需要在设计中注意的问题：

（1）饭店宾馆的双标房床头灯用什么光源因为要调光，选用白炽灯较多，各设计院做法也较多，有设计

院就采用紧凑型荧光灯，并配调光设备，但对照照明设计规范稍加分析就可以发现，对客房的功率密度目标值和现行值分别是13/15W/m2，而13 W/m2的值对20 m2的客房来说，电功率可达到260W，而按常规选用25W或40W白炽灯完全符合规范要求，没必要画蛇添足，而且还增加很多谐波。

（2）商场局部照明优先选用白炽灯或冷光灯符合照明规范吗这是要慎重考虑的问题。因为对与办公同样的照度值，所要求的功率密度值只增加了1 W/m2，如果不仔细认真的计算和选型是极可能违反强标的。但规范又开了一个比较大的口子，即装饰性灯具总功率可按一半计入，设有重点照明的商店营业厅，可按规定增加5 W/m2。

（3）紧凑型荧光灯的大量使用是否妥当这主要是因为功率不大于25W的荧光灯谐波含量大，由于

标准对25W以下产品的谐波限值很宽（规定3次谐波不超86%，5次谐波不超61%），当大量使用时，必需对中性线进行校核，建议尽量避免这样的设计。

（4）设计中应注意的还有所设计场所或房间有多列灯具时，应按灯列与侧窗平行的原则控制；电教室、会议室、多功能厅等场所应按靠近或远离讲台分组控制，如果是环形布置，则应按内外环分组控制；培训楼的教室，由于其培训方式的多样化，灯具的分组控制方式应充分考虑可能的使用情况进行组合设计，最大限度地进行节能控制设计。

（5）关于灯具的接地要求，设计规范缺乏明确规定，有的规范规定灯具离地面高度小于时应接地。实际上绝大多数灯具都没有接地。灯具的接地要求，应按灯具产品防触电分类来确定。按国标的分类，和IEC60598-1∶2003最新标准取消O类灯具后，只有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类灯具的新规定，其接地要求如下：

①Ⅰ类灯具的外露导电部分应接地：这是Ⅰ类灯具的附加安全措施要求所决定的；如果不作接地，就等于退回到O类灯具，安全无有效保证。

②Ⅱ类灯具不需要接地：因为他的附加安全措施不是靠接地，而是靠双层绝缘或加强绝缘来保证。

③Ⅲ类灯具不允许接地：因为他是用安全超低电压（SELV），低电压应使用隔离变压器与高电压隔离，并不应接地。在新修订的国标实施后，从立法上取消了O类灯具；而实际应用的灯具，大多数是Ⅰ类，所以应作接地。

案例：

某厂房的尺寸为:宽X长X高=20mx50mx8m，顶棚反射比ρC=70%，墙面反射比ρW=50%，地板反射比ρf=20%，采用150W金属卤化物灯宽光束块板面照明灯具，光源光通量10809lm，灯具效率%，现要求室内地面平均照度为100lx，试求室内布灯数

第一步:求室形指数RI=W* L/H*(W L)，代入W=20m，L=50m，H=8m，得出RI=。照明灯具为宽配光金卤灯，属于中照型灯具，距高比S/h<，查表1得出单位容量光通量最接近数值φ0=。据灯具效率及各反射比可知修正系数C1，C2均为1。

第二步:要求照度标准E=100 lx，厂房面积A=1000m2。

第三步:光通量φ为10809lm，代入公式计算出灯具数量为N=E*A*φ0*C1*C2/φ=<个>。

利用系数法首先要计算室空比、顶空比及地空比，再计算顶棚、墙面、地板有效反射比，确定利用系数加上维护系数。此法计算准确度虽较高，但步骤很繁琐，除非用计算机编程辅助计算，否则工作量很大。而单位容量法的计算结果与采用利用系数法结果(25个)相当接近，但计算步骤要简便许多。在实际设计中常常是灯具并不确定，需要不断计算调整型号及位置以达到满意的效果，此法手工计算花费时间较短，因此在实际中有较广泛的运用

单位容量法快速计算照度

单位容量法适用于均匀的一般照明计算,它主要计算每单位被照面积所需的灯具安装功率: W=P/S P-全部灯具安装功率,瓦; S-被照面积,米2

或直接计算灯具数量N=E*A*φ0*C1*C2/φ,单位容量W决定于下列各种因素:需求照度E,房间面积A,单位面积每LX光通量φ0,修正系数C1、C2,照明灯具光通量Φ。

我们给出一套速查表格以便使用。表格相关说明如下:

1.室形指数RI=W* L/H*(W+L) W-房间宽; L-房间长, H-灯具至工作面高度,并据此室形指数结合灯具配光类型查表得出φ0。见附表1。

2.室内顶棚、墙面及地面的反射系数分别为ρC、ρW、ρf,根据实际环境不同可加系数C1修正。见附表2。

3.各灯具效率不同,可加系数C2修正。见附表3。

附表1

室形指数 RI 直接型配光灯具半直接型配光灯具均匀漫射配光灯具半间接型配光灯具间接型配光灯具

S< S<

附注:S为灯具间距,h为灯具安装高度

直接型照明器允许距高比分类

分类名称距高比s/h

特狭照型S/h≤

狭照型(深照型,集照型)

中照型(扩散型,余弦型)

广照型

特广照型

附表2

ρC

ρW

ρf

C1 1

附表3

灯具效率

C2 1

通过以上表格能进行计算的第一步:查出φ0, C1, C2,第二步代入所需照度E及房间面积A,第三步选择合适的光源及其光通量。最后得出布灯数量。

单位容量计算法设计实例

某厂房的尺寸为:宽X长X高=20mx50mx8m,顶棚反射比ρC=70%,墙面反射比ρW=50%,地板反射比ρf=20%,采用150W金属卤化物灯宽光束块板面照明灯具,光源光通量10809lm,灯具效率%,现要求室内地面平均照度为100lx,试求室内布灯数？

第一步:求室形指数RI=W* L/H*(W+L),代入W=20m,L=50m,H=8m,得出RI=。照明灯具为宽配光金卤灯,属于中照型灯具,距高比S/h<,查表1得出单位容量光通量最接近数值φ0=。据灯具效率及各反射比可知修正系数C1,C2均为1。

第二步:要求照度标准E=100 lx,厂房面积A=1000m2。

第三步:光通量φ为10809lm,代入公式计算出灯具数量为N=E*A*φ0*C1*C2/φ=<个>。

利用系数法首先要计算室空比、顶空比及地空比,再计算顶棚、墙面、地板有效反射比,确定利用系数加上维

护系数。此法计算准确度虽较高,但步骤很繁琐,除非用计算机编程辅助计算,否则工作量很大。而单位容量法的计算结果与采用利用系数法结果(25个)相当接近,但计算步骤要简便许多。在实际设计中常常是灯具并不确定,需要不断计算调整型号及位置以达到满意的效果,此法手工计算花费时间较短,因此在实际中有较广泛的运用前景。