如何提高漫反射條件下的照明效果

李延明 / 馮 鑫 / 潘 煜(中國(guó)航天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100071)

如何提高漫反射條件下的照明效果

李延明 / 馮 鑫 / 潘 煜
(中國(guó)航天建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100071)

以某會(huì)議廳的照明改造工程為例，分析了導(dǎo)致照明功能性照度不足的原因，介紹了在光源、安裝方式等各方面進(jìn)行的改善措施及最終改造成果。

漫反射 照明效果 照度

1 項(xiàng)目概況

待改造項(xiàng)目為會(huì)議廳，平面布局如圖1所示，長(zhǎng)35m、寬35m，廳內(nèi)面積1 225m2，頂棚高度最低5.3m。在會(huì)議模式下，吊頂內(nèi)的10環(huán)氛圍照明燈槽與位于中間3環(huán)的射燈共同開(kāi)啟。處于外圍的7環(huán)吊頂僅用于氛圍照明的燈槽，每環(huán)的燈槽設(shè)置不連續(xù)，由中心向周邊按水平角每12°斷開(kāi)(會(huì)議廳吊頂平面示意圖見(jiàn)圖1)。原有光源為36W熒光燈管，燈管水平放置在吊頂燈槽底部，燈槽內(nèi)部高度為300mm，寬度為400mm，立擋板高度為80mm，會(huì)議模式下照度明顯不均勻。會(huì)議廳中心部分區(qū)域照度值為300～450lx，可以滿(mǎn)足照明照度要求，而占會(huì)議廳絕大部分的氛圍照明區(qū)域的照度值平均僅有50lx，雖然會(huì)議廳的吊頂造型時(shí)尚前衛(wèi)，但這種照度下參會(huì)人員不能進(jìn)行正常的讀寫(xiě)工作。

圖1 會(huì)議廳吊頂平面示意圖

2 原因分析

筆者通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的調(diào)查，深入分析了現(xiàn)場(chǎng)照度不足的原因，現(xiàn)歸納為以下幾個(gè)方面。

2.1設(shè)計(jì)缺陷

現(xiàn)有照明使用的光源是熒光燈管，熒光燈安裝在燈槽內(nèi)(如圖2)，光線從光源傳播至工作桌面的路徑有兩個(gè)，第一個(gè)路徑為光源直射至吊頂B區(qū)域，漫反射至?xí)h桌面；第二個(gè)路徑是光源直射至吊頂A區(qū)域，漫反射至吊頂B區(qū)域，再由B區(qū)域漫反射至?xí)h桌面，在多次的漫反射影響下光損非常嚴(yán)重。

圖2 會(huì)議廳邊緣吊頂剖面示意圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，吊頂內(nèi)的光源總光通量達(dá)到了1.8×106lm，理論上可以滿(mǎn)足本空間內(nèi)的照度要求，但是由于設(shè)計(jì)中棚內(nèi)大部分區(qū)域都是燈槽氛圍照明，下部的桌面沒(méi)有光線直射，導(dǎo)致實(shí)際桌面照度還達(dá)不到直射光源條件下計(jì)算照度的10%。

2.2光衰問(wèn)題

現(xiàn)有燈具使用年限略長(zhǎng)，燈具光通量衰減明顯。用照度計(jì)實(shí)測(cè)使用中的燈管與相同參數(shù)下的新燈管的發(fā)光情況，前者的平均光衰達(dá)到了20%以上。

2.3施工因素

在施工過(guò)程中，燈管在吊頂內(nèi)安裝位置隨意，沒(méi)有固定措施；個(gè)別燈具甚至反向放置，照明朝向燈槽底板，導(dǎo)致燈槽內(nèi)部沒(méi)有充足的光線。

2.4其他因素

首先吊頂涂料粗糙，表面附著一層灰塵，色澤灰暗，不利于光線的反射傳播；其次燈具維護(hù)情況不好，部分燈具損壞無(wú)法點(diǎn)亮，粗略統(tǒng)計(jì)損壞率達(dá)到8%，燈具表面灰塵覆蓋嚴(yán)重，在一定程度上影響了光源光線的傳播。

3 改造方案

對(duì)于改善照明效果，首先想到的是增加直射地面的光源，即在吊頂上增加直接向地面投光的射燈，這種改造簡(jiǎn)單直接、效果最好。但是現(xiàn)場(chǎng)需改造區(qū)域的每片吊頂均為扇狀，雖然每環(huán)上的每片吊頂大小一致，但由于不同環(huán)上的吊頂邊長(zhǎng)及面積不同，均布向下照明的射燈會(huì)影響整體吊頂裝飾效果(見(jiàn)圖1)，因此在吊頂內(nèi)安裝射燈的思路是行不通的。

另外一個(gè)方案是增加吊頂內(nèi)光源總量，但該方案受到線路負(fù)載限制，經(jīng)重新計(jì)算可知，9個(gè)回路中個(gè)別回路僅允許增加0.45kW的負(fù)載。由于吊頂與樓板間距離過(guò)小，且吊頂為不可上人形式，重新布線在施工時(shí)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，如果采用大面積腳手架布線，不但造價(jià)升高，而且影響地面已經(jīng)鋪設(shè)好的地毯，使成品保護(hù)難度加大。

受以上兩方面制約，筆者所在團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多方面考慮，最終形成如下新方案。

3.1更換光源

針對(duì)光衰問(wèn)題，更換光源無(wú)疑是改善照明效果的最佳選擇?，F(xiàn)在市面通用的燈槽光源分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是原吊頂內(nèi)正在使用的燈管類(lèi)光源，另一類(lèi)是隨著LED光源發(fā)展興起的照明燈帶，后者帶雖然是新興產(chǎn)品，且在氛圍照明中大量使用，但是其總發(fā)光量與燈管仍然存在很大差距，按長(zhǎng)度折算光通量?jī)H為同發(fā)光材質(zhì)燈管的20%。因此替換光源只能在燈管類(lèi)光源中進(jìn)行選擇。

燈管類(lèi)光源目前也分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是優(yōu)質(zhì)的三基色熒光燈管，即現(xiàn)場(chǎng)正在使用的光源；另一類(lèi)是LED燈管，其發(fā)光效率是熒光燈的120%以上。根據(jù)上述分析可知，更換光源方案選擇22W T8 LED燈管,燈管數(shù)量增加一倍，即原來(lái)每個(gè)燈位處的一根36W熒光燈用2支22W LED燈管替換。

在實(shí)施燈具替換措施前，筆者實(shí)測(cè)了這兩種燈管的發(fā)光情況，2支22W LED燈管總光通量比一支36W三基色燈管高出49%，功耗僅高出了22%。經(jīng)重新計(jì)算，9個(gè)回路均可以在不重新布線的情況下滿(mǎn)足負(fù)荷要求。

3.2改善漫反射條件限制

3.2.1 增加光源高度

更換光源是改善照明條件的第一選擇，在前文提到燈槽內(nèi)的光源總光通量達(dá)到了1.8×106lm，但是經(jīng)過(guò)漫反射后地面照度僅有50lx，可見(jiàn)單一改善光源并不能解決問(wèn)題，如何讓燈槽里面的光線盡可能多地反射到地面上來(lái)才是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。因此必須提高光源的高度，讓光線無(wú)障礙地通過(guò)燈槽立擋板的遮擋，使光源的光盡可能地照射到廳內(nèi)。

1)計(jì)算

(2)

通過(guò)加設(shè)支架增加燈管的高度，光線直接進(jìn)入大廳內(nèi)空間，同時(shí)保證提升高度后的光源不能直接可視，應(yīng)滿(mǎn)足式(1)、(2)。

燈槽內(nèi)幾何構(gòu)造：支架與立擋板水平距離為50mm≤S≤400mm，光源高度為80mm≤H≤300mm，光源距離地面最小高度為5.3m，每個(gè)光源與人的水平距離為1.5～13.5m，人的目視高度1.4m。

在燈中心高度H=150mm的情況下，通過(guò)理論計(jì)算得出θ角為14.04°～68°，離會(huì)議廳門(mén)口最遠(yuǎn)的吊頂上的支架與立擋板的水平距離S=26mm，離會(huì)議廳門(mén)口最近的一個(gè)支架與立擋板的距離S=30mm?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最小距離在施工中無(wú)法實(shí)現(xiàn)，最終確定支架距離立擋板的水平距離為50～260mm，燈中心高度150mm。

2)對(duì)比試驗(yàn)

第1組實(shí)驗(yàn)：使用現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)燈槽內(nèi)現(xiàn)有的4支已經(jīng)發(fā)生光衰的36W熒光燈管，安裝位置不變，在點(diǎn)亮測(cè)試燈管時(shí)熄滅廳內(nèi)所有其他光源，測(cè)得最亮處桌面照度為5.3lx。

第2組實(shí)驗(yàn)：選用4支22W T8 2 400lm LED燈管，安裝位置及高度同第一組，在相同的測(cè)試條件下測(cè)得桌面最亮處照度為5.1lx。

第3組實(shí)驗(yàn)：將燈管安裝在支架上(圖3上部光源)，嚴(yán)格按設(shè)定高度及理論計(jì)算水平距離在現(xiàn)場(chǎng)安裝燈管，廳內(nèi)其他所有照明燈全部熄滅，測(cè)得桌面最大照度為25.6lx。筆者沿光源投光方向最遠(yuǎn)處走至光源正下方，沒(méi)有直射光線可視。

小結(jié)：增加光源高度可以做到光源不被直視，且大幅提高周邊照度。

3.2.2 增加反光亮條(鋁箔)控制光照角度

1)理論計(jì)算

控制光源直射角度，使光線不經(jīng)過(guò)A、B漫反射區(qū)而直射至?xí)h廳內(nèi)，減少光損失的同時(shí)提高光源的使用效率。利用公式(2)得出θ角最小值為14.04°，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，吊頂B區(qū)域的下垂角度為13°，故反光角度為13°<θ<14.04°。

圖3 燈管支架及反光條詳圖

2)對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)中使用同一支22W T8 2 400lm LED燈管，照度儀1個(gè)，試驗(yàn)為2組，第1組燈管增加鋁箔，第2組不增加鋁箔。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)第1組較第2組在特定的方向上照度增加20%，因此，增加鋁箔可以改善特定方向上的照明照度。

3.2.3 使用2支光源滿(mǎn)足氛圍照明效果

通過(guò)以上兩個(gè)試驗(yàn)可知，增加照明高度與增加反光條可以提高會(huì)議廳整體照度，但從實(shí)際效果來(lái)看，吊頂內(nèi)燈槽部分照明卻顯得過(guò)于暗淡，影響了氛圍照明效果，因此另外加設(shè)一支22W的LED燈管對(duì)燈槽進(jìn)行補(bǔ)光(圖3中下部的燈管)。這支燈管在為燈槽補(bǔ)光的同時(shí)，在一定程度上也可以改善地面照度。筆者采用圖4光源布置并做與3.2.1相同條件下的照明測(cè)試，其最大照度值為36.7lx。

通過(guò)以上分析及實(shí)驗(yàn)，表明按圖4所示改造方案可以使地面照度提高7倍以上，基本達(dá)到了會(huì)議照明要求(支架形式及安裝如圖3～4所示)。

圖4 會(huì)議廳吊頂改造剖面示意圖

4 改造效果

該方案在施工中執(zhí)行效果良好，筆者在會(huì)議廳內(nèi)隨機(jī)實(shí)測(cè)10點(diǎn)照度值，平均照度為345lx，完全滿(mǎn)足會(huì)議模式下的照明要求。由于改造的目的已經(jīng)達(dá)成，原定重新粉刷頂棚的計(jì)劃將不再實(shí)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

1)LED作為一種成熟的光源，目前其造價(jià)與傳統(tǒng)的熒光燈相差無(wú)幾，但是在節(jié)能方面已經(jīng)表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

2)在裝飾設(shè)計(jì)中，不能僅為了造型和氛圍照明效果而忽視了照明最基本的要求，設(shè)計(jì)必須以滿(mǎn)足使用功能為前提。

3)改造后地面的物理照度雖然達(dá)到了規(guī)范要求，可以正常進(jìn)行讀寫(xiě)工作，但是由于光線是從棚頂經(jīng)漫反射而來(lái)，與棚面的亮度反差仍然較大，視覺(jué)效果上與有直射光源地面的比較仍有差距。

HowtoImprovetheLightingEffectsunderDiffuseReflection

Li Yanming / Feng Xin / Pan Yu

Taking the lighting renovation project of a conference hall as an example, the reasons for the lack of illumination are analyzed， and the improvement measures and the final transformation achievements in light source and installation mode are introduced.

diffuse reflection, lighting effects, illumination