照度（Eav） 、照明功率密度（LPD）简易计算法

胥正祥（中国建筑设计研究院，北京 100044）

1 引言

节约能源与保护环境是当今世界各国政府普遍关注的重大问题，它关系到人类社会经济的可持续发展，而照明节能在节约能源中有重要地位和举足轻重的作用。在当前我国对建筑节能要求越来越高的发展趋势下，建筑的照明节能就显得尤为重要。

目前图纸审查单位，对施工图纸审查时，要求在照明设计中，根据工程性质，按照GB50034-2004《建筑照明设计标准》中的有关规定，确定主要房间及场所的标准照度值和功率密度值进行计算，将计算结果列表。为此，本文就照明光源、附件以及最基本的利用系数法计算平均照度，演变成简易计算法进行介绍。

2 照明器具

2.1 荧光灯

荧光灯是应用最广泛、用量最大的气体放电光源。它具有结构简单、光效高（90lm/W～109lm/W）、发光柔和显色性好（Ra为82～95）、寿命长（1.2万h～4.6万h）等优点。荧光灯的发光效率是白炽灯的4～5倍，寿命是白炽灯的3～8倍，是高效节能光源,已成为机关、学校、图书馆、科研院校、写字楼等办公场所的主要光源。

荧光灯按其阴极工作型式可分为热阴极和冷阴极两类。绝大多数普通照明荧光灯是热阴极型；冷阴极型荧光灯多为装饰照明用。

荧光灯按其外形又可分为双端荧光灯和单端荧光灯。双端荧光灯绝大多数是直管形，两端各有一个灯头；单端荧光灯外形众多，如H形、U形、双U形、环形、球形、螺旋形等，灯头均在一端。

根据灯管的直径不同，预热式直管荧光灯有T12、T8、T6、T5等几种。荧光灯的T是指管径，T为1/8英寸，即1英分，合3.175mm。因此T12荧光灯的标准管径为Φ38mm, T8荧光灯的标准管径为Φ26mm, T6荧光灯的标准管径为Φ19mm, T5荧光灯的标准管径为Φ16mm。T12灯、T8灯可配电感式或高频电子镇流器；T6灯、T5灯采用电子镇流器。推荐灯管：T8,T5,荧光灯管技术参数见表1。

表1 荧光灯管技术参数

2.2 镇流器

气体放电灯的镇流器主要分两大类，电感镇流器和电子镇流器，电感式镇流器包括普通型和节能型。荧光灯用的交流镇流器包括可控式电子镇流器和应急照明用交流/直流电子镇流器。

直管荧光灯镇流器的选用：依GB50034-2004《建筑照明设计标准》规定：“直管荧光灯应配电子镇流器或节能型电感镇流器”。不应选用普通电感镇流器。

电子镇流器的应用：适用于连续紧张作业场所、视觉条件要求高、特别安静的场所，如：设计、教室、阅览、病房、诊室等。在需要调光的场所设置三基色荧光灯配可调光数字式镇流器。

应采取有效措施限制小于25W（包括T8、T5灯管和紧凑型荧光灯）镇流器的谐波含量。25W以下灯管的谐波限制非常宽松，在建筑物内大量应用，将导致严重的波形畸变、中性线电流过大以及功率因数降低的不良后果。

节能型电感镇流器的应用：通过优化铁芯材料和改进工艺等措施，降低自身功耗，一般可降低20%～50%，灯具总的功率之和可降5%～10%。

灯具补偿：由于电感镇流器自然功率因数低，要考虑单灯末端补偿措施。包括单灯补偿或线路集中补偿等方式。

表2 荧光灯镇流器性能对比

3 照度、照明功率密度的计算

3.1 照度计算

照明设计时，应逐个房间或场所按使用条件确定照度标准，选择光源、灯具、镇流器类型、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%的规定。最常用，也是最基本的利用系统法计算平均照度计算公式如下：

式中：

Eav— 工作面上的平均照度（lx）；

φ — 光源光通量（lm）；

N — 光源数量 ；

U — 利用系数，其值见厂商样本资料，一般取0.4～0.6；也可参照民用建筑不同功能房间和常用灯具对应的值（利用系数），见表3；

K — 灯具的维护系数，其值见《建筑照明设计标准》GB50034-2004，表4.1.6 ；

A — 房间面积（m2）。

表3 民用建筑不同功能房间和常用灯具对应的值（利用系数）

公式（1）是当布置了灯具后，计算房间的照度。但开始时往往是需要确定房间中究竟需要多少个灯具，可以采用公式（2）进行计算。

对于房间中灯具数量的确定，经常会遇到在公式（2）计算的基础上再作适当的调整。例如计算出来某房间要布置11个灯具，具体布置时，无论横竖怎么布置，总是无法使其有一定规律，因此可能要调整为12个灯具。当进行适当调整后，就与原来所计算的结果不相同，为此需要再利用公式（1）进行验算，看其照度值是多少，是否超出规定照度值的±10%。上述是指手工计算的方式。

在日常的设计中，一般是采用计算机软件进行计算。目前市场上计算机软件主要有两大类：一类是通常用来绘图的计算机软件，主要有博超、浩辰、天正等软件公司的计算软件；另一类是专业照明灯具厂商的计算软件。前者通用性较强，而后者主要是厂商根据自己的产品进行计算，尤其是在大型公共建筑照明空间计算时显得更为突出，如体育场馆的照明计算、立面照明的照度计算、眩光值计算、等照度曲线绘制等。

3.2 照明功率密度（LPD）的计算

《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定6.1.1条居住建筑、6.1.2条办公建筑、6.1.3条商业建筑、6.1.4条旅馆建筑、6.1.5条医院建筑、6.1.6条学校建筑、6.1.7条工业建筑为强制性条文。

照明功率密度（LPD），是指单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器），单位为W/m2。

LPD限制是规定一个房间或场所的照明功率密度最大允许值，设计中实际计算的LPD值不应超过标准规定值，计算式如下：

式中：

P — 单个光源的输入功率（含配套镇流器或变压器功耗）（W）；

PL — 单个光源的额定功率（W）；

PB — 光源配套镇流器或变压器的功耗（W）；

A — 房间或场所面积（m2）。

光源的光效ηs(含镇流器)为：

从（5）式可知，要降低LPD值应采取以下措施：

·提高光源的光效ηs，包括降低镇流器功耗；

·提高利用系数U，就是要选用效率高的灯具，以及与房间室形相适应的灯具配光，并注意合理提高房间顶棚、墙壁的反射比；

·合理确定照度标准值，设计中，计算照度应尽量控制在标准范围内，并使计算照度偏差不超过标准值±10%。

只要精心设计，优化设计方案，定能实现规定的LPD指标，从而达到节能的目的。有的设计人员没有按照设计的先后顺序，而是图省事，即不作照度计算，而是将规定的LPD值（现行值）当作单位面积安装功率，用倒推法算出光源的数量，这是不对的。如普通办公室标准规定的LPD现行值为11W/m2，若取小于此值如9 W/m2，然而倒推到房间的总功率，倒推到所需的灯具数量，永远也不会违反强制性条文，布置省时省力，但由于没有对照度进行详细计算，虽然符合LPD值，但却不知道照度是多少。有两种极端情况出现：一是选用的光源等器材效率低，照度达不到标准，因没有采用高光效的光源、高效率的灯具和附件，该房间的实际计算照度可能只有200lx。从表面上看是不违反强制性条文，但是如果把它换算到照度标准300lx时，该房间的LPD值为13.5 W/m2，超过现行值11W/m2，实际上它是违反了强制性条文了。

另一种情况是，选用了高效光源及附件，如果用倒推法取用的LPD值接近于现行值，则房间的实际计算照度要比标准值大得多，如普通办公室的实际照度将达到近500lx，大大超过了标准值300lx，造成电能消耗。

LPD值指标只是规定了一个最高的现行值，并非要大家用足LPD现行值，而是在达到相同的标准值，要求设计人员在相似的照明质量的前提下，力求使LPD值的指标越低越好，这才是节能的本意。

4 照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法

照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算，是将常规的利用系数法计算平均照度繁琐的过程简化。为便于计算，将光通量Φ、利用系数U、维护系数K统一成有效光通量F=Φ·U·K列入表中； 将光效ηs、利用系数U、维护系数K,统一以模糊系数M=ηs·U ·K 列入表中。如果知道属于那类建筑的房间、建筑面积，查出标准照度值和功率密度值，拟选用光源的功率、光通量，即可由简易计算表中查出有效光通量F和模糊系数M值，通过简易计算法可算出光源数量、照度、照明功率密度值。照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法见表4。

表4 照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法表

注：

1）光源光效（含镇流器）为ηs=φ/P，其中P为光源功率加电子镇流器以4W计。

2）有效光通量F=φ·U·K；模糊系数M=ηs·U·K。

3）利用系数法计算平均照度公式Eav=φ·N·U·K/A=N·F/A，计算照度偏差不超过10%。

4）求灯数量N＝E·F/A；求照明功率密度LPD=Eav/M；其中：

Eav——照度计算值；E——规范标准照度值。

5）办公、学校类——包括办公、会议室、文档、阅览、教室、实验室、控制室等。

6）医疗、候车厅类——包括治疗室、诊室、病房、候车室等。

7）商业、售票厅、走道类——包括商店营业厅、候车室、影剧院、体育馆、公共走道等。

8）上表是按格栅荧光灯，校正系数K=1.0，当采用不用灯具类型时，应乘以校正系数K。

表5 不同灯具类型的校正系数K

电子节能灯系列参数见表6；电子节能灯照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法见表7。

表6 电子节能灯系列技术参数

102700/4300/6400 >83500 12134.4578 Φ12132700/4300/6400 >83650 14134.4598 Φ12182700/4300/6400 >831100 15734.45114 Φ12（2针） 262700/4300/6400 >831500174.634.45131 Φ12102700/4300/6400 >83550 12134.4578 Φ12132700/4300/6400 >83800 14134.4598 Φ12182700/4300/6400 >83980 15734.45114 Φ12（4针） 262700/4300/6400 >831500174.634.45131 Φ12362700/4300/6400 >832100 410 43.7380 Φ17402700/4300/6400 >832510 535 43.7505 Φ17（H型）管径(mm) 环管外径(mm)22 6500 >821250 Φ16 Φ11828 6500 >821750 Φ16 Φ11832 6500 >822000 Φ16 Φ11840 6500 >822650 Φ16 Φ118插拔式节能灯插拔式节能灯T5三基色环型荧光灯插拔式节能灯国产

注：

1）电子节能灯性能：节能灯管采用三基色荧光粉，发光效率高、亮度有保证，寿命长，节能灯工作时无交流噪声。无频闪现象，保护视力。三次谐波含量低、对电网及其它用电设备无干扰。

2）色温2700K可用在卧室及商场的蔬菜、食品、首饰、冬季服装的照明、营造温馨氛围，最大限度地表现新鲜诱人的色泽；

3)色温6400K适用于公共场所的办公室、会议室、大厅、走道等场所，营造宁静、清新的氛围；

4)色温4300K可广泛用于各种场所，营造自然舒适的环境。

表7 电子节能灯照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法

注：

1） 电子节能灯照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法中，有效光通量F=Ф·U·K，模糊系数M=ηs·U·K仍与前述做法相同，求Eav、N、LPD的方法也与前述相同。

2） 办公、学校类—包括办公、会议室、教室、文档、阅览等，采用筒灯。利用系数U取0.6；维护系数取0.8。

3） 医疗、候车厅类—包括治疗室、诊室、病房、候车室等，采用吸顶灯。利用系数U取0.5；维护系数取0.8。

4） 商业、售票厅、走道类—包括商店、超市、展厅、专卖店、走道等，采用悬挂灯及筒灯。利用系数U取0.55；维护系数取0.7。

5） T5三基色环型荧光灯—适用于卧室、客厅、阳台、楼道等。利用系数U取0.6；维护系数取0.8。

5 简易计算法应用举例

1）一普通办公室，长9m，宽5m，建筑面积为45m2，拟选用9根T8型36W直管型荧光灯（带格栅荧光灯具，效率为60%），光通量为3350lm，均配电子 镇 流 器，功 耗 为4W，U 取0.59，K 取0.8， ηs=3350/(36+4)=83.75，计算平均照度和LPD值。

按普通办公室照度标准为300lx，经上述计算结果为316lx，符合计算照度偏差10%的规定，满足要求。计算LPD值为8≤11，满足现行值要求。

如果上述教室条件不变，选用光通量为2750lm（国产），结果如何？

ηs=2750/(36+4)=68.75，计算平均照度和LPD值。

Eav=φ.U.K/A=9×2750×0.59×0.8/45=3259.6Lx

LPD=Eav/(ηs.U.K)=259.6/(68.75×0.59×0.8)=8

经上述计算，平均照度为259.6lx，不符合照度偏差规定，LPD值为8，满足现行值要求。

2）若上述教室条件不变，按照度、照明功率密度简易计算法，结果如何？

取表中光源功率为36W，光通量为3350lm，按照办公、学校类，表4查出F为1581，M为39.53，

经计算照度满足偏差10%规定；LPD值满足现行值要求。

同理，取表中光源功率为36W，光通量为2750lm，按办公、学校类，表4查出F为1298，M为32.452，

则Eav=N.F/A=9×1298/45=259.6lx；。

LPD=Eav/M=259.6/38.452=8。

3）普通中学的门厅、长7.2m、宽4m，面积为28.8m2。标准照度为200lx,拟选用18W螺旋管电子节能灯，灯具为筒灯。试计算灯具数量、照度和LPD值。查表6，螺旋管电子节能灯18W，Ф为980lm；查表7，螺旋管电子节能灯18W，ηs为54.444。

N=E·A/(Ф·U·K)=200×28.8/(980×0.6×0.8)=12.24灯具数目取12。

Eav=Ф ·N ·U ·K/A=980×12×0.6×0.8/28.8=196lx

LPD=Eav/(ηs·U ·K)=196/(54.444×0.6×0.8)=7.5

计算平均照度为196lx，符合计算照度偏差10%的规定，满足要求。计算LPD值为7.5，满足现行值要求。

4）若上述条件不变，按照度、照明功率密度简易计算法，结果如何？

螺旋管电子节能灯18W，按表7办公、学校类，查出F为470.4；M为26.133。

N=E ·A/F=200×28.8/470.4=12.24. 灯具数目取12

Eav=N ·F/A=12×470.4/28.8=196 lx。

LPD=Eav/M=196/26.133=7.5

计算照度、LPD值与上述相同。

5）某酒店走廊，长20m、宽1.8m，面积为36m2。标准照度为50lx，拟选用13W插拔式节能灯（4针），灯具为筒灯。试计算灯具数量、照度和LPD值。查表5，插拔式节能灯（4针）13W中，Ф为800lm；查表7，插拔式节能灯（4针）13W，ηs为61.538。

N=E·A/（Ф·U·K）=50×36/(800×0.55×0.7)=5.84灯具数目取6。

Eav=Ф ·N ·U ·K/A=800×6×0.55×0.7/36=51.3lx

LPD=Eav/（ηs·U·K）=51.3/(61.538×0.55×0.7)=2.16

计算平均照度为51.3Lx，符合计算照度偏差10%的规定，满足要求。计算LPD值为2.16，满足现行值要求。

6）若上述条件不变，按照度，照明功率密度简易计算法，结果如何？

插拔式节能灯13W，按表7商业、售票厅、走道类，查出F为308；M为23.692。

N=E ·A/F=50×36/308=5.84.取6 只灯。

Eav=N ·F/A=6×308/36=51.3lx

LPD=Eav/M=51.3/23.692=2.16

计算照度、LPD值与上述相同。

经计算照度不符合偏差规定；LPD值满足现行值要求。

6 结论

通过采用本文介绍的简易计算法对上述实例进行计算的结果可以看出，照度（Eav）、照明功率密度（LPD）简易计算法省去了繁杂的计算，查表方便、简便易懂、计算简单、节省设计时间。