如何提高漫反射条件下的照明效果

李延明 / 冯 鑫 / 潘 煜(中国航天建设集团有限公司，北京 100071)

如何提高漫反射条件下的照明效果

李延明 / 冯 鑫 / 潘 煜
(中国航天建设集团有限公司，北京 100071)

以某会议厅的照明改造工程为例，分析了导致照明功能性照度不足的原因，介绍了在光源、安装方式等各方面进行的改善措施及最终改造成果。

漫反射 照明效果 照度

1 项目概况

待改造项目为会议厅，平面布局如图1所示，长35m、宽35m，厅内面积1 225m2，顶棚高度最低5.3m。在会议模式下，吊顶内的10环氛围照明灯槽与位于中间3环的射灯共同开启。处于外围的7环吊顶仅用于氛围照明的灯槽，每环的灯槽设置不连续，由中心向周边按水平角每12°断开(会议厅吊顶平面示意图见图1)。原有光源为36W荧光灯管，灯管水平放置在吊顶灯槽底部，灯槽内部高度为300mm，宽度为400mm，立挡板高度为80mm，会议模式下照度明显不均匀。会议厅中心部分区域照度值为300～450lx，可以满足照明照度要求，而占会议厅绝大部分的氛围照明区域的照度值平均仅有50lx，虽然会议厅的吊顶造型时尚前卫，但这种照度下参会人员不能进行正常的读写工作。

图1 会议厅吊顶平面示意图

2 原因分析

笔者通过对现场情况的调查，深入分析了现场照度不足的原因，现归纳为以下几个方面。

2.1设计缺陷

现有照明使用的光源是荧光灯管，荧光灯安装在灯槽内(如图2)，光线从光源传播至工作桌面的路径有两个，第一个路径为光源直射至吊顶B区域，漫反射至会议桌面；第二个路径是光源直射至吊顶A区域，漫反射至吊顶B区域，再由B区域漫反射至会议桌面，在多次的漫反射影响下光损非常严重。

图2 会议厅边缘吊顶剖面示意图

经过计算，吊顶内的光源总光通量达到了1.8×106lm，理论上可以满足本空间内的照度要求，但是由于设计中棚内大部分区域都是灯槽氛围照明，下部的桌面没有光线直射，导致实际桌面照度还达不到直射光源条件下计算照度的10%。

2.2光衰问题

现有灯具使用年限略长，灯具光通量衰减明显。用照度计实测使用中的灯管与相同参数下的新灯管的发光情况，前者的平均光衰达到了20%以上。

2.3施工因素

在施工过程中，灯管在吊顶内安装位置随意，没有固定措施；个别灯具甚至反向放置，照明朝向灯槽底板，导致灯槽内部没有充足的光线。

2.4其他因素

首先吊顶涂料粗糙，表面附着一层灰尘，色泽灰暗，不利于光线的反射传播；其次灯具维护情况不好，部分灯具损坏无法点亮，粗略统计损坏率达到8%，灯具表面灰尘覆盖严重，在一定程度上影响了光源光线的传播。

3 改造方案

对于改善照明效果，首先想到的是增加直射地面的光源，即在吊顶上增加直接向地面投光的射灯，这种改造简单直接、效果最好。但是现场需改造区域的每片吊顶均为扇状，虽然每环上的每片吊顶大小一致，但由于不同环上的吊顶边长及面积不同，均布向下照明的射灯会影响整体吊顶装饰效果(见图1)，因此在吊顶内安装射灯的思路是行不通的。

另外一个方案是增加吊顶内光源总量，但该方案受到线路负载限制，经重新计算可知，9个回路中个别回路仅允许增加0.45kW的负载。由于吊顶与楼板间距离过小，且吊顶为不可上人形式，重新布线在施工时存在一定的安全风险，如果采用大面积脚手架布线，不但造价升高，而且影响地面已经铺设好的地毯，使成品保护难度加大。

受以上两方面制约，笔者所在团队经过多方面考虑，最终形成如下新方案。

3.1更换光源

针对光衰问题，更换光源无疑是改善照明效果的最佳选择。现在市面通用的灯槽光源分为两大类，一类是原吊顶内正在使用的灯管类光源，另一类是随着LED光源发展兴起的照明灯带，后者带虽然是新兴产品，且在氛围照明中大量使用，但是其总发光量与灯管仍然存在很大差距，按长度折算光通量仅为同发光材质灯管的20%。因此替换光源只能在灯管类光源中进行选择。

灯管类光源目前也分为两大类，一类是优质的三基色荧光灯管，即现场正在使用的光源；另一类是LED灯管，其发光效率是荧光灯的120%以上。根据上述分析可知，更换光源方案选择22W T8 LED灯管,灯管数量增加一倍，即原来每个灯位处的一根36W荧光灯用2支22W LED灯管替换。

在实施灯具替换措施前，笔者实测了这两种灯管的发光情况，2支22W LED灯管总光通量比一支36W三基色灯管高出49%，功耗仅高出了22%。经重新计算，9个回路均可以在不重新布线的情况下满足负荷要求。

3.2改善漫反射条件限制

3.2.1 增加光源高度

更换光源是改善照明条件的第一选择，在前文提到灯槽内的光源总光通量达到了1.8×106lm，但是经过漫反射后地面照度仅有50lx，可见单一改善光源并不能解决问题，如何让灯槽里面的光线尽可能多地反射到地面上来才是解决问题的关键。因此必须提高光源的高度，让光线无障碍地通过灯槽立挡板的遮挡，使光源的光尽可能地照射到厅内。

1)计算

(2)

通过加设支架增加灯管的高度，光线直接进入大厅内空间，同时保证提升高度后的光源不能直接可视，应满足式(1)、(2)。

灯槽内几何构造：支架与立挡板水平距离为50mm≤S≤400mm，光源高度为80mm≤H≤300mm，光源距离地面最小高度为5.3m，每个光源与人的水平距离为1.5～13.5m，人的目视高度1.4m。

在灯中心高度H=150mm的情况下，通过理论计算得出θ角为14.04°～68°，离会议厅门口最远的吊顶上的支架与立挡板的水平距离S=26mm，离会议厅门口最近的一个支架与立挡板的距离S=30mm。考虑到现场实际情况，最小距离在施工中无法实现，最终确定支架距离立挡板的水平距离为50～260mm，灯中心高度150mm。

2)对比试验

第1组实验：使用现场两个灯槽内现有的4支已经发生光衰的36W荧光灯管，安装位置不变，在点亮测试灯管时熄灭厅内所有其他光源，测得最亮处桌面照度为5.3lx。

第2组实验：选用4支22W T8 2 400lm LED灯管，安装位置及高度同第一组，在相同的测试条件下测得桌面最亮处照度为5.1lx。

第3组实验：将灯管安装在支架上(图3上部光源)，严格按设定高度及理论计算水平距离在现场安装灯管，厅内其他所有照明灯全部熄灭，测得桌面最大照度为25.6lx。笔者沿光源投光方向最远处走至光源正下方，没有直射光线可视。

小结：增加光源高度可以做到光源不被直视，且大幅提高周边照度。

3.2.2 增加反光亮条(铝箔)控制光照角度

1)理论计算

控制光源直射角度，使光线不经过A、B漫反射区而直射至会议厅内，减少光损失的同时提高光源的使用效率。利用公式(2)得出θ角最小值为14.04°，经过现场测量，吊顶B区域的下垂角度为13°，故反光角度为13°<θ<14.04°。

图3 灯管支架及反光条详图

2)对比试验

试验中使用同一支22W T8 2 400lm LED灯管，照度仪1个，试验为2组，第1组灯管增加铝箔，第2组不增加铝箔。经对比发现第1组较第2组在特定的方向上照度增加20%，因此，增加铝箔可以改善特定方向上的照明照度。

3.2.3 使用2支光源满足氛围照明效果

通过以上两个试验可知，增加照明高度与增加反光条可以提高会议厅整体照度，但从实际效果来看，吊顶内灯槽部分照明却显得过于暗淡，影响了氛围照明效果，因此另外加设一支22W的LED灯管对灯槽进行补光(图3中下部的灯管)。这支灯管在为灯槽补光的同时，在一定程度上也可以改善地面照度。笔者采用图4光源布置并做与3.2.1相同条件下的照明测试，其最大照度值为36.7lx。

通过以上分析及实验，表明按图4所示改造方案可以使地面照度提高7倍以上，基本达到了会议照明要求(支架形式及安装如图3～4所示)。

图4 会议厅吊顶改造剖面示意图

4 改造效果

该方案在施工中执行效果良好，笔者在会议厅内随机实测10点照度值，平均照度为345lx，完全满足会议模式下的照明要求。由于改造的目的已经达成，原定重新粉刷顶棚的计划将不再实行。

5 结束语

1)LED作为一种成熟的光源，目前其造价与传统的荧光灯相差无几，但是在节能方面已经表现出了明显的优势。

2)在装饰设计中，不能仅为了造型和氛围照明效果而忽视了照明最基本的要求，设计必须以满足使用功能为前提。

3)改造后地面的物理照度虽然达到了规范要求，可以正常进行读写工作，但是由于光线是从棚顶经漫反射而来，与棚面的亮度反差仍然较大，视觉效果上与有直射光源地面的比较仍有差距。

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