天然光影响下的室内照明照度检测方法研究

汪磊磊（天津住宅科学研究院有限公司， 天津 300060）

室内照明照度是评价绿色建筑光环境的重要参考指标。关于照明照度的检测，在多项检测标准中均有提及，无一例外要求在检测中应摒除天然光和非被测光源的影响。如 GB/T 5700—2008《照明测量标准》中规定：室内照明测量应在没有天然光和其他非被测光源影响下进行。因这一约束条件，被测房间需要选择在晚间无室外天然光的时段进行检测，或需要遮光效果很好的窗帘，增加了外部限制条件。按照定义，照度为入射在面元上的光通量除以该面元之商，是一个单位面积能量取值。当天然光与照明光通量同时作用于面元时，按照能量叠加原理，以照度值度量应该会呈现某种叠加规律。

选取某办公室进行天然光和照明光源叠加作用下的照度测试，分析室内人工光照度与室外天然光照度的叠加关系，试图从中发现相应的规律，使而实现照明照度相对灵活的检测。

1 测试概况

选取天津市某办公楼 3 层办公室作为测量地点，房间尺寸为 8.8 m（L）× 7.7 m（W）× 2.4 m（H），北向单侧采光，外墙上共 3 扇外窗，每扇窗的尺寸为 1.7 m×2.0 m，窗台高 0.8 m。室内共 9 组照明光源，每组光源含 3 支 LED 节能灯管，灯管功率为 15 W，光源间距为 1.5～2 m，分布均匀，符合等距离测点法要求。由于其中一组光源被书柜遮挡，不具备测量条件，因此选择剩余 8 组光源对应测点进行照度测试，测试点距地面 0.75 m，测量仪器选用 AS823 照度计，精度为 0.1 lx。房间和光源布置见图 1。

图 1 办公室和光源布置示意图

2 测试分析

按照标准测量方法测量室内照明照度在无多余光源干扰下的照度值，测量时间为每天晚间 7:00，此时室外已无天然光干扰。由于人为操作影响，如手持照度计不平稳、测量高度有所偏差等，导致测量数据存在一定波动。因此连续 4 d进行测量，并取平均值作为照明照度检测值。无天然光影响的室内照明照度数据如图 2 所示。

图 2 无天然光影响的室内照明照度

由图 2 可知，室内人工照明照度基本在 250～300 lx 之间。点 3 照度值偏低的原因为对应顶部灯具中有一支灯管损坏，点 8 照度值明显偏高是因为该点对应的灯具近期进行过更换，光效率和维护系数较高。

在有室外天然光源时，分别在室内照明灯具全开和全关的状态下测量各个测点照度值。为了研究不同天然光照度条件下与人工照明照度的叠加关系，1 d 内共进行 4 组测试，上下午各进行 2 组。测试当天，室外天气晴朗无云，且房间外窗位于北侧，不会受到短时间太阳直射光的影响。每组测试时间控制在 10 min 之内，避免室外天然光照度在测试时间内发生明显变化。测试数据见图 3。

图 3 开灯和关灯状态下室内各点照度值

由图 3 可知，在完全天然光作用下，靠近外窗 3 m 范围的测点，照度要明显高于房间内区。其中 1、2 测点由于受到立式空调、窗帘等影响，照度值低于测点 3。在室外天然光照度降低时，内区和外区测点天然光照度的差异也随之减少。在不同室外天然光条件下，室内各测点总照度值在外区呈现出较为明显的区别，且测点 3 最大照度值达到了 450 Lx，明显高于单一的人工照明或自然采光照度，说明照度值确实存在一定叠加关系。房间内区测点照度趋于一致，是因为天然光对内区照度影响较小，内区照度仍然以照明灯具贡献为主。

表 1 给出了每组测试数据中总照度（人工照明+天然光）与天然光照度的差值，将 4 组差值数据作曲线进行对比，见图 4。

表 1 4 组总照度与天然光照度差值

图 4 4 组总照度与天然光照度差值对比曲线

由图 4 可知，4 组的差值数据曲线基本重叠在一起，说明，无论一天中天然光照度如何变化，总照度与天然光照度的差值为一个稳定值。

将该差值与图 2 中测量的人工照明照度值相比较，其结果见图 5。

图 5 总照度与天然光照度差值曲线与照明照度曲线对比

由图 5 可知，该差值与照明照度曲线高度吻合，各测点照度值最大相对误差 ＜4.5%，这说明各测点总照度值为天然光照度与照明照度的简单算术之和。该结论为存在天然光影响下的照明照度检测提供了新的方法。

将照明照度改进的检测方法总结如下。当存在室外天然光影响时，首先关闭全部待测照明光源，在规定的测试点使用照度计测试天然光条件下的室内照度值。完成后，打开全部待测光源，在相同测试点测试天然光加人工光源共同作用下的总照度值。测试完成后，使用总照度值减去天然光照度值，即得到照明光源照度值。两次测试时间间隔应尽量短，避免室外直射阳光或短时间多云造成室内天然光照度出现大的波动。

3 结 语

当前室内照度检测均要求摒除天然光源的影响，给检测增加了较多的约束条件。通过实测研究天然光照度、照明照度与总照度之间的关系，发现，总照度值为天然光照度与照明照度简单的算术之和，并且这种叠加关系在不同室外光照度下均成立。在此基础上，提出了一种改进的室内照明照度检测方法，该方法不受室外天然光的约束，可以通过简单的数据处理，在存在天然光干扰情况下同样得到照明照度值，为室内照明照度的检测提供了时间上的灵活性。