Chapter 7照明設計(試閱版)
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Chapter 7照明設計
Chapter 7照明設計
7.1 名詞解釋 ...............................................................................1
7.2 照明計算 .............................................................................10
7.3 道路照明計算 ..................................錯誤! 尚未定義書籤。
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心得
Chapter 7
照明設計
本章是歷屆試題當中考最少的一個章節,建議你記清楚幾個要點
(1)各個照明常用的名詞與定義,所以請一定要記住 7.1 的圖形定
義。
(2)了解常用場所該有之照度,藉由照明設計各種照明設計(如流
明法及密度法)方式之步驟,以達到符合所需照度。
(3)道路照明計算
7.1 名詞解釋
本章請先記住下列圖形定義
I
燭光=
光束=1Lm
1cd
1m
1m
燭光=1cd
所有公式都由光度I導出:
(1) 一光源的發光強度為I,對各方向的發光強度都為 1cd,置於
半徑為 1m 的球心,則通過球表面每 21m 的光束定義為 1Lm。
其中又因球表面積為 4π 2m ,再定義從該光源發出的總光束,
定義為 4πLm。
也就是說 1 燭光=4π 流明
(2) F=光束=光通量(單位:流明,簡稱 Lm)
2
I=光度(單位:燭光,簡稱 cd)
1 燭光=4π 流明,即 1 (cd)=4π (Lm)(半徑為 1m 的球體)
(3) E=照度(單位:勒克司,簡稱 lx)
定義為某光束 F(Lm),均勻垂直照射在面積為 A 2m 之平面上
FE
A
若在半徑為 1m 的球體上,照度可改為
2 2
F 4 I IE
A 4 d d
,這關係稱為距離平方反比法則。
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範例 99 電機工程技師
一、下列與照明有關的光學名詞或單位之定義分別為何?又前 4 個
名詞的單位為何?試分別說明之。(25 分)
(一)光通量(luminous flux)
(二)光強度(luminous intensity)
(三)照度(illumination)
(四)輝度(brightness)
(五)流明(lumen)
解:
(1) 光束(光通量) (單位:流明,簡稱 Lm)
某一光源所發出之總光量,稱為其光通量,以流明
(Lumen)為單位,簡稱 Lm,常被假想成一束一束地發射出
來,又稱光束。各種光源的光通量大約如下:
60W 白熱燈 750Lm
100W 白熱燈 1400Lm
20W 日光燈 1100Lm
40W 日光燈 2800Lm
(2) 光源向某一方向,在單位立體角內的發光強度稱為光度
I,以燭光(Candela)為單位,簡稱 cd。今假設有一光源,
對各方向的發光強度都等於 1cd,置於半徑為 1m 的球心,
則通過球表面每 21m 的光通量即為 1Lm。因球表面積為24 m ,故該光源所發出之總光量為 m4 L 。
(3) 照度:光源照射面每單位面積之光通量,稱為照度。
照度的單位為勒克斯 (Lux),簡寫 lx。若某光源之光
束 F(lm),均勻垂直照射在面積為 A 2m 之平面上,則
此平面上之照度E為:
F
E lxA
(4) 輝度是指從某一方向的一個表面積單位所放射光的量;這
個表面可能是自行發光或只是傳送光的物體─就如同光源
或太陽,但也可能是其它發光體反射的光線(就像街道的亮
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光是來自街燈,而街道的亮光就成為第二個光源)。
輝度可被定義成:從某一方向反射的光束在單位面積
的比率。故輝度是用來評估發光體對眼睛之刺激程
度。照度則是用來測量亮度的單位。輝度的單位為
Stilb,簡寫 sb, 2cd1Sb 1
cm 。
(5) 流明:自光度為 1 燭光(cd)的點光源,在單位立體角內所
發出的光束,稱為 1 流明(Lm)。流明可用以比較不同光源
間發光量之大小。
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立體角,Ω,是一個物體對特定點的三維空間的角度。它是站在
那一點的觀察者測量物體大小的尺度。例如,一個附近的小物體
可以與一個遠處的大物體對於一個點有相同的立體角。立體角是
物體在一個以觀測點為圓心的球的投影面積與球半徑平方值的
比。
2r
其中是錐體所截的表面積。因為一個球的表面積為24 r ,故球面張開的立體角等於4。
光源向某一方向,在單位立體角內的發光強度稱為光度 I,以
燭光(Candela)為單位,簡稱 cd。
照度 (單位:勒克斯,簡稱 lx)
光源照射每單位之光通量,稱為照度 E。照度的單位為勒
克斯(Lux,簡稱 lx)。
照度的大小和距離及入射角度有關,茲分述如下:
(1)照度與距離平方成反比:
mF I L
6
1 2 21 1 1
F I IE lx
A R R
2 2 22 2 2
F I IE lx
A R R
3 2 23 3 3
F I IE lx
A R R
照度 21
IE lx
R
這關係稱為距離平方反比法則(Inverse square law of distance)
範例 計算照度
由 150cd 的點光源離開其 5 公尺處的照度有若干?
解:
2 2
I 150E 6 lx
R 5
範例 距離平方反比法則計算
某教室為6 12 平方公尺,裝置 40W 日光燈 24 支,每支日光燈為
2800 流明,若所有光通量全部照射至教士桌面上,其平均照度為
多少?
解:
F 2800 24
E 933.3 lxA 6 12
(2)入射角餘弦法則(Cosine law of incident angle):
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如圖所示,均勻平行光線直角投射於面積 21A m 的被照面,
而投射於這平面的光束,設為 F lm 時,這個平面的照度 1E 則為:
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FE lx
A
亮度
光源所發射的光束照在被照射面時,由被照射面單位面
積所反射出來的光束稱為亮度。亮度大小和被照射物之反射
因數有關,其單位為 Radlux,簡寫為 rlx,表示成 L E 。
配光曲線
光源在各方向光度的分布情形稱為配光。若將配光以曲線表
示者,稱為配光曲線又可分為水平及垂直兩種曲線。設光源之軸
為垂直,則取其水平面量測所得之配光曲線稱為水平配光曲線,
一般均近乎圓形,如圖所示。而取垂直面量測而得之配光曲線稱
為垂直配光曲線,如圖所示。
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黑體與色溫
將所有射入之能量完全吸收而不反射,不透過物體的稱為黑
體。黑體本身溫度達數千度時,能放射光線,此熱光顏色隨溫度
而異;任一光源之光色,若以放射相似顏色之黑體溫度表示其顏
色,則此溫度稱為色溫。
利用係數及維護係數
射入工作面的總光通量與光源所放射之總光通量之比,稱為
利用係數或稱照明率。其中工作面光通量之數值,須等間隔取許
多點分別測量,而後平均之。照明設備在使用過較長時間後光線
減弱,一是由於時間因素的衰減,一是由於燈具上的積塵。這樣
在工作面上後來所得的照度與原始的照度之比值稱為維護係數。
反射因數及透射因數
被照射面上之反射光束與入射光束之比值稱為反射因數或反
射率。在被照射面上知透過光束與入射光束之比值,稱為透過音
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數或透過率。
吸收因數
被照射面吸收之光束與入射光束之比值,稱為吸收因數或吸
收率。
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7.2 照明計算
1.照明設計之步驟
照明設計的步驟,可由如下流程圖表示之。
2.流明法
其計算公式為EA EDA
NFUM U
其中 F:每只燈所發出之光束(lm)
E:所需之照度(lx)
A:房間面積( 2m )
D:減光補償率,因電燈發光之效率及燈具、天花板與
牆壁之反射能力逐漸降低,但房間之照度應不論燈
具之新舊,應保持在當初所設計之照度以上,故新
設之初,須先預測光束之衰減而作減光準備,此一
係數稱為減光補償率 D,D>1。而減光補償率之倒
數為維護係數 M,M<1。一般日光燈體型大較易積
塵,減光補償率應較電燈泡大。
M:維護係數
U:照明率
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