如何提高漫反射條件下的照明效果

李延明 / 馮 鑫 / 潘 煜(中國航天建設集團有限公司，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
(中國航天建設集團有限公司，北京 100071)

以某會議廳的照明改造工程為例，分析了導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行的改善措施及最終改造成果。

漫反射 照明效果 照度

1 項目概況

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

圖1 會議廳吊頂平面示意圖

2 原因分析

筆者通過對現場情況的調查，深入分析了現場照度不足的原因，現歸納為以下幾個方面。

2.1設計缺陷

現有照明使用的光源是熒光燈管，熒光燈安裝在燈槽內(如圖2)，光線從光源傳播至工作桌面的路徑有兩個，第一個路徑為光源直射至吊頂B區域，漫反射至會議桌面；第二個路徑是光源直射至吊頂A區域，漫反射至吊頂B區域，再由B區域漫反射至會議桌面，在多次的漫反射影響下光損非常嚴重。

圖2 會議廳邊緣吊頂剖面示意圖

經過計算，吊頂內的光源總光通量達到了1.8×106lm，理論上可以滿足本空間內的照度要求，但是由于設計中棚內大部分區域都是燈槽氛圍照明，下部的桌面沒有光線直射，導致實際桌面照度還達不到直射光源條件下計算照度的10%。

2.2光衰問題

現有燈具使用年限略長，燈具光通量衰減明顯。用照度計實測使用中的燈管與相同參數下的新燈管的發光情況，前者的平均光衰達到了20%以上。

2.3施工因素

在施工過程中，燈管在吊頂內安裝位置隨意，沒有固定措施；個別燈具甚至反向放置，照明朝向燈槽底板，導致燈槽內部沒有充足的光線。

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；其次燈具維護情況不好，部分燈具損壞無法點亮，粗略統計損壞率達到8%，燈具表面灰塵覆蓋嚴重，在一定程度上影響了光源光線的傳播。

3 改造方案

對于改善照明效果，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，這種改造簡單直接、效果最好。但是現場需改造區域的每片吊頂均為扇狀，雖然每環上的每片吊頂大小一致，但由于不同環上的吊頂邊長及面積不同，均布向下照明的射燈會影響整體吊頂裝飾效果(見圖1)，因此在吊頂內安裝射燈的思路是行不通的。

另外一個方案是增加吊頂內光源總量，但該方案受到線路負載限制，經重新計算可知，9個回路中個別回路僅允許增加0.45kW的負載。由于吊頂與樓板間距離過小，且吊頂為不可上人形式，重新布線在施工時存在一定的安全風險，如果采用大面積腳手架布線，不但造價升高，而且影響地面已經鋪設好的地毯，使成品保護難度加大。

受以上兩方面制約，筆者所在團隊經過多方面考慮，最終形成如下新方案。

3.1更換光源

針對光衰問題，更換光源無疑是改善照明效果的最佳選擇?，F在市面通用的燈槽光源分為兩大類，一類是原吊頂內正在使用的燈管類光源，另一類是隨著LED光源發展興起的照明燈帶，后者帶雖然是新興產品，且在氛圍照明中大量使用，但是其總發光量與燈管仍然存在很大差距，按長度折算光通量僅為同發光材質燈管的20%。因此替換光源只能在燈管類光源中進行選擇。

燈管類光源目前也分為兩大類，一類是優質的三基色熒光燈管，即現場正在使用的光源；另一類是LED燈管，其發光效率是熒光燈的120%以上。根據上述分析可知，更換光源方案選擇22W T8 LED燈管,燈管數量增加一倍，即原來每個燈位處的一根36W熒光燈用2支22W LED燈管替換。

在實施燈具替換措施前，筆者實測了這兩種燈管的發光情況，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%。經重新計算，9個回路均可以在不重新布線的情況下滿足負荷要求。

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，在前文提到燈槽內的光源總光通量達到了1.8×106lm，但是經過漫反射后地面照度僅有50lx，可見單一改善光源并不能解決問題，如何讓燈槽里面的光線盡可能多地反射到地面上來才是解決問題的關鍵。因此必須提高光源的高度，讓光線無障礙地通過燈槽立擋板的遮擋，使光源的光盡可能地照射到廳內。

1)計算

(2)

通過加設支架增加燈管的高度，光線直接進入大廳內空間，同時保證提升高度后的光源不能直接可視，應滿足式(1)、(2)。

燈槽內幾何構造：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，通過理論計算得出θ角為14.04°～68°，離會議廳門口最遠的吊頂上的支架與立擋板的水平距離S=26mm，離會議廳門口最近的一個支架與立擋板的距離S=30mm?？紤]到現場實際情況，最小距離在施工中無法實現，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)對比試驗

第1組實驗：使用現場兩個燈槽內現有的4支已經發生光衰的36W熒光燈管，安裝位置不變，在點亮測試燈管時熄滅廳內所有其他光源，測得最亮處桌面照度為5.3lx。

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

第3組實驗：將燈管安裝在支架上(圖3上部光源)，嚴格按設定高度及理論計算水平距離在現場安裝燈管，廳內其他所有照明燈全部熄滅，測得桌面最大照度為25.6lx。筆者沿光源投光方向最遠處走至光源正下方，沒有直射光線可視。

小結：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)理論計算

控制光源直射角度，使光線不經過A、B漫反射區而直射至會議廳內，減少光損失的同時提高光源的使用效率。利用公式(2)得出θ角最小值為14.04°，經過現場測量，吊頂B區域的下垂角度為13°，故反光角度為13°<θ<14.04°。

圖3 燈管支架及反光條詳圖

2)對比試驗

試驗中使用同一支22W T8 2 400lm LED燈管，照度儀1個，試驗為2組，第1組燈管增加鋁箔，第2組不增加鋁箔。經對比發現第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支光源滿足氛圍照明效果

通過以上兩個試驗可知，增加照明高度與增加反光條可以提高會議廳整體照度，但從實際效果來看，吊頂內燈槽部分照明卻顯得過于暗淡，影響了氛圍照明效果，因此另外加設一支22W的LED燈管對燈槽進行補光(圖3中下部的燈管)。這支燈管在為燈槽補光的同時，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試，其最大照度值為36.7lx。

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

圖4 會議廳吊頂改造剖面示意圖

4 改造效果

該方案在施工中執行效果良好，筆者在會議廳內隨機實測10點照度值，平均照度為345lx，完全滿足會議模式下的照明要求。由于改造的目的已經達成，原定重新粉刷頂棚的計劃將不再實行。

5 結束語

1)LED作為一種成熟的光源，目前其造價與傳統的熒光燈相差無幾，但是在節能方面已經表現出了明顯的優勢。

2)在裝飾設計中，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，設計必須以滿足使用功能為前提。

3)改造后地面的物理照度雖然達到了規范要求，可以正常進行讀寫工作，但是由于光線是從棚頂經漫反射而來，與棚面的亮度反差仍然較大，視覺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