淺談醫院室內照明配置的簡易計算方法

張羽翔，王蕾

首都醫科大學附屬北京中醫醫院總務處辦公室，北京 100010

今年是十三五的收官之年，隨著上級單位和部門對于醫院節能減排工作的常態化管理和大力支持，醫院在節能減排方面取得了顯著成效，一定程度上得益于對鍋爐、燃燒器、空調機等一些高能耗設備進行淘汰、更新，實行設備節能改造，能源使用效率得到提高，能耗呈現逐年下降的趨勢。然而，隨著節能減排工作的推進，想要繼續實現能耗下降，需要將節能工作重心轉移到日常管理上，例如在日常室內裝修改造中，對使用頻率較高的照明設備實施改造。室內照明設備作為主要能耗來源之一，其配置數量、照度等是否合理是被人們經常探討的問題。通過利用系數法對室內工作面的平均照度進行計算，確定室內照明設備是否滿足標準照度要求，從數量上是否處于最優配置，為節能改造提供數據支持，從而更好地實現節能管理，落實節能減排工作。

1 醫療機構室內光照度要求和光源選擇原則

《照明設計手冊（第3 版）》中提到，病房走廊照明應與兩側房間的照明相協調，使人們穿插在走廊和房間的時候不會感受到太大的照度差異，給人的視覺造成影響或者傷害；因此，病房走廊的照度不宜低于病房房間照度的 70%[1]。參照《照明設計手冊（第 3 版）》中的醫療建筑照明標準值和功率密度值見表1；U0為利用系數標準值；從表中可以看到，病房和走道照度標準值均為100 lx。

在光源選擇方面，一方面應盡可能反映患者的真實膚色，另一方面也要滿足一定條件下治療的要求，一般光源色溫不宜超過4 000 K[2]。照明光源應該選用節能高效、顯色性好、經濟性好的光源，一般選擇T5 熒光燈管和LED 燈；選擇的燈具應該帶有燈罩或者選擇一體式LED燈，采用吸頂或者嵌入式安裝工藝；燈具材質和結構應便于更換燈源以及進行清潔，方便后期維護和使用[3]。

表1 醫療建筑照明標準值和功率密度值

2 利用系數法

采用利用系數法計算病房的平均照度，這種方法適用于燈具均勻布置，墻面和天棚反射系數較高，且空間內沒有大型設備遮擋的室內一般照明，用這種方法計算得出的結果比較準確。利用系數法計算平均照度的基本公式如式1.1 所示：

式中：Eav——工作面上的平均照度，lx；

Φ——光源光通量，lm；

N——光源數量；

U——利用系數；

A——工作面面積，m2；

K——燈具的維護系數。

燈具維護系數K 的具體數值見表2。

表2 不同場所照明燈具的維護系數值

2.1 空間系數

利用系數法將室內空間分為3 個部分：室空間、頂棚空間、地板空間，為了表征空間特征，引入空間系數：室空間比、頂棚空間比、地板空間比。

室空間系數：

頂棚空間系數：

地板空間系數：

式中：l——室長，m；

b——室寬，m；

hr——室空間高度，m；

hc——頂棚空間高度，m；

hJ——地板空間高度，m。

室型指數用RI 表示，它與室空間比的關系如式1.5所示：

2.2 有效空間反射比和墻面平均反射比

頂棚空間中會有一部分光被吸收，一部分光經過多次反射從燈具開口平面射出，為了使計算簡化，將頂棚空間視為位于燈具平面上，且具有有效反射比為ρc的假想平面。

地面空間放置家具、機器，光線也會被吸收、反射，也可以看成一個有效反射比為ρf 的假想平面。

有效空間反射比：

式中：As——頂棚（地板）空間內所有表面的總面積，m2；

A0——頂棚（地板）平面面積，m2；

ρ——頂棚（地板）空間平均反射比。

墻面可以看成一個均勻的漫射表面，將門窗等情況綜合考慮，通過墻面平均反射比ρw來體現整個墻面的反射條件。房間內頂棚、墻面、地面以及設備的表面反射比范圍見表3，不同裝飾下的房間表面的反射比近似值見表4，房間室內裝修一些常見材料的反射比經驗數值見表5。

墻面平均反射比：

式中：Ai——第塊表面的面積，m2；

ρi——第塊表面的實際反射比。

表3 房間表面反射比

表4 房間表面的反射比近似值

表5 常見建筑材料的反射比

以北京市某三甲綜合性醫院（圖1）病房樓某病區走廊為例：建筑內部硬件方面，走廊的長度為36.45 m，寬度為2.25 m，高度為2.5 m；走廊兩側共有16 扇淺色木質門，門寬0.9 m，高2.1 m，墻裙高1.2 m；有效頂棚反射比為0.7[4]，地面反射比為0.3，經過計算，墻面平均反射比為0.52；照明采用PAK160921 T5 格柵燈具，光源采用3 根T5 熒光燈管，每根功率為14 W、燈具光通量為2 732 lm，共有10 組格柵燈具；燈具利用系數見表6。

圖1 病房走廊實景圖

針對病房走廊的實際情況，計算走廊區域的平均照度。將走廊看作密閉房間，即室長l 為36.45 m，室寬b為2.25 m，室高 hr 為 2.5 m，由式 1.2 可知：

由式1.5 可知：

RI 數值為 0.85，介于 0.80 和 1.00 之間，有效頂棚反射比為0.7，有效墻面反射比為0.52，地面反射比為0.3，通過查表3 可知RI 數值為0.80 時，利用系數為0.49；當RI 數值為1.00 時，利用系數為0.55；通過插值法可知當RI 為 0.85 時，利用系數為 0.51。由式 1.1 可得：

由此可知，目前病房樓走廊的平均照度值約為136 lx，高于規范中規定的平均照度值100 lx；功率密度值LPD為5.12 W/m2，高于4.5 W/m2的標準值。這種情況一方面會造成眩光系數的增加，使患者和醫護人員在視覺上產生眩暈感，容易影響情緒[5]，使人感到不舒適；另一方面，功率密度值與平均照度值間接成正比關系，照度值過高勢必會使功率密度值過高，最終結果就是造成電能的浪費。

按照規范中規定的平均照度值100 lx，計算病房走廊需要的燈具數量，同時滿足照明功率密度值LPD。由式1.1 可知：

由此可知，在走廊內安裝8 組燈具，平均照度為108.73 lx，滿足100 lx 的平均照度值標準。忽略電子鎮流器功耗，照明功率密度值為：

表6 燈具利用系數

通過計算，照明功率密度值小于4.5 W/m2，符合標準要求。

3 DIALux evo 軟件仿真

使用DIALux evo 軟件對病房走廊進行光照度仿真計算，通過搭建病房走廊模型，確定反射比、維護系數、燈具型號、工作面等參數，從而對病房走廊的照明分布情況進行仿真，見圖2。

圖3 計算病房走廊地面的光照度參數

通過軟件仿真結果可以看到，病房走廊地面的平均照度值為127 lx，由于燈具配光曲線的特點，燈具正下方照度值較大，最大為218 lx，并且向周圍逐漸遞減；走廊地面邊緣鋪設了黑色地磚，所以邊緣的照度值較小，最小為1.55 lx；采取利用系數法計算得到的平均照度值與仿真數值相比，偏差率為16.51%，結果較為準確，見圖3。

采取利用系數法可以方便的根據經驗公式快速計算室內工作面的平均照度值，為照明節能改造提供數據支持。但這種方法也存在一定局限性，例如與采用專業照明設計軟件模擬仿真計算相比，計算結果會存在10%～20%的誤差；如此之外，利用系數大多采用理論值或預估值，目前LED 燈被廣泛地用于室內照明，然而很多LED 燈的利用系數還不完善，查詢不到相關的詳細參數，只能預估一個大致的參數進行計算，給計算結果帶來一定的偏差。

在后期改造的過程中，可根據病房的實際情況考慮對燈具數量重新進行配置，或者在現有燈具數量不變的情況下，減少燈具中T5 燈管數量，從而確保室內光環境舒適，降低功耗，實現節能效果。