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2009年8月6日 星期四

照明系統之節能技術-基礎光學與視覺篇

這篇文章是節錄自台灣綠色生產力基金會節能服務網中有關節能技術的線上課程。

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本課程先從照明的基本概念出發,進而對照明系統可行之節能技術及效益、照明節能績效量測與驗證方法進行探討,輔以案例說明,以期建立正確之照明系統節能觀念。

光學與視覺舒適:
要研究照明系統的節能就應該從照明的光學基礎以及視覺來了解。有了正確的光學以及視覺觀念,才能正確的了解照明系統的作用,最後才能正確的知道如何執行照明系統的節能。

可見光:
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所謂可見光其實就是波長範圍為400~800 nm的電磁波。波長大於800nm就進入紅外線範圍,紅外線可產生熱能。波長小於400nm就進入紫外線範圍,紫外線有殺菌以及破壞細胞的作用。

視覺:
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光線反射物體進入眼睛產生視覺,也就是讓人「看見」。看見美好的事物讓人心情愉快。良好的照明可以讓人看見美好,也可以讓人順利從事各項活動。

照明的節能,並不是用越省電的燈泡就越好。必須回歸到照明的目的來探討。照明的目的在於提供健康舒適的視覺環境,讓人看見世界的美好。所以好的照明環境應該要同時兼顧照明品質以及節能要求。

優良的照明品質:
優良的照明品質應該兼顧下列各項條件:
1. 充分的照度
2. 適當的輝度
3. 避免炫光刺眼
4. 鮮豔自然的演色性
5. 適當的色溫
6. 減低閃爍
7. 選用省電的高效率光源與燈具

演色性(Color rendering index):
原始的定義為與日光照射下比較起來,色彩的逼真程度。但是因為日光在晴天以及陰天的差異大,無法做客觀的比較。所以之後演色性的定義改成以白熾燈泡的演色性為100%作為基準,來判斷相對演色性評價係數(Ra),評價係數越高,光源的表現越接近自然光。
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左圖演色性很差,只有25,所以顏色看起來糊糊的,無法分辨不同的顏色。右圖演色性較佳達90,所以看起來色彩鮮豔。

色溫:
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中午的光線所定義之色溫為5500K。色溫越低顏色偏黃,色溫越高顏色偏藍色。
高色溫給人清爽的感覺,低色溫給人溫暖的感覺。一般來說,寒帶的國家偏好色溫低的光源,接近熱帶的國家偏好色溫高的光源。此外,色溫低給人溫暖且輕鬆舒適的感覺,適合在家庭中使用。

光源規格:
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上圖中表示的是歐洲訂定的光源規格。第一位數字8或9代表演色性80或90。後兩位數字代表色溫,40代表色溫4000K,65代表色溫6500K。TL950表示光源的演色性為90,色溫為5000K。

在市場上,真正影響光源價格的是演色性的好壞,演色性越高價格越貴。目前最進步的照明設備可以達到可變色溫的效果,提供更多的附加價值以及實用性。

閃爍(Flicker):
閃爍的光源會帶給人不舒服的感覺,嚴重甚至會令人暈眩嘔吐。傳統日光燈管閃爍的程度比鎢絲燈泡嚴重十倍以上,但加上電子安定器後可以讓閃爍程度降低。

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除了光源本身產生的眩光,施工過程中的錯誤也可能造成炫光,如吊扇設置於光源下方,同樣會造成閃爍影響視覺感受。

炫光(Glare):
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炫光會使人無法看清物體,嚴重甚至使人產生不適。

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太強的光源會造成炫光,反而使人看不清楚,而且也可能用電過量。所以合理的照明設計應該設法使人在適當的場合看清楚該看清楚的物體,就足夠了。

炫光對眼睛的傷害最大,但是也最容易解決。如果像教室一樣的場合發生眩光問題,只要將燈具拉高,離開人的直接視線範圍內就可以解決。如果黑板反射炫光,只要把黑板面作粗糙即可。一般家庭如果有眩光,就將燈光減弱,或採用間接照明。

光強度(Luminous Intensity):
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光強度指特定方向的光照射強度。

光通量(Luminous Flux):
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所有方向的光能量加起來就可以算出光通量,單位為流明(lumen, lm)。

照度(Illumination):
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但是要注意,並非所有的光通量都會照射在所要照射的物體上。

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環境照度:
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不同的環境有不同的照度,戶外照度充足,室內則需要照明設備增強照度。

基本照度需求:
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上圖為美國大學研究指出各種不同環境下,所對應的照度需求。

閱讀照度要求:
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每個國家對於閱讀照度要求都不同,也隨時間不同而有所改變。

閱讀環境:
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小範圍個人閱讀最好使用檯燈,既提供充足的照度,又節省能源。

配光均勻度(Uniformity):
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一般國際標準照度均勻度在0.3就OK。但是一般先進國家對於照度均勻度的要求會在0.8以上,以提供更好的照明環境。

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提高照度均勻度的有效方法就是採用間接照明,把發光的面積擴大,但缺點是會使的照明效率降低。

輝度(Luminance):
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相對於照度指物體所呈現的發亮程度。輝度專指眼睛感受到光源的照射程度,輝度越高就越刺眼。所以燈的發光面積越小,輝度就越高,就越刺眼。

因為LED發光面積很小,所以LED就是一種高輝度的光源。但是LED的流明數不高,所以照度也很低。所以LED是一個高輝度,低照度的光源,適合作裝飾、面板等輝度照明,不適合做為需要高照度的照明用途。

照度與輝度的差異:
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LED適合做裝飾或指示信號用,但不適合作路燈使用。因為其本身輝度大看起來很亮很醒目。但是只有自己亮卻無法照亮別人,照在馬路上會讓馬路一片漆黑,只見頭上一片炫目LED光芒。

舒適照明環境:
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利用反射板降低輝度,將高度拉高減少炫光。

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利用燈罩或間接照明改善照明環境。

照明用電比例:
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先將之前的照明條件作好,最後再使用高效率的照明設備,就完成照明系統的節能設計。

照明規劃基準:
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台灣照明現況:
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目前LED還無法成為照明用的光源。因為效率不高,價錢太貴。
目前可以做的省電策略是:
居家照明:把鎢絲燈泡換成省電燈泡。
辦公室大面積:使用高效率日光燈管(不一定T5,T8可能也很好)。
戶外照明或工作用高強度照明:用陶瓷複金屬燈。

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道路照明:
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將原本的低照度鈉燈,改為高照度的陶瓷複金屬燈,使原本昏暗的街道變的明亮起來。

可節省能源的光源列表:
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總而言之,照明的節能並不是一昧追求LED照明或所謂的T5燈管。而是應該針對不同環境條件,在達到照明需求的情況下,做節能的規劃。


資料來源:http://www.ecct.org.tw/eLearning/index.htm

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