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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