長榮桂冠觀摩會 照明系統改善手法 工研院能資所 照明技術研究室 李麗玲 2003/05/30

內容 照明基本概念介紹 節能策略與手法 個案分析與評估

照明基本名詞定義 光度 (Luminous intensity, I) 光通量 (Luminous flux, F) 光源體光強度之定義 單位：燭光 (cd) 光通量 (Luminous flux, F) 光源體單位時間內發出所有之光量 單位： 流明 (Lm) 照度 (Illumination, E) 被照物面呈現的光亮程度 單位： 勒克斯 (lux) 輝度 (Luminance, L) 光源體或被照物在單位面積內呈現具方向性的光亮程度 單位： 尼特 (cd/m2 ； nt) 光源體 強水壓≡高光度 低水壓≡低光度 光通量 (Lm) 眼睛 輝度 (cd/m2) 光度 (cd) 亮度 (lm/cm2) q 被照體 低水量≡低光通量 高水量≡高光通量 照度(lux) 單位面積水量≡照度 1 m2

眩光與均勻度 眩光 (Glare) 眩光就是令人不舒服的照明；光源與背景 環境不配合時，對眼睛造成刺激。可分為： (1) 直接眩光：直接或餘光目視光源，輝度 大且讓人刺眼而不舒服，人眼直接眩光 區自垂直面45～85 °。 (2) 反射眩光：黑板或桌面反射光源而產生。 (3) 背景眩光：主題較暗而背景太亮而產生， 背景光線對比過強烈。 配光均勻度(Uniformity) 照明空間內對光線分佈之均勻性定義 照度均勻度＝ (最低照度) / (平均照度) ( 0~1 之間，“1”為理想值) 燈具直接眩光 桌面反光 螢幕反光

演色性定義及比較 定義：光源對被照物色彩表現能力，定義為光源照射有彩色物體時﹐其色彩與基準光源（白熾燈）所見之色彩相同程度。( 0~100 之間，“100”為理想值) Ra：90 Ra：80 Ra：60

光源色溫 定義：光源體點亮時之溫度，以黑體加熱至產生相 同顏色之溫度。 單位： Kelvin (K) K 20,000 10,000 5,000 1,000 4,000 2,000 3,000 8,000 6,000 7,000 9,000 K ← 燭光 ← 25W白熾燈 ← 100W白熾燈 ← 水銀燈 MV ← 午後日光 ← 晴天日光 ← 晴天藍天空 ← 西北方藍天空 2900K，鎢絲燈 2900K，螢光燈偏黃 5000K，標準 7000K，螢光燈偏藍 http://www.cgan.com/science/print/preprint/cmlight.htm

電光轉換效率 照明電光轉換三元素 光源體：白熾燈、螢光燈、高強度氣體放電燈、LED等 安定器/變壓器：傳統式與電子式 燈具：嵌入式、吸頂式、懸吊式等…. 安定器/ 變壓器 輸入 能源 可見光 燈具 配光,眩光控制 及提供外觀造型 燈源 提供光束 供給穩定之電流 或電壓至燈源

光源發光效率 光源種類：熱輻射發光、氣體放電發光、固態場效發光、同調發光。發光效率：單位電能點亮光源產生之流明數；單位：流明/瓦 (Lm/W) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 光源加控制器件之效率 (流明/瓦特 ) 標準白熾燈 鹵素燈 紅外線回收之鹵素燈 水銀燈 小型螢光燈﹝5-26W﹞ 小型螢光燈﹝27-80W﹞ 螢光燈 複金屬燈 小型化複金屬燈 高壓鈉燈 白色高壓鈉燈 低壓鈉燈 ... 無需控制器件 放電燈需安定器 需變壓器

光源體之特性比較 光源壽命：光源體光輸出衰減至70％初始光衰之時數 。 光源種類 壽命(KHrs） 色溫（K） 演色性（%） 白熾燈 0.5～1 2800～3000 100 鹵素燈 1～3 2900～3200 普通螢光燈 10～20 4000～6500 60～75 三波長螢光燈 2700～6500 80～98 省電燈泡 3～6 2700～7000 80～85 PLC燈泡 6～10 80～90 高壓鈉氣燈 16～24 2000～2500 20～85 低壓鈉氣燈 14～18 20～30 複金屬燈 7.5～20 3000～6000 60～96 水銀燈 3300～5700 10～60 無電極燈 10～80 白光LED 10～100 50～60

白光LED 特性： 體積小 反應速度快 耐震性佳 可塑性高 元件壽命長 直流電壓起動 發光強度與驅動電流成正比 資料來源：Lumileds LED照明成本達到＄0.05/Lm則可望替代省電燈泡，若能降至＄0.01/Lm就足以取代現行螢光燈，保守估計此一目標在2012年可達到。

光源體特性與應用

光源產品替代趨勢 T8 T12 T5 白熾燈泡 鹵素燈泡 水銀燈 緊湊型螢光燈 複金屬燈 高壓鈉燈 Y1996 Y2000 白熾燈 29% 19% 鹵素燈 15% 水銀燈 2% 高壓鈉燈 5% 複金屬燈 9% 螢光燈 21% Y2000 37% 14% 13% 6% 23% Y1996 資料來源: Frost&Sullivan

燈具與效率 燈具實際發出之光通量佔內含光源所發出光通量比值。 燈具能源效率比（Luminaire Efficiency Rating) LER＝（EFF× TLL× BF）/W LER：燈具能源效率比（Lm/W） BFF：燈具效率（％） TLL：燈管總輸出（Lm） BF：安定器因數（安定器光輸出比） W：燈具輸入功率

燈具配光曲線 配光曲線（Candlepower Distribution Curves） 配光曲線係以極座標（Polar Diagram）表示燈具發光強度分佈之情形，測量通過燈具中心在各個角度方向上的發光強度，單位為cd/1000 lm 。

燈具眩光 眩光限制曲線（Glare Limitation Curves） 在視角45～85 °範圍內，根據照度水平與視覺工作特性建立一套眩光限制的臨界線，核對燈具安裝環境的特性， 選擇一條眩光限制曲線，再比較燈具亮度曲線是否皆位於該曲線之左側。

安定器 提供一阻抗穩定放電燈的燈管電流，確保燈管性能與壽命之元件。 傳統式：CNS927 （螢光燈） 主要構造為矽鋼片鐵心以漆包線纏繞，構成一抗流線圈；又稱傳統式或標準型安定器。 電子式：CNS13755（螢光燈） 利用半導體元件，匹配燈管特性設計高頻電力電子電路，點亮燈管與提供穩定電流，可附加異常保護、功因修正、調光等功能；體積小，效率較傳統式高約10-15﹪。

電子安定器性能要項 安定器本身消耗的能量；愈低愈好。 安定器因數（Ballast Factor; BF） 安定器耗能 安定器本身消耗的能量；愈低愈好。 安定器因數（Ballast Factor; BF） 相同燈管搭配待測安定器與試驗用安定器之光輸出比值；愈高愈好。 安定器效率因數（Ballast Efficiency Factor; BEF） 安定器因數除以輸入功率；愈高愈好。 功率因數（Power Factor；PF） 安定器輸入功率與電壓、電流之乘積的比值， 可評估安定器將輸 入電源轉為有效電源之能力；愈高愈好。 總諧波失真（Total Harmonic Distortion; THD） 輸入電流失真程度，愈低愈好，一般安定器之THD需低於33％。

燈具之定義與重要元素 燈具定義 (Fixture)： 燈具重要元素： 由光源體與外部結構體構成之照明器具，以達到配置光線與保護光源體之目的，並提供光源體之電源供應。 燈具重要元素： ■ 配光效果 ■ 美觀造型 ■ 光輸出效率 ■ 使用舒適度 ■ 特殊用途

照明方式與配光特徵

照明管理系統 藉由鍵盤,遙控器,或開關等以監視或控制所有照明器具及保全系統等的操作狀態；可以提升20%到50%效率。 時程管理設定： 可依據固定作息或特定活動控制，設定照明設備操作時間。 機動調節管理： 非預期情況下，依照明之需要提供臨時性之照明控制。 晝光節能利用： 利用自然光之能源，配合照明控制設備，提供節能需求。 群組控制設定： 依照明場所性質，選擇群組功能以設定不同照明之需求。 控制模式選擇： 多種空間照明設計模式，選擇不同場景與氣氛控制。 無線遙控操作： 利用無線遙控裝置，配合臨場燈光控制之方便性。 整合保全系統配合特殊情況控制照明環境。

內容 照明基本概念介紹 節能策略與手法 個案分析與評估

照明系統與能源 照明與冷氣空調： 2KW照明負載所產生之 熱將增加1KW冷氣耗能 照明與自然環境： 綠色照明降低環境污染 照明 暖氣設備 照明能源 照明與冷氣空調： 2KW照明負載所產生之 熱將增加1KW冷氣耗能 照明與自然環境： 綠色照明降低環境污染

照明系統整體效率 照明系統整體效率 為物理效應、生理 反應、心理反應之 綜合結果。 系 統 整 體 電能 光源體 效率 照 光通量 明 燈具 配光曲線 照明設計 照度 被照物 反射亮度 視覺 生理亮度 腦 心理亮度 電能 生 照 明 物 系 統 整 體 照明系統整體效率 為物理效應、生理 反應、心理反應之 綜合結果。

有效率照明≡對的時間與地點提供正確的照明 照明光環境 定義：設計照明系統提供一個適當的視覺環境 給使用者，滿足執行工作之所需。 有效率照明≡對的時間與地點提供正確的照明 照明系統改善概念 照明系統省能工作應取決於「整體」的規劃 而非「局部」的解決問題。 照明系統不應只重視耗能「量」的減少，也應重視「質」提升。

照明節能因素 影響照明節能因素 控制系統 減少電力與使用時數 晝光利用 電光轉換效率 提昇光電使用效益,可節約2/3因無效照明所耗能源 適當維護 經濟效益評估 裝置成本與使用費之損益平衡點

照明節能策略與做法

照明省能重點 (1) 照明品質：基本照度、減少眩光、高均勻度、 防止閃爍、高演色性。 (2) 節約能源：提高效率、維持光效。 (1) 照明品質：基本照度、減少眩光、高均勻度、 防止閃爍、高演色性。 (2) 節約能源：提高效率、維持光效。 (3) 安全維護：減少諧波、提高功因、使用壽命。 (4) 照明控制： 自動開關:光感測開關 照明管理系統 時控開關:延遲與人體感應開關 調光器

基本照度要求 美國加州柏克萊大學勞倫斯實驗室根據北美14個國家提出之建議基本照度值。

照明設備投資與照度 節能照明：選擇最低照度需求，加上局部加強照明。 人類的眼睛對於亮度的感覺呈對數關係，有「抑強助弱」的效果。 照度(Lux) 投資成本 亮度感覺(Log) 10 A 1 20 2A 1.3 100 10A 2 節能照明：選擇最低照度需求，加上局部加強照明。

節能標章能源效率基準 32W以上螢光燈管節能標章能源效率基準 ※目前已經有四家廠牌26款取得標章 標準色度範圍 節能標章 能源效率基準 備 註 L-EX (2600~3150K) WW-EX (3200~3700K) W-EX (3900~4500K) 發光效率(lm/W)：90 平均演色性指數：80 依第七次審議委員會會議決議，本項能源效率基準自93.07.16起修訂為 發光效率(lm/W)：92 N-EX (4600~5400K) CW-EX (4600~5400K) 92.08.24起實施 D-EX (5700~7100K) 發光效率(lm/W)：86 ※目前已經有四家廠牌26款取得標章

照明器具之塵埃與光輸出

照明系統之清潔維護 照明器具使用之後，照度會有不同程度衰減，故需清潔維護 。 資料來源：http://www.ctcietsc.org.tw/print/47_3.htm

建築照明能源基準 商業大樓電力配置 一般空間 : 20--30W/m2 國際參考基準: 特殊區域 : 10--15W/m2

內容 照明基本概念 節能策略與手法 個案分析與評估

範例：商業空間 百貨公司 辦公大樓 40W螢光燈管 56% 30W螢光燈管 6% 20W螢光燈管 7%

商業空間現況分析 照度過高 照度不均 相互影響，降低照明成效 照明設計不當，增加能源消耗 普遍使用傳統光源與燈具 傳統燈源效率低，壽命短，維護成本高。 傳統安定器無法發揮燈源的效率。 傳統燈具效率低。

商業空間現況分析與檢討 缺乏保養維護工作 照明管理系統應用不普及 積塵會降低燈具效率 積塵會加速燈源光衰 多餘照明無法有效降低 保養維護不易落實 節能工作效率有限 照明系統無法有效掌控

商業空間改善建議 調整照明設計 調整合適照度、平衡照度均勻度、減少眩光及光污染 使用高效率光源及低光污染燈具 使用高效率光源及驅動元件（電子安定器/變壓器），減少燈具用量 使用高效率、低眩光燈具提高照明品質 積極的維護保養 維持光源、燈具效率與照明品質 善用照明管理系統 有效控制及彈性應用、利用日光達成節能效果、減少系統維護成本、掌握照明環境提昇節能成效

高效率光源能源效益 緊湊型省電燈泡 直管螢光燈 燈管型式 安定器/啟動器 系統功率 與40W比較 T9-36W 傳統鐵磁式 86W 標準白熾燈泡 替換CFL燈泡 節能比率 25W 7-9W 64-72％ 40W 11-13W 67-73％ 60W 15W 75％ 75W 18-20W 73-81％ 100W 27-30W 70-73％ 直管螢光燈 燈管型式 安定器/啟動器 系統功率 與40W比較 T9-36W 傳統鐵磁式 86W T8-32W 電子式（快速啟動） 62W 28% 電子式（立即啟動） 58W 32%

範例：照明系統改善之經濟效益評估 Case 1 Case 2 Case 3 Case 4 Case 5 ---- 15% 35% 67% 基本設置 更換節能燈管 更換節能燈管 使用T8/雙燈管 使用電子安定器 更換節能燈管 使用T8/雙燈管 減少50%燈管 使用電子安定器 採用新型燈具 更換節能燈管 使用T8/雙燈管 減少50%燈管 使用調光安定器 採用新型燈具 增加晝光感測 裝置條件 燈具數 12 12 12 12 12 燈管(量) F40WWT12 (48) F40WWT12/ES(48) FO32T8/35 (48) FO32T8/35 (24) FO32T8/35 (24) 節能率 ---- 15% 35% 67% 86% 年耗電量 8,832 度 7,507 度 5,760 度 2,880 度 1,221 度 年電費 26,496 元 22,521 元 17,280 元 8,640 元 3,663 元 初始安 裝費用 ---- 9600元 @ 800元/具 43,200元 @ 3,600元/具 48,600元 @ 4,050元/具 69,000元 @ 5,750元/具 回收年限 ---- 2.4年 4.7年 2.7年 3.0年

範例： 照明系統改善之經濟效益評估 Case 1 鹵素燈 Case 2 水銀燈 Case 3 高壓鈉燈 Case 4 複金屬燈 光 源 體 100W White High-pressure Sodium 2,160度 光源每年消耗費用 每年電費(3元/度) 660元 維護費用(300元/次) 每年耗電量 1,320元 費用小計 8,460元 每年節約費用 --- 70W Metal Halide +Electronic Ballast 100W Mercury Vapor 250W Halogen 6,480元 1,080度 270元 120元 3,620元 4,840 元 3,240元 1,120度 1,050元 4,680元 3,780 元 3,360元 690度 1,530元 450元 4,050元 4,410 元 2,070元 每年節電費 3,120 元 回收年限 3.1 年 4.0 年 燈具價格 12,000 元 換裝費用 3,000 元 1,500 元

商業大樓照明 LED照明 螢光燈半間接照明 晝光利用 LED出口指示燈 複金屬下照燈 CFL嵌燈

商業大樓晝光照明系統

結論與建議 現代化照明必須滿足「節能」、「環保」 與「人因」需求。 『整體』規劃為照明質之提升與解決照明耗能量必要手法。 照明管理系統具備管理、控制及營造光環境之功能，為照明省 能、高品質最有利工具。 充分整合高效率光源體、低污染燈具、控制元件與系統、照 明設計以及適當清潔，以實現優質照明系統與經濟效益理想。 • 電子與光之設計者互動更密切,晝光利用與數位化控制系統技術 將更普及；LED技術發展與將提升建築照明能源效率。