一般辦公室T-Bar方型燈具新興節能光源適用性之研究

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(1)國立高雄大學都市發展與建築研究所碩士論文. 一般辦公室一般辦公室 T-Bar 方型燈具方型燈具新興節能光源適用燈具新興節能光源適用性新興節能光源適用性之研究 A Study on the Applicability of Using the Emerging Energy Saving Light Sources in T-Bar Square Luminaires for Office Lighting. 研究生：研究生：張力元撰指導教授：指導教授：劉安平博士中華民國一○ 中華民國一○一年七月.

(2) 一般辦公室一般辦公室 T-Bar 方型燈具新興節能光源適用方型燈具新興節能光源適用性新興節能光源適用性之研究指導教授：劉安平博士高雄大學都市發展與建築研究所學生：張力元高雄大學都市發展與建築研究所摘要經濟部能源局 2010 年統計資料顯示，台灣每年照明用電佔全國總用電量 11.3%，辦公室照明耗電占建築總用電量 27.2%，改善照明耗能有助於提升建築節能成效。一般辦公室的輕鋼架天花板照明，光源是以 T8 或 T5 螢光燈為主。為達成照明節能，發光二極體(LED)或冷陰極管(CCFL)之類的新興節能光源燈具已被開發及使用。這些新節能燈具為提供更換便利性和較低燈具開發成本，基本上還是以 T8 燈管型式呈現，但不同光源特性卻套用傳統燈具，其適宜性必須被檢視。本研究是以辦公室燈具離地高度 240cm 的環境，兼顧照度均齊性及照明耗能，提出新節能光源取代傳統螢光燈之使用建議。有關於本研究的九種燈具適用性比較，主要的成果如下： 1. 若改變 LED 和 CCFL 燈具的燈管設置方向，導致其工作面照度分佈明顯改變的主要因素是燈具構造型式，而非光源類型。 2. 在燈中心間距 240cm 時，側光 LED 擴散發光板燈具和 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具的均齊度低於螢光燈具且不符合 CIE 建議值，分別為 0.67 和 0.68。此情況能隨燈具高度增加而大幅改善，但工作面照度值會減少。其餘五種新興節能光源燈具的均齊度皆符合 CIE 建議值，且與螢光燈之間無明顯的差異。 3. T8 LED 霧面管壁燈管燈具和 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具的建議配置方式是燈中心間距 240cm。其餘五種新節能光源燈具的配置建議是燈中心間距 180cm。此時，T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具的燈管設置方向為平行基準軸，其餘燈具為垂直基準軸。 4. 側光 LED 擴散發光板燈具能提供相對較高的工作面照度，適用於精細作業需求。LED 直下照射擴散型燈具產生的工作面照度低於 300lux，適用於低照度需求環境。其餘燈具可輔以工作照明而使用於一般辦公室環境。 5. 在一般辦公室，可替代 T8 和 T5 螢光燈的新興節能光源燈具有三種：T8 LED 霧面管壁燈管燈具、T8 CCFL 透明管壁燈管燈具、T8 LED 透明管壁燈管燈具。可替代 T8 螢光燈者有二種：T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具、CCFL 直下聚光型燈具。關鍵字：發光二極體、冷陰極管、照度均齊性、均齊度、單位面積照明用電功率、新興節能光源. Ⅰ.

(3) A Study on the Applicability of Using the Emerging Energy Saving Light Sources in T-Bar Square Luminaires for Office Lighting Advisor: Dr. Liu, An-Ping Graduate Institute of Urban Development and Architecture National University of Kaohsiung Student: Chang, Li-Yuan Graduate Institute of Urban Development and Architecture National University of Kaohsiung Abstract According to the 2010 statistics of the Bureau of Energy, Ministry of Economic Affairs, lighting accounted for 11.3% of total domestic power consumption, whilst office lighting contributed to 27.2% of total power consumption in building sector. Therefore, reducing the lighting energy consumption is able to help enhancing the effectiveness of building energy saving. T8 and T5 fluorescent lamps are the commonly used T-bar ceiling lights in offices. A few of emerging energy-saving lights, such as LED or CCFL, have been developed and used for lighting energy saving. All such newly developed energy efficient light sources can provide the convenience of lamp replacement and a lower cost of developing lighting fixtures, yet they still use the traditional T8 fluorescent tube as the light source, accordingly, the applicability of using entirely different lighting sources by means of traditional lighting fixtures needs to be further investigated. The aim of this research is to propose some practicable suggestions relating to the use of emerging energy-saving light sources to replace traditional fluorescent lamps in an office environment, where the ceiling height is 240cm. Such an evaluation concerns both of the uniformity of illuminance and the lighting energy consumption. Based on the comprehensive analysis and comparison of nine types of lighting fixtures used in this study, the key findings are as follows: 1. If the direction of light tubes within a LED or CCFL lighting fixtures is changed, the cause of resulting in noticeable difference in illuminance distribution is the structure of lighting fixture, not the light source itself. 2. When the distance between the central points of two lights is 240cm, the uniformity of the edge-lit SMD LED light panel with diffuser and the T8 CCFL straight grain lighting tubes is lower than fluorescent lamps and not in accordance with CIE requirements , which are 0.67 and 0.68 respectively. Such a situation can be improved, if the height of the lighting fixture increases, however, the illuminance on the working plane also will be decreased. The uniformity of the Ⅱ-1.

(4) remaining five emerging energy-saving light sources is in accordance with CIE requirements, and have no significant difference with fluorescent lighting fixtures. 3. The suggested distance between the central points of the T8 LED light with translucent tube or the T8 CCFL light with transparent tube is 240cm. For the other five emerging energy-saving lights, such a suggested distance is 180cm. Additionally, the direction of the T8 CCFL straight grain lighting tube is set out in parallel with the central line connecting both lighting fixtures. For the rest, the direetion of lighting tube is perpendicular to such a line. 4. The edge-lit SMD LED light panel with diffuser can offer a higher illuminance on the working plane, which is suitable for the working environments required higher light level. The LED backlighting luminaire with diffuser is suitable for a working environment with low lighting demands, i.e. the illuminance of the working plane is less than 300lux. The other lighting fixtures are suitable for general office working environments. 5. In an office environment, there are three types of emerging energy-saving lights which can replace T8 and T5 fluorescent lamps: T8 LED light with translucent tube, T8 CCFL light with transparent tube and T8 LED light with transparent tube. Both of the T8 CCFL straight grain lighting tubes and the CCFL backlighting luminaire with diffuser can only be used to replace the T8 fluorescent lamps. Key Words: LED, CCFL, Uniformity of Illuminance, Uniformity, UPD, Emerging Energy Saving Light Sources. Ⅱ-2.

(5) 謝誌. 本論文得以完成，首先要感謝自己聰明的頭腦和強而有力的心臟，使自己身陷論文火海時，還能掃除重重障礙，克服各種危機。寫作的過程中，雖然章章充滿坎坷，字字充滿艱辛，但自己深信自己就像台灣水牛一樣毅力不拔，始終不願放棄，在此對自己致上十二萬分的敬意與謝意。同時也感謝恩師劉安平大博士辛苦修改我的曠世巨作，使得本論文內容更加充實，言詞更加暢順。其次要感謝蘇榮宗大學長和杏珍大助理無怨無悔的幫忙，節省了實驗前置作業的時間，也感謝山釜科技、鼎商科技、發菱科技無條件提供實驗所需燈具，為高雄大學史上最偉大的照明實驗奠定了良好的基礎。最後，感謝丁叔叔、筱萍阿姨、瓊秋阿姨夫妻、吳英真叔叔等父輩朋友在我身處異鄉時，供吃、供住、供車、供人、供資源，以及感謝我親愛的家人，使我在沒有任何生活的壓力下，順利完成論文。. 張力元謹誌於 2012 年 7 月. Ⅲ.

(6) 目錄中文摘要............................................................................................................................... Ⅰ. 英文摘要............................................................................................................................... Ⅱ-1. 謝誌....................................................................................................................................... Ⅲ 目錄....................................................................................................................................... Ⅳ-1 表目錄................................................................................................................................... Ⅴ. 圖目錄................................................................................................................................... Ⅵ-1. 第一章緒論 1.1 研究緣起................................................................................................................... 1-1. 1.2 研究目的及內容...................................................................................................... 1-3 1.2.1 研究目的............................................................................................................ 1-3. 1.2.2 研究內容............................................................................................................ 1-3. 1.3 研究方法與流程...................................................................................................... 1-4. 1.3.1 研究方法............................................................................................................ 1-4. 1.3.2 研究流程............................................................................................................ 1-5. 第二章文獻回顧 2.1 發光二極體照明應用.............................................................................................. 2-1. 2.1.1 發光原理與基本構造...................................................................................... 2-1 2.1.2 照明應用問題................................................................................................... 2-2 2.1.3 未來應用趨勢................................................................................................... 2-3 2.2 冷陰極管照明應用.................................................................................................. 2-4. 2.2.1 發光原理與基本構造...................................................................................... 2-4 2.2.2 未來應用趨勢................................................................................................... 2-6 2.3 螢光燈照明............................................................................................................... 2-7. 2.3.1 發光原理與基本構造...................................................................................... 2-7 2.3.2 未來發展趨勢................................................................................................... 2-8 Ⅳ-1.

(7) 2.4 辦公室照度規範...................................................................................................... 2-8 2.4.1 照度標準............................................................................................................ 2-8. 2.4.2 照度均齊性....................................................................................................... 2-9 2.5 辦公室燈具配置與照明用電密度規定................................................................ 2-10. 2.5.1 主要工作區燈具配置...................................................................................... 2-10 2.5.2 靠牆側燈具配置............................................................................................... 2-11. 2.5.3 辦公室照明用電功率...................................................................................... 2-12 2.6 配光曲線與照度分佈.............................................................................................. 2-13. 2.6.1 配光曲線............................................................................................................ 2-13. 2.6.2 照度分佈............................................................................................................ 2-14. 第三章實驗計畫 3.1 實驗環境設計.......................................................................................................... 3-1 3.1.1 照度感測器配置............................................................................................... 3-2. 3.1.2 燈具位置與方向............................................................................................... 3-3. 3.1.3 燈具類型............................................................................................................. 3-6 3.2. 量測儀器與設備..................................................................................................... 3-9 3.3 實驗限制................................................................................................................... 3-10. 3.4 實驗誤差校正.......................................................................................................... 3-14 3.4.1 照度感測器校正............................................................................................... 3-14. 3.4.2 感測器移動後之校正...................................................................................... 3-17 3.5 單位面積照明用電功率.......................................................................................... 3-18. 3.6 工作面照度均齊性.................................................................................................. 3-20. 第四章實驗結果分析 4.1 單盞燈具之照度分佈........................................................................................ 4-1 4.1.1 螢光燈光源....................................................................................................... 4-1 4.1.2 LED 光源............................................................................................................ Ⅳ-2. 4-6.

(8) 4.1.3 CCFL 光源......................................................................................................... 4-14 4.1.4 小結.................................................................................................................... 4-20 4.2 雙盞燈具之照度分佈.............................................................................................. 4-23. 4.2.1 螢光燈光源....................................................................................................... 4-23 4.2.2 LED 光源............................................................................................................ 4-28 4.2.3 CCFL 光源......................................................................................................... 4-39 4.2.4 小結.................................................................................................................... 4-47 4.3 新興節能光源燈具取代傳統燈具可能性比較.................................................... 4-53 4.3.1 傳統螢光燈具選擇........................................................................................... 4-53. 4.3.2 LED 燈具與螢光燈具比較.............................................................................. 4-54 4.3.3 CCFL 燈具與螢光燈具比較............................................................................ 4-58 4.3.4 LED 燈具與 CCFL 燈具比較........................................................................... 4-61 4.3.5 小結.................................................................................................................... 4-62 第五章結論與建議 5.1 結論............................................................................................................................ 5-1. 5.2 建議............................................................................................................................ 5-5. 5.2.1 應用注意事項....................................................................................................... 5-5 5.2.2 後續研究方向....................................................................................................... 5-6 參考文獻............................................................................................................................... Ⅷ-1. 附錄一 CNS 照度測定法.................................................................................................. Ⅸ-1 附錄二單盞燈具之實測等照度分佈圖.......................................................................... Ⅸ-5. 附錄三雙盞燈具之實測等照度分佈圖.......................................................................... Ⅸ-10. 附錄四各類燈具在不同條件之工作面照度均齊性比較............................................ Ⅸ-28. Ⅳ-3.

(9) 表目錄. 表 1-2-1 燈具設置的組合方式......................................................................................... 1-4 表 2-4-1 CNS 12112 的辦公室照度規定.......................................................................... 2-9 表 2-4-2 國外的均齊度建議值......................................................................................... 2-10 表 2-5-1 各國的辦公室照明用電密度基準.................................................................... 2-12 表 3-3-1 各種燈管型式消耗功率..................................................................................... 3-13 表 3-5-1 各種燈具配置的照明面積估算值.................................................................... 3-19 表 3-5-2 各類燈具配置的單位面積照明用電功率比較.............................................. 3-19 表 4-1-1 單盞燈具之基準軸工作面照度值變化資料彙整.......................................... 4-22 表 4-2-1 燈具離地高度 240cm 建議配置方式彙整....................................................... 4-47 表 4-2-2 燈具高度增加對燈中心間距 240cm 配置的工作面照度和均齊度影響.... 4-50 表 4-2-3 燈具高度增加對燈中心間距 240cm 配置的工作面照度和均齊度影響.... 4-52 表 4-3-1 側光 LED 擴散發光板和螢光燈具的照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較..................................................................................................... 4-55 表 4-3-2 LED 直下照射擴散型和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較............................................................................................................... 4-56. 表 4-3-3 T8 LED 透明管壁燈管和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較............................................................................................................... 4-57. 表 4-3-4 T8 LED 霧面管壁燈管和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較............................................................................................................... 4-58. 表 4-3-5 CCFL 直下聚光型和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較................................................................................................................... 4-59 表 4-3-6 T8 CCFL 透明管壁燈管和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較........................................................................................................... V-1. 4-60.

(10) 表 4-3-7 T8 CCFL 條紋管壁燈管和螢光燈在照度、均齊度以及單位面積照明用電功率比較........................................................................................................... 4-61. 表 4-3-8 可替代螢光燈具之 LED 燈具和 CCFL 燈具................................................. 4-62 表 4-3-9 一般辦公室的各類型燈具選用順序建議....................................................... 4-63 表 5-1-1 燈具構造類型區分的新興節能光源燈具....................................................... 5-2 表 5-1-2 各類型燈具在離地高度 240cm 的建議配置間距和燈管設置方向............ 5-3 表 5-1-3 各類型燈具適用的辦公室作業環境............................................................... 5-4 表 5-1-4 建議之可替代傳統螢光燈具的新興節能光源燈具...................................... 5-5. V-2.

(11) 圖目錄. 圖 1-3-1 研究流程................................................................................................................. 1-5 圖 2-1-1 LED 發光原理......................................................................................................... 2-1 圖 2-1-2 LED 照明產品......................................................................................................... 2-2 圖 2-1-3 LED 路燈表面的溫度分佈.................................................................................... 2-3 圖 2-1-4 LED 發光效率提升趨勢........................................................................................ 2-3 圖 2-1-5 LED 照明產品......................................................................................................... 2-4 圖 2-1-6 LED 燈管................................................................................................................. 2-4 圖 2-1-7 SMD LED 附著於燈具燈頂板.............................................................................. 2-4 圖 2-2-1 CCFL 發光原理...................................................................................................... 2-5 圖 2-2-2 CCFL 燈管形式...................................................................................................... 2-5 圖 2-2-3 CCFL 形式螢光燈管.............................................................................................. 2-6 圖 2-2-4 CCFL 燈管形式的燈具.......................................................................................... 2-6 圖 2-2-5 LCD 顯示器的 CCFL 背光源構造........................................................................ 2-6 圖 2-3-1 螢光燈發光原理.................................................................................................... 2-7 圖 2-3-2 T85 轉接器............................................................................................................... 2-8 圖 2-5-1 不同案例辦公室主要工作區照明配置.............................................................. 2-11 圖 2-5-2 不同案例辦公室靠牆側照明配置...................................................................... 2-12 圖 2-6-1 燈具配光曲線........................................................................................................ 2-13 圖 2-6-2 等照度分佈圖........................................................................................................ 2-15 圖 3-1-1 實驗空間環境佈置................................................................................................ 3-1 圖 3-1-2 工作面照度實測與推算範圍示意圖.................................................................. 3-2 圖 3-1-3 測點配置平面圖.................................................................................................... 3-3 圖 3-1-4 第一次量測時光照度感測器位置...................................................................... 3-3 圖 3-1-5 第二次量測時光照度感測器位置...................................................................... 3-3 Ⅵ-1.

(12) 圖 3-1-6 燈中心間距與燈管方向的平面位置示意圖..................................................... 3-4 圖 3-1-7 燈中心間距與燈具高度配置示意圖.................................................................. 3-5 圖 3-1-8 各類型燈具剖面示意圖....................................................................................... 3-7 圖 3-1-9 實驗燈具類型........................................................................................................ 3-9 圖 3-2-1 量測儀器與設備.................................................................................................... 3-10 圖 3-3-1 實驗用燈具外觀示意........................................................................................... 3-11 圖 3-3-2 LED 光源排列形式............................................................................................... 3-12. 圖 3-3-3 CCFL 光源排列形式.............................................................................................. 3-12 圖 3-3-4 實驗場地實景........................................................................................................ 3-13 圖 3-4-1 感測器放置於底座................................................................................................ 3-14 圖 3-4-2 感測器放置於相同量測條件的環境.................................................................. 3-15 圖 3-4-3 LI-COR 感測器與 MINOLTA 照度計的即時比對............................................. 3-15 圖 3-4-4 12 個照度感測器的修正係數取得....................................................................... 3-16 圖 3-4-5 兩次量測之照度值修正....................................................................................... 3-17 圖 3-5-1 燈具數量相關之照明面積範圍示意圖.............................................................. 3-18 圖 3-6-1 工作面照度均齊性檢討的軸線劃分示意圖..................................................... 3-21 圖 3-6-2 照度均齊性比較範圍示意圖............................................................................... 3-21 圖 4-1-1 單盞 T8 螢光燈的等照度分佈圖......................................................................... 4-2 圖 4-1-2 單盞 T8 螢光燈在基準軸的照度變化................................................................ 4-3 圖 4-1-3 單盞 T8 螢光燈燈具的高度增加對基準軸照度的影響................................... 4-3 圖 4-1-4 單盞 T5 螢光燈的等照度圖分佈圖..................................................................... 4-4 圖 4-1-5 單盞 T5 螢光燈在基準軸的照度分佈................................................................ 4-5 圖 4-1-6 單盞 T5 螢光燈燈具的高度增加對基準軸照度的影響.................................. 4-6 圖 4-1-7 單盞側光 LED 擴散發光板燈具的等照度分佈圖............................................ 4-7 圖 4-1-8 單盞側光 LED 擴散發光板燈具在基準軸的照度分佈.................................. 4-8. 圖 4-1-9 單盞側光 LED 擴散發光板燈具的高度增加對基準軸照度的影響.............. 4-8. Ⅵ-2.

(13) 圖 4-1-10 單盞 LED 直下照射擴散型燈具的等照度分佈圖......................................... 4-9 圖 4-1-11 單盞 LED 直下照射擴散型燈具在基準軸的照度分佈................................. 4-10 圖 4-1-12 單盞 LED 直下照射擴散型燈具的高度增加對基準軸照度的影響............ 4-10 圖 4-1-13 單盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具的等照度分佈圖....................................... 4-11 圖 4-1-14 單盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具在基準軸的照度分佈................................ 4-12 圖 4-1-15 單盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具的高度增加對基準軸照度的影響.......... 4-12 圖 4-1-16 單盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具的等照度分佈圖....................................... 4-13 圖 4-1-17 單盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具在基準軸的照度分佈................................ 4-14 圖 4-1-18 單盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具的高度增加對基準軸照度的影響......... 4-14 圖 4-1-19 單盞 CCFL 直下聚光型燈具的等照度分佈圖................................................ 4-15 圖 4-1-20 單盞 CCFL 直下聚光型燈具在基準軸的照度分佈...................................... 4-16 圖 4-1-21 單盞 CCFL 直下聚光型燈具的高度增加對基準軸照度的影響.................. 4-16 圖 4-1-22 單盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具的等照度分佈圖...................................... 4-17 圖 4-1-23 單盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具在基準軸的照度分佈............................. 4-18 圖 4-1-24 單盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具的高度增加對基準軸照度的影響........ 4-18 圖 4-1-25 單盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具的等照度分佈圖...................................... 4-19 圖 4-1-26 單盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具在基準軸的照度分佈............................. 4-20 圖 4-1-27 單盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具的高度增加對基準軸照度的影響........ 4-20 圖 4-2-1 雙盞 T8 螢光燈燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖...... 4-24 圖 4-2-2 雙盞 T8 螢光燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時不同燈中心間距的等照度分佈圖................................................................................................... 4-25 圖 4-2-3 雙盞 T8 螢光燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈.............................. 4-25 圖 4-2-4 雙盞 T5 螢光燈燈具、高度 240cm、燈中心間距 180cm 的等照度分佈圖...... 4-26 圖 4-2-5 雙盞 T5 螢光燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時不同燈中心間距的等照度分佈圖................................................................................................... 4-27 圖 4-2-6 雙盞 T5 螢光燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈.............................. 4-28. Ⅵ-3.

(14) 圖 4-2-7 雙盞側光 LED 擴散發光板燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖............................................................................................................ 4-29. 圖 4-2-8 雙盞側光 LED 擴散發光板燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖........................................................................................................ 4-30. 圖 4-2-9 雙盞側光 LED 擴散發光板燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈..... 4-31 圖 4-2-10 雙盞 LED 直下照射擴散型燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖...................................................................................................... 4-32. 圖 4-2-11 雙盞 LED 直下照射擴散型燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖...................................................................................................... 4-33. 圖 4-2-12 雙盞 LED 直下照射擴散型燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈... 4-34 圖 4-2-13 雙盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖...................................................................................................... 4-34. 圖 4-2-14 雙盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖................................................................................................. 4-35 圖 4-2-15 雙盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈.. 4-36 圖 4-2-16 雙盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖...................................................................................................... 4-37. 圖 4-2-17 雙盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖................................................................................................. 4-38 圖 4-2-18 雙盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈.. 4-39 圖 4-2-19 雙盞 CCFL 直下聚光型燈具、高度 240cm、燈中心間距 120cm 的等照度分佈圖.............................................................................................................. 4-40 圖 4-2-20 雙盞 CCFL 直下聚光型燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖.......................................................................................................... 4-41. 圖 4-2-21 雙盞 CCFL 直下聚光型燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈.......... 4-42. Ⅵ-4.

(15) 圖 4-2-22 雙盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具、高度 240cm、燈中心間距 240cm 的等照度分佈圖................................................................................................. 4-42 圖 4-2-23 雙盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具、高度 240cm、燈管與基準軸垂直時的等照度分佈圖................................................................................................. 4-43 圖 4-2-24 雙盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈........................................................................................................................... 4-44. 圖 4-2-25 雙盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具、高度 240cm、燈中心間距 180cm 的等照度分佈圖................................................................................................. 4-45 圖 4-2-26 雙盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具、高度 240cm、燈管與基準軸平行時的等照度分佈圖................................................................................................. 4-46 圖 4-2-27 雙盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具在不同燈中心間距的基準軸照度分佈........................................................................................................................... 4-46. 圖 4-2-28 雙盞側光 LED 擴散發光板燈具在基準軸上照度變化................................ 4-49 圖 4-2-29 雙盞 LED 直下照射擴散型燈具在基準軸上照度變化................................ 4-49 圖 4-2-30 雙盞 T8 LED 透明管壁燈管燈具在基準軸上照度變化................................ 4-49 圖 4-2-31 雙盞 CCFL 直下聚光型燈具在基準軸上照度變化....................................... 4-50 圖 4-2-32 雙盞 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具在基準軸上照度變化............................. 4-50 圖 4-2-33 雙盞 T8 LED 霧面管壁燈管燈具在基準軸上照度變化................................ 4-51 圖 4-2-34 雙盞 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具在基準軸上照度變化............................. 4-51 圖 4-2-35 雙盞 T8 螢光燈具在基準軸上照度變化.......................................................... 4-52 圖 4-2-36 雙盞 T5 螢光燈具在基準軸上照度變化.......................................................... 4-52 圖 4-3-1 雙盞螢光燈具在高度 240cm、燈中心間距 240cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖............................................................................................................ 4-53. 圖 4-3-2 側光 LED 擴散發光板燈具在高度 240cm、燈中心間距 180cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖.................................................................................. 4-54. Ⅵ-5.

(16) 圖 4-3-3 LED 直下照射擴散型燈具在高度 240cm、燈中心間距 180cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖........................................................................................ 4-55. 圖 4-3-4 T8 LED 透明管壁燈管燈具在高度 240cm、燈中心間距 180cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖.................................................................................... 4-56. 圖 4-3-5 T8 LED 霧面管壁燈管燈具在高度 240cm、燈中心間距 240cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖.................................................................................... 4-57. 圖 4-3-6 CCFL 直下聚光型燈具在高度 240cm、燈中心間距 180cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖............................................................................................ 4-59 圖 4-3-7 T8 CCFL 透明管壁燈管燈具在高度 240cm、燈中心間距 240cm、燈管垂直基準軸的等照度分佈圖.................................................................................... 4-60. 圖 4-3-8 T8 CCFL 條紋管壁燈管燈具在高度 240cm、燈中心間距 180cm、燈管平行基準軸的等照度分佈圖.................................................................................... Ⅵ-6. 4-61.

(17) 第一章緒論. 1.1 研究緣研究緣起. 台灣是一個海島型國家，資源有限，99%的能源須仰賴進口。能源類型主要是以化石燃料為主，包含石油(佔49.46%)、煤(佔32.42%)、天然氣(佔9.42%)。然而全球化石能源的蘊藏量有限，人類當前對於能源的過度開採與依賴，勢必面臨化石燃料枯竭的問題。. 為因應化石能源面臨枯竭的窘境，世界各國都在積極的尋找新的替代能源，包含太陽能、風力、水力、潮汐、地熱、生質能、核能等。這些看似環保且取之不盡的能源，在實際上其使用環境也是有限制的。例如，太陽能發電，雖然可由太陽提供源源不絕的能量，但其光電轉化過程必須以太陽電池做為一種媒介。這種太陽電池在目前的主要材料還是以結晶矽為主，其可開採數量還是有限的。此外，風力發電系統的塔桿、扇葉以及機械零件等的製作過程也會有某種程度的能源消耗問題。因此，新能源的開發，特別是太陽能部分，仍有諸多影響其發電效率的問題是無法被有效改善的，如何節能自然就成為一項必要的且無法避免的選擇。. 一般而言，建築產業是經濟發展的火車頭工業，其產業的耗能情形已與工業耗能及交通耗能等並列為主要的國家能耗源頭，因此，在建築節能減碳方面的努力更應被重視及提升。建築物對能源的消耗是以各種電器設備的用電為主，特別是空調和照明用電兩部份。照明用電的節能在過去是被許多設計者和使用者忽略的部分。經常會因採用錯誤的光源或燈具或不當的燈具配置方式，造成不必要的能源浪費。雖然照明用電只占建築物整體電力負載的 10~15%，但以一棟建築物的使用時間或生命週期 50 年而言，長期累. 1-1.

(18) 積的電力耗用也是相當可觀。建築物的生命週期耗能包括在規畫、設計、施工、使用、更新、拆除等六階段的能源使用。但在使用維護與更新階段的能源耗用會因規畫設計的適當與否而有很大變化。基於此，完善的照明系統規畫與設計，有助於減輕建築物對能源的依賴程度。. 經濟部能源局 2010 年能源產業技術白皮書的統計資料顯示，台灣每年照明用電約 260 億度，佔全國總用電量的 11.3%。辦公室照明耗電佔建築整體用電量的 27.2%，其耗電量僅次於空調設備。因此，改善照明耗能將有助於提升建築物節能減碳的成效。一般而言，影響照明耗能最關鍵的因子包含光源種類、燈具類型以及燈具配置方式等。光源的節能考量是以發光效率為主，即每瓦產生的流明數。發光效率越高越省能。即使是高光效的光源也必須搭配合適的燈具，才能使光被充分利用或避免光損失過大。正確的照明燈具配置方式必須針對不同空間屬性、使用者行為或作業的特性以及年齡差異等進行適當的光環境設計，自然可以有效降低對能源過度浪費的問題。. 一般辦公室大多採用輕鋼架型式的全般照明。其光源選擇是以 T8 或 T5 型螢光燈管為主。近年來，為了照明節能目的，較高光效的綠色照明產品紛紛出現，像採用 CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp)冷陰極燈管、LED (Light-Emitting Diode)發光二極體燈管等的照明燈具。這些新興的節能照明產品都是以取代市場上目前普遍使用的 T8 或 T5 型螢光燈管，企圖成為未來照明市場的主流。各類型所謂的節能綠色光源為了提升其產品的競爭力，必須將其光源使用予以商品化，但在市面上出現的各種綠色照明產品，例如 CCFL 和 LED，基本上還是以 T8 或 T5 型燈管的燈具形式呈現，藉由更換的便利性和較少的燈具開發成本來開拓其在照明市場的佔有率。. 新興的 LED 或 CCFL 節能照明產品其光源本身的特性與傳統光源並不相同，經由套用傳統的燈具形式是否能滿足使用者對照明的需求?這是本研究的動機，也就是從建築光環境中照度均齊性的觀點，在兼顧照明耗能的考量下，探討新興節能綠色光源取代傳統螢光燈管在辦公室環境的適用性。 1-2.

(19) 1.2 研究目的及內容. 1.2.1 研究目的. 本研究的基本課題是以照度均齊性和照明節能設計的觀點探討 LED 與 CCFL 節能燈具在辦公室環境應用之適宜性。經由一系列的實驗量測作業取得相關的照度分佈數據，包括不同光源與燈具結合模式在各種設置條件下的照度均齊性變化，並以 CNS 國家標準照度規範來檢討各種燈具的適用空間，也包括單位面積照明用電功率的比較。本研究之目的彙整如下：一、瞭解 LED 和 CCFL 光源安裝於傳統 T-Bar 燈具時，工作面上產生的照度分佈是否和螢光燈一樣會因燈管設置方向的不同而改變。二、分析各種 LED 和 CCFL 燈具在工作面上照度分佈均齊性的變化，並探討其與螢光燈具之間的差異。三、從工作面照度分佈情形與燈具的較佳設置方式以及不同燈具的單位面積照明用電功率的觀點來輔助分析並說明各種 LED 和 CCFL 的適用性。四、提出螢光燈被 LED 和 CCFL 燈具取代可能性的設計建議。. 1.2.2 研究內容. 基於上述研究目的，本研究採用的實驗燈具類型包含四種 LED 燈具、三種 CCFL 燈具以及兩種螢光燈具。其中，LED 與 CCFL 的七種類型燈具是本研究的主要對象。在辦公室環境，螢光燈是目前最普遍使用的光源，為瞭解其被替代的可能性，因而做為 LED 與 CCFL 燈具實驗數據分析的對照組。所有的燈具都經過 12 種不同位置和二種燈管方向的量測，詳表 1-2-1。最後經由數據的彙整及分析，提出在上述之研究目的內列出的各項研究事項的最佳答案。. 1-3.

(20) 表 1-2-1 燈具設置的組合方式. 設置類別燈具高度. 離地面 240cm、270cm (工作面高度 74cm). 燈具間距. 燈中心間距 120cm、180cm、240cm. 燈管方向. 燈管縱軸與基準軸平行、與基準軸垂直. 1.3 研究方法與流程. 1.3.1 研究方法. 一、文獻研究法. 文獻資料的回顧包括節能光源類型與現況問題調查以及 CNS 對照度規範的相關事宜。在節能光源部份主要是有關 LED、CCFL、螢光燈等三種光源的發展背景，特別是這些光源的發光特性及構造類型、目前發展趨勢。在 CNS 照度規範部份，包括 CNS 照度測定規範提出的須注意事項。為協助實驗數據的分析也查閱相關燈具的基礎資料包含配光曲線以及 CNS 照度標準和國外的照度均齊性建議值。. 二、實驗分析法. 在一般的辦公室，其天花板通常採用 T-Bar 型式的構造，並使用 T-Bar 類型燈具，因此，本研究的辦公室照明環境建構是以此為準，且可調整天花板燈具的高度。其次，雖然工作面照度分佈的預測值目前已可由電腦模擬方式取得，但為獲得較為實際的等照度分佈圖，本研究採用 12 顆照度感測器來進行直接量測並提供相關的數據。同時為確保實驗數據的可信度，相同儀器設備或系統誤差問題的避免均已事先考量並提出修正的較佳解決方式。. 1-4.

(21) 1.3.2 研究流程. 本研究的整體流程如圖 1-3-1 所示。. 研究緣起研究主題確定研究目的文獻回顧. 節能光源類型與現況問題. 辦公室照度規範. 文獻資料蒐集 LED 發光二極體. CCFL 冷陰極管. CNS 標準. 螢光燈. 均齊度建議值. 研究範圍與內容確立實驗設計實驗前置作業儀器架設與校正. 實驗組. 對照組. 實驗操作 LED 燈具. CCFL 燈具. 螢光燈燈具. (4 組). (3 組). (T5 燈管與 T8 燈管). 數據分析數據解析結論與建議圖 1-3-1 研究流程. 1-5.

(22) 第二章文獻回顧本章內容包含 LED 與 CCFL 二種新興的節能光源的發展過程與應用問題，同時也彙整與辦公室照度評估相關的標準與各國的均齊度建議值。為使實驗結果能與實務相結合，也進行辦公室照明配置現況的調查，包含燈具配置位置、燈具中心間距、燈具與牆面的間距。另外，照明用電密度計算方法和標準以及配光曲線和工作面照度也一併說明。. 2.1 發光二極體照明發光二極體照明應用照明應用. 2.1.1 發光原理與基本構造發光原理與基本構造. 發光二極體 LED (Light-Emitting Diode)是一種半導體元件，經由其晶粒中帶正電的 P 型半導體和帶負電的 N 型半導體，可將電能轉化為光。換言之，在 LED 元件兩端的電極通入電流，能使半導體上的電子與電洞結合，在 PN 介面上產生可見光。發光二極體屬於冷光的發光型態。. 圖 2-1-1 LED 發光原理 (資料來源：Seiya). LED 光源包含 LED 和 SMD LED 等。LED (或 Lamp LED)屬於插件型 LED，具有針腳。其外觀有橢圓、冰棒、平頭或食人魚等不同樣式。這種 LED 大多數被使用於戶外的顯示幕、交通號誌燈或指示燈，但在目前也已被應用於室內照明(圖 2-1-2a)。SMD LED 是一種表面黏附的貼片式 LED 元件，厚度極薄，主要做為手機、筆記型電腦、電 2-1.

(23) 視液晶螢幕等的背光源。事實上，室內照明應用的 LED 光源目前是以 SMD LED 居多數(圖 2-1-2b)。為了提供更好的 LED 發光效率和照明品質，市場上已出現集成式 LED 芯片(圖 2-1-2c)。此種芯片組裝的燈具，不同於以往的多顆 LED 組合方式，視覺效果相對比較好，且不會出現光色不均勻的現像。若使用於室內照明通常會出現過亮現象，因此大多被使用在路燈上(圖 2-1-2d)。. (a) Lamp LED (資料來源：日銓電子網站). (b) SMD LED (資料來源：金立翔科技). (c) 集成式 LED 芯片 (資料來源：樂翼光電科技). (d) LED 芯片路燈光源 (資料來源：兆勁太陽能光伏發電). 圖 2-1-2 LED 照明產品. 2.1.2 照明應用問題照明應用問題. LED 的光效(市售產品約 80~110lm/W、實驗室為 100~200lm/W)、壽命(10 萬小時)、耐震(不含鎢絲)、環保(不含汞)、健康(無紫外線)等優勢是傳統光源不及的部份，因而使 LED 在未來照明市場中被看好。但 LED 照明仍有許多問題須待克服，例如 LED 初期成本高的價格問題，使其至今還是較難以普及。其次是 LED 的散熱會影響其壽命的問題，雖然 LED 是一種冷光源，在 LED 面的發熱量低，但 LED 多為複數型態的應用，因而在其周邊的非 LED 面有很大的發熱量。散熱問題若處理不當將大幅降低 LED 的發光效率和壽命。圖 2-1-3 顯示 LED 燈具在其 LED 排列區域之外部份的溫度是相對的比較高， 2-2.

(24) 以此燈具而言，其溫度普遍是在 42℃以上。反之，在 LED 部分的溫度比較低。. (a) LED 點亮後的燈具外觀. (b) 紅外熱像圖顯示的溫度分佈. 圖 2-1-3 LED 路燈表面的溫度分佈. 2.1.3 未來應用趨勢未來應用趨勢. 早期 LED 的發光效率較低，只能以單波長發光，因而是以號誌燈、指示燈用途為主。但隨著白光 LED 的開發和發光效率的不斷提升(圖 2-1-4)，再加上能源效率(非常低的耗電量)、成本節約(較長的產品壽命、低維護)、生態友善(不含汞、不含有毒氣體)、安全(無紫外線傷害、低電壓)、耐久性(固態技術的堅固性)、體積較小、壽命長(10 萬小時)等傳統照明產品幾乎無法達到的環境和成本效益優勢，LED 已成為當前的新世代綠色照明代表。基於上述理由，LED 已逐漸的被廣泛應用於建築照明，然而目前的 LED 照明產品，其外型基本上都是以使用傳統燈具的形式居多，如圖 2-1-5 所示。LED 照明產品的類型涵蓋燈泡、燈管以及輕鋼架類型的燈具。. 圖 2-1-4 LED 發光效率提升趨勢 (資料來源：電子工程世界網頁). 2-3.

(25) (a) LED 燈泡. (b) LED 燈管. (c) 輕鋼架型 LED 燈具. 圖 2-1-5 LED 照明產品. 以辦公室輕鋼架天花板的 T-Bar 型燈具為例，採用 LED 光源的燈具有兩種基本類型。第一種可與傳統燈具構造相容。這種輕鋼架型燈具使用的燈管是將 LED 或 SMD LED 以陣列方式安置在 T8 或 T5 管徑的螢光燈管內(圖 2-1-6)。第二種是直接將 SMD LED 直接粘附於燈具內側頂板上，無法像前者可以經由更換燈管的方式來利用傳統燈具 (圖 2-1-7)。此類型燈具通常會在 LED 投光方向加裝半透明的壓克力板，運用透射或折射等光學作用來控制光線的投射以及達到防眩光目的。. 圖 2-1-6 LED 燈管. 圖 2-1-7 SMD LED 附著於燈具燈頂板. 2.2 冷陰極管照明冷陰極管照明應用照明應用. 2.2.1 發光原理與基本構造發光原理與基本構造. 冷陰極管 CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) 的發光原理與 T8 或 T5 螢光燈類似，為氣體放電燈的一種。其發光過程是在兩端的電極施加電壓之後，由電極發射出電子，再透過電子撞擊管內的水銀氣體，放射出波長 253.7nm 的紫外光。這種紫外光激發管壁螢光粉之後能發出可見光(400~700nm) (圖 2-2-1)。另外一種與 CCFL 類似的螢光燈 2-4.

(26) 是 HCFL。CCFL 與 HCFL 的最大差異是在電極部分，CCFL 電極的電子發射不是熱電子發射，故稱冷陰極管；HCFL 則是讓電極的白熱燈絲發熱，並引起電子發射，故稱為熱陰極管。. 圖 2-2-1 CCFL 發光原理 (資料來源：定瑩光電). 冷陰極管的外觀樣式大致可分為四種類型：螺旋管(Spiral Tube)、直管(I-Tube)、U 管(U-Tube)、ㄇ管(ㄇ-Tube) (圖 2-2-2)。不同外型的燈管，其光源壽命也不相同。其中是以螺旋管的壽命最短，約為 30000 小時，其次為 U 管和ㄇ管，約為 40000 小時，直管的壽命最長，約為 50000 小時。. (a) 螺旋管 (Spiral Tube). (b) 直管 (I-Tube). (c) U 管 (U-Tube). (d) ㄇ管 (ㄇ-Tube). 圖 2-2-2 CCFL 燈管形式 (資料來源：誠創科技). 在目前的市場已有許多 CCFL 光源的燈泡或燈管。一般辦公室常用的 T-Bar 燈具也可能採用 CCFL 燈管產品。同樣的，CCFL 類型燈具也可分成兩種。第一種可與傳統燈具相容。這類型的燈具產品是將 U 型 CCFL 管放在 T8 管徑的玻璃燈管內，再將 CCFL 燈管組裝於 T-Bar 燈具中(圖 2-2-3)。其燈管更換方式和螢光燈無異。第二種是 CCFL 專 2-5.

(27) 屬的燈具，將 CCFL 燈管直接安裝於燈具內部頂板前方(圖 2-2-4)，通常會在燈具投光方向安裝聚光板或擴散板。後者的 CCFL 燈管拆除較為不易，因為燈管極細，容易斷裂。. 圖 2-2-3 CCFL 形式螢光燈管. 圖 2-2-4 CCFL 燈管形式的燈具. 2.2.2 未來應用趨勢. 在過去 CCFL 光源是被廣泛的使用在筆記型電腦、數位相機、手機等，做為其液晶平面顯示器(LCD)的背光源(圖 2-2-5)。但近年來，LED 憑藉著體積小(可減少傳統背光板的厚度)、環保 (CCFL 燈管含汞)、色彩表現佳(高對比度和更均勻的色彩)等優勢，已逐漸在 LCD 背光應用市場中取代 CCFL，導致 CCFL 面臨被淘汰的命運。換言之，CCFL 廠商面對市場獲利持續快速衰減的窘境，已開始思考轉型做為其他應用的可能性，例如照明燈具市場。. 圖 2-2-5 LCD 顯示器的 CCFL 背光源構造 (資料來源：維基百科) 2-6.

(28) 相對於傳統的螢光燈光源，CCF L的特性為發光效率佳(80lm/W)、壽命長( 5萬小時以上)、耐點滅(10萬次以上)、可調光(HCF L不可調光)、低發熱(減少冷房耗電)、比較環保(單支含汞量 3mg 以下)，再加上我國即將於 2012 年底開始禁用白熾燈泡，國內 CCFL 廠商已積極投入綠色照明應用的市場。. CCFL 屬於新一代環保節能的照明器具，其光效高(＞60lm/W)和環保(採用固態汞)，具有很好的競爭條件來取代傳統照明。但 CCFL 做為建築照明的光源，必須考量燈具設計的光學性能配合，才能更為提升其整體的發光效率，滿足使用需求。. 2.3 螢光燈照明螢光燈照明. 2.3.1 發光原理與基本構造發光原理與基本構造. 螢光燈(Fluorescent lamps)又稱為日光燈，屬於低壓水銀氣體放電燈。其發光原理是在燈管兩端電極通過電流後，發射電子來衝擊管內的低壓水銀蒸氣，產生 253.7nm 的紫外光。這種紫外光被管壁內側表面的螢光層(磷質)吸收後會發出可見光。. 螢光物質. 發. 光. 電極. 水銀原子和電子相撞產生紫外線. 電子. 圖 2-3-1 螢光燈發光原理 (資料來源：Panasonic 網站). 螢光燈依燈管外型可區分為三種：直管型、環型與 U 型。一般辦公室的輕鋼架螢光燈具使用直管型螢光燈。螢光燈管依直徑的不同，其規格可分為 T5 (5/8",15.5mmφ)、T8 (25.5mmφ)、T9 (29mmφ)、T10 (32mmφ)、T12 (38mmφ)等。T5、T8 與 T12 是較常用的直管型燈管，長度可達 8 呎。省電燈泡(CFL)通常使用 U 型或環型的螢光燈管，其管徑為 T4 (0.5")或 T2 (1/4")。由節能觀點言之，管徑越細，光源效率越高。也就是說，細管優於粗管，長管優於短管，直管優於環管。. 2-7.

(29) 2.3.2 未來發展未來發展趨勢發展趨勢. 相較於白熾燈泡，螢光燈管是比較便宜的，有較長的壽命，使用較少的電力。因此螢光燈是被大量使用在工業、商業或公共建築方面的最常見照明系統。在台灣辦公室常用的 T-bar 輕鋼架燈具，其光源選擇目前是以成本較低的 T8 或發光效率較高的 T5 為主要考慮，但新的商業辦公建築物幾乎都採用 T5 型螢光燈具。由於 T5 燈管無法使用在 T8 型燈具上，為鼓勵照明節能，目前在市場上已有 T85 轉接器，可將 T5 燈管安裝在 T8 型螢光燈燈具上(圖 2-3-2)。. 圖 2-3-2 T85 轉接器 (資料來源：拓普照明). 2.4 辦公室照度規範 2.4.1 照度標準. 充足的照度是構成優質照明環境的設計要素之一。一般而言，辦公場所的照度越高，對目標的辨識會較為容易及清晰。反之，照度不足必然會造成辨識事物的障礙。但設計照度也必須在合理範圍內，過高的照度有可能對使用者造成眩光的視覺不舒適問題，也會造成不必要的能源浪費。照度需求會因使用場所、使用行為或使用人的不同而有差異。我國的國家標準(CNS)對辦公室照度的規定請看表 2-4-1。. 表 2-4-1 列出的 CNS12112 有關於辦公場所的照度設計標準，其範圍是在 30lux 至 1500lux 之間，涵蓋範圍極廣。其主要考量是辦公場所的不同作業行為會導致對照度需求的差異。例如，若從事設計、製圖等比較精細的繪圖作業，工作面照度需求必須在 750lux 以上，因為照度若不足有可能導致工作效率降低或作業人員的視覺健康損失。經濟部能源局之政府機關辦公室節能技術手冊(2006)指出：依據歐美及日本等國家照明學 2-8.

(30) 會的建議，讀書、寫字等視覺作業的舒適照度範圍為 1000-2000lux，如果難以提供這種舒適照度需求，但要長時間維持眼睛的不疲勞，最低照度要求應在 500lux 以上。此外，對於在一般辦公室的經常性作業而言，英國註冊建築設備工程師協會(CIBSE)與北美照明工程協會(IESNA)建議的標準維持照度是 500lux。日本工業標準(JIS)的辦公室照度建議值是 300~750lux。基於這些國家的建議值，在一般辦公室相關作業的工作面照度都是以不低於 500lux 為設計基準值。. 表2-4-1 CNS 12112的辦公室照度規定辦公室照度 (Lux). 場所 (1). 2000. −. 1500 1000. 辦公室 (a) (2) ，營業所，設計室，製圖室，正門大廳 (日間) (3). 750 500. 300 200 150 100 75. 作業. − ○設計 ○製圖 ○打字 ○計算 ○打卡. −. ○辦公室 (b) ，主管室，會議室，印刷室，總機室，禮堂，會客室，電子計算機室，控制室，診療室大廳，餐廳，廚 ○電器機械室等支配電盤及繼器盤房，娛樂室，休 ○服務台息室，警衛室，書庫，會客室，電氣室， − 電梯走道教室，機械室，電梯，雜 − 務室盥洗室，茶水間，浴室，走廊，樓梯，廁所飲茶室，休息室，值夜室，更衣室，倉庫，入口 (靠車處) −. 50. 安全梯. 30 註： (1) 關於室內停車場請參照附表 10(停車場照明標準)。 (2) 辦公室如作精細工作，且日間因光線之影響而室外明亮，室內黑暗之感覺希望能選擇 a 之標準。 (3) 為避免日間已適應屋外數萬 Lux 的自然光，自進入屋內正門大廳時呈現昏暗之情形，正門大廳照度應予提高，正門大廳日夜間照度可分階段點滅調光。備考：有○記號之作業場所，可用局部照明取得該照度。. 2.4.2 照度均齊照度均齊性均齊性均齊度是指室內某一工作面上的照度均勻程度。不均勻的照度分佈有可能產生室內空間明暗對比過大的問題。這種照度分佈不均勻的空間或在工作面上的明暗不均都很容易造成使用者的視覺疲勞，降低工作效率。然而照度分佈太過均勻，也容易讓使用者對空間感到單調乏味或缺乏立體感。 2-9.

(31) 有關於照度均齊性的定義是指在工作面上或在某一定範圍內的表面上，其最低照度與平均照度之比值。一般辦公室的均齊度 0.8 被認為是合適的。當計算均齊度時，在距離牆 0.5m 範圍內的最低照度應該被忽略，因為在此區域的照度經常是很低的，可能導致對鄰近工作區域均齊度的錯誤描述。國外對照度的均齊度建議值如表 2-4-2 所示。. 表2-4-2 國外的均齊度建議值. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.. 英國建築設備註冊工程師協會(CIBSE)法規的室內照明規定英國國家標準(BS) BS 8206 Part 1 人工照明實務法規德國國家標準(DIN) DIN 5035 澳大利亞國家標準(AS) AS 1680 荷蘭國家標準國際照明委員會(CIE)室內照明指南北美照明學會(IESNA). 0.8 min/avg 0.8 min/max 0.8 min/avg 0.67 min/avg 0.67 min/avg 0.7 min/max 0.8 min/avg 0.8 min/avg. 2.5 辦公室燈具配置與照明用電密度規定辦公室燈具配置與照明用電密度規定. 此部分包括常見的辦公室螢光燈具配置方式的調查以及相關的辦公室照明用電密度基準之彙整。這些基礎調查資料可做為本研究對不同燈中心間距配置方式進行其照明用電密度比較時的計算參考。. 2.5.1 主要工作區燈具配置. 本研究調查的四個辦公室案例其照明燈具配置各有不同，請看圖 2-5-1。案例一沒有空調出風設備位置的影響，其工作區上方的燈中心間距為 120cm。在走道區域，燈中心間距增加至 180cm。這是考慮工作區以外的區域，照度需求可降低，燈間距不必過於密集。案例二在其工作區域的燈具中心間距為 120cm，但在工作區以外的區域或走道部分則配置少量(燈中心間距相對較大)燈具或不配置燈具。案例三在工作區域的燈具中心間距為 120cm~180cm，但燈具配置主要是以 180cm 為主，間距 120cm 的情況是受限於空間面積和家具擺設位置而出現的結果。案例四的主要工作區域其燈中心間距皆為 180cm。是四個案例中在主要工作區域的燈具配置密度最小者，也就是照明燈具數量使用最少的案例。整體而言，從事一般作業的辦公室在其主要工作區域的燈具配置經常採 2-10.

(32) 用的燈中心間距為 120cm 或 180cm。. (a) 案例一. (b) 案例二. (c) 案例三. (d) 案例四. 圖 2-5-1 不同案例辦公室主要工作區照明配置. 2.5.2 靠牆側燈具配置. 理論上，燈具中心與牆之間的距離是燈具中心間距的一半。但圖 2-5-2 顯示四種案例對於辦公室靠牆側區域的燈具中心至牆面的距離並無一致性且非前述之理論值。案例一的距離約為 150cm；案例二增加為 150cm~210cm；案例三和四皆為 120cm。這是因為靠牆區域的用途多為走道，擺放的傢俱以置物櫃居多，照度需求自然是較低，燈具配置密度似乎不是照明設計的重點。. (a) 案例一. (b) 案例二 (接下頁) 2-11.

(33) (承上頁). (c) 案例三. (d) 案例四圖 2-5-2 不同案例辦公室靠牆側照明配置. 綜言之，常見的辦公室燈具配置模式，若以燈中心距離牆 120cm 來計算照明用電密度是可接受的情況。. 2.5.3 辦公室照明用電功率辦公室照明用電功率. 照明設計應在不損及空間光環境品質的情況下，將燈具耗電量降至最低，這是照明設計節能減碳的基本要求。燈具耗電量的評估通常是以單位面積用電密度 UPD (Unit Power Density)的數值做為比較的基礎。UDP 的計算公式如下：. UPD=W(燈具總消耗功率)/m2 (空間總面積). 各國訂定之辦公室單位面積照明用電密度基準請參考表 2-5-3。經濟部能源局在 2006 年出版的政府機關辦公室節能技術手冊中提出照明用電密度應低於 20 W/m2 的基準值要求。但綠建築解說與評估手冊(2009)在計算主要作業空間照明功率係數時，訂定之照明功率密度基準是 11.8 W/m2。美國與新加坡的辦公室照明用電密度基準分別為 12 W/ m2 和 20 W/ m2。表 2-5-1 各國的辦公室照明用電密度基準. 經濟部能源局政府機關辦公室節能技術手冊台灣 EEWH 綠建築解說與評估手冊 (2009) 美國 ASHRAE/IESNA 90.1-2007 美國 LEED 國際節能規範 IECC (2009) 新加坡辦公室照明用電密度標準. 2-12. 單位：W/ m2. 20 11.8 11.4~12.2 11.8 10.8 20.

(34) 2.6 配光曲線與照度配光曲線與照度分佈與照度分佈. 2.6.1 配光曲線. 每一種燈泡或燈泡與燈具組合都有其各自的不同配光曲線，用以說明光線如何分佈的情況。換言之，配光曲線是用來表示在燈泡或燈具外表面各種不同立體角度的發光強度，其中心通常是燈泡或燈具的中心點。在任一方向的發光強度是固定不變的，與距離無關。每一組配光曲線代表一組橫貫燈泡或燈具中心某特定角度的剖立面上不同角度發光強度的變化，是以極座標分佈型式呈現，又稱為極座標發光強度圖。每一個燈泡或每一盞燈具都會有多組的配光曲線，常見的水平角度(與燈具軸線的夾角)是 0°、22.5°、45°、 67.5°與 90°。圖 2-6-1 顯示三種角度(0°、45°、90°)的配光曲線，也就是 C0、C45 與 C90 平面。由配光曲線提供的垂直向發光強度值可用來計算並預估照明程度。. 在燈泡或燈具中心正下方的垂直線是配光曲線的起始角度 0°，從 0°至 90°的範圍屬於燈具下方配光曲線，90°至 180°的範圍屬於燈具上方配光曲線。對於一般常見的對稱型燈具，在其配光曲線圖左右兩側的曲線通常是對稱的。若為投光燈之類的非對稱型燈具，其配光曲線將呈現不對稱的分佈狀態，如圖 2-6-1(b)所示。在曲線上某一點與中心點的距離表示在某一角度的發光強度，單位是 candela(坎德拉)，可用來轉換區帶光通量。. (a) 對稱型. (b) 非對稱型. 圖 2-6-1 燈具配光曲線 (資料來源：東亞照明). 配光曲線與照明設計有很密切的關係，可用來計算照度與輝度。對空間的照度分佈而言，若配光曲線涵蓋的角度範圍越小，光線投射範圍就比較集中，有可能讓空間的照 2-13.

(35) 度分佈出現較大差異。反之，若配光曲線涵蓋的角度越大，空間內光線均勻分佈的機會就越大。具有寬闊範圍配光曲線的燈具較適用於辦公室的全般照明環境。. 2.6.2 照度分佈. 照度是在一單位面積表面上接受到的總光通量，其國際標準(SI)的公制單位是 lux 或 1lm/m2。照度值的量測可以是在某一特定點上，也可以是在任一平面上的平均照度。照度值與光強度和量測點距離有關。照度計算方法基本上有兩種：點光源法(the Point Source Method)與流明法(the Lumen Method)。對任一空間，需求燈具數量的計算通常是以流明法(又稱為區帶空腔法)為主，其公式如下：. 燈具數=需求照度×面積/(流明/每一燈管)×(燈管數/每一盞燈)×CU×LLF 其中 CU 是 Coefficient of Utilization (使用系數) LLF 是 Light Loss Factor (光損失系數). 流明法也可用來計算每一盞燈具需要的光輸出(lumen)值。其公式如下：. 燈具需要的流明=(要求照度×面積)/(燈具數×CU×LLF) 在燈具數量決定之後，燈具間距的計算方法如下：. 燈具間距=√(面積/需求燈具數) 每一排燈具的配置方法為：房間長度/燈具間距最大容許之燈具間距是燈具間距標準(SC)×設置高度(在工作面上) 其中 SC 是指 spacing criteria，也就是間距對高度的比值(SHR)。此數值通常是來自燈具廠商提供的燈具規範數據。. 同樣的，全般照明採用的平均照度計算法，就是流明法，其基本公式為：平均照度=(燈管數/每一盞)×(流明/每一燈管)×(燈管總數)×CU×LLF/面積或平均照度=總燈管數×(流明/每一燈管)×CU×LLF/面積. 2-14.

(36) 在實務上，工作面上的每一位置都有可能出現不同的照度值。為清楚顯示照度分佈的狀況，等照度圖(Isolux Diagram)會被用來協助評估燈具配置的適當與否。在特定高度下的等照度圖能提供在平面或牆面上具有相同照度的點的恒值線。等照度分佈圖如圖 2-6-2 所示。單一燈具的等照度圖可用來決定在某一點的照度值。也可將多盞燈具的等照度圖重疊，並計算該點的照度值。理論的照度分佈計算方式，很明顯的，是基於點對點的方法或區帶空腔法(Zonal Cavity Method)的簡化計算。這種簡化法的照明設計，由於其無法有效利用燈具配光曲線以及無法充分考量表面反射率的實際影響，因而產生的照度估算值是相對非常不準確的。基於上述原因，流明法通常是不能被獨立使用或做為提供最終照明設計的唯一工具。在大多數的情況會利用縮尺模型或實體模型的實驗量測方法來模擬並提出照明設計的評估結果或相關建議事項。. 50 0 400. 400. 5 00 5 00. 500. 400. 50 0. 4 00. 4 00. 圖 2-6-2 等照度分佈圖. 2-15.

(37) 第三章實驗計畫. 本章說明實驗操作整體流程，包含實驗環境、量測設備、實驗誤差校正、照明燈具選用，也特別說明這些燈具的構造與性能。. 3.1 實驗環境實驗環境設計環境設計. 原則上是以國內一般辦公室空間的照明燈具設置情形做為實驗環境設定的依據。國內辦公室的照明系統大多為天花板向下直接照明方式，是以陣列配置方式將燈具整齊的設置於天花板上，直接向下投射光線。天花板高度通常是在 3m 以下，經常是在離地面 240cm 至 270cm 之間。燈具中心的間距大約是 180cm。四週的壁體大多是由淺色系材質構成，藉以增加光線反射，提升整體空間的亮度。因此，本研究的實驗環境設計包括模擬一般辦公室人工照明環境的實驗空間，以及在實驗過程中為防止室外自然光對實驗結果產生干擾而在所有窗開口部分加裝黑色防光布幕。其次，室內原有燈具在實驗進行時均保持關閉狀態。實驗空間之環境佈置請參考圖 3-1-1。. 圖 3-1-1 實驗空間環境佈置. 3-1.

(38) 3.1.1 照度感測器配置照度感測器配置. 如圖 3-1-2，在工作面上共分佈 18 個實際測點，但在照度推算範圍並未設置測點，主要是利用對稱性來取得相關數據。測點一的位置是在兩盞燈具的中心點。這些測點是配置在工作面上，工作面高度是比照一般辦公桌的高度，約 72 公分。測點配置平面圖請參考圖 3-1-3。. 由於可用之光照度感測器只有 12 組，燈具照度的測量分兩次進行。第一次量測時編號 1~12 的光照度感測器是放在測點 1~12 的位置，如圖 3-1-4 所示。在第二次量測時編號 7~12 的光照度感測器會被移至測點 13~18 的位置，如圖 3-1-5 所示。經兩次的量測過程與必要的修正程序，可取得 18 個測點的照度數據。. 上述之必要修正程序是指在固定燈具擺設條件下，當測點位置變更時(編號 7~12 的感測器被移動，編號 1~6 的感測器仍在測點 1~6)，可能會使編號 1~6 感測器的兩次量測數據缺乏相同的實驗數值，因而無法同時比較測點 7~12 以及測點 13~18，必須利用修正係數來取得各點的可用數據(請參閱小節 3.4.2)。. 圖 3-1-2 工作面照度實測與推算範圍示意圖. 3-2.

(39) 圖 3-1-3 測點配置平面圖. 圖 3-1-4 第一次量測時光照度感測器位置. 圖 3-1-5 第二次量測時光照度感測器位置. 3.1.2 燈具位置與方向燈具位置與方向. 燈具安排的考慮事項分為兩部份，首先是燈具的間距和燈管方向，這是考量燈間距對照度分佈的影響以及燈管方向對燈具配光曲線差異性的照度分佈影響。其次是燈具裝設高度的調整，這是考慮燈具在不同高度時，對工作面照度分佈變化的程度。換言之，經由燈具位置變換，可分析不同類型燈具配置的最佳方式和適用範圍。. 3-3.

(40) (一) 燈中心間距和燈管方向由於本研究採用的燈具屬於 60cm×60cm T-bar 型式，因此，燈具擺設方式是從燈中心間距 60cm 開始，向外逐漸分離，每次移動的距離是以 60cm 的倍數為基準。例如第一次移動時兩盞燈相距 180cm，第二次則為 240 公分。為確認 T-bar 型燈具在燈管平行基準軸和燈管垂直基準軸兩種不同方向時的燈具配光分佈曲線(CDC)是否影響照度分佈，在每一次相同間距的量測，燈具擺設又分為兩種：燈管與基準線垂直和燈管與基準線平行。總共有 12 種安排方式。. (a) 燈中心間距 120cm、燈管與基準線垂直. (b) 燈中心間距 180cm、燈管與基準線垂直. (c) 燈中心間距 240cm、燈管與基準線垂直. (d) 燈中心間距 120cm、燈管與基準線平行. (e) 燈中心間距 180cm、燈管與基準線平行. (f) 燈中心間距 240cm、燈管與基準線平行. 圖 3-1-6 燈中心間距與燈管方向的平面位置示意圖. (二) 燈具離地面高度燈具離地面高度的設定有兩種：分別為 240 公分和 270 公分，這也是一般辦公室空間常有的高度。配合燈中心間距的變化共有六種不同模式，如圖 3-1-7 所示。. 3-4.

(41) (a) 燈距離地高度 240cm、燈中心間距 120 公分. (b) 燈距離地高度 240cm、燈中心間距 180 公分. (c) 燈距離地高度 240cm、燈中心間距 240 公分. (d) 燈距離地高度 270cm、燈中心間距 120 公分. (e) 燈距離地高度 270cm、燈中心間距 180 公分. (f) 燈距離地高度 270cm、燈中心間距 240 公分. 圖 3-1-7 燈中心間距與燈具高度配置示意圖. 3-5.

(42) 3.1.3 燈具類型. 本實驗共採用九種燈具。T8 LED 燈管 (含透明和霧面燈管) 的安裝方式與螢光燈管相同，是將四支燈管排列於 60cm×60cm T-Bar 燈具內。透明管壁的 LED 燈管在其燈管外罩部分是採用圓弧型的 PET 罩，在其背側是鋁擠型散熱鰭片。霧面管壁的 LED 燈管在其燈管外罩部分是採用半圓形的「PC+壓克力」罩，在其背側是小波紋狀的鋁擠型散熱鰭片。兩種形式 LED 燈管的燈具皆有鋁板製的防眩光格柵。LED 直下擴散型是將 SMD LED 以陣列方式安裝於燈具頂板內部，光線直接向下方的工作面投射，並利用半透明擴散板將光線均勻向外投射。側光 LED 擴散發光板則是將 SMD LED 光源排列於燈具單元內部的兩側，透過光學原理將光線投射出來，此種方式與液晶螢幕的背光板相似。. T8 CCFL 透明管壁燈管與 T8 CCFL 條紋管壁燈管在燈具上的安裝方式也與 T5 或 T8 螢光燈管一樣，是將燈管排列於燈具內部。T8 CCFL 燈管壁的材質是玻璃，其 CCFL 燈管是以 U 字型放置於 T8 燈管內。燈具內部設置反射板。在 CCFL 條紋管壁的表面呈現紋狀線條。CCFL 直下聚光型是將 CCFL 燈條直接安裝於燈具內部，透過壓克力聚光板將光線向外投射。實驗燈具之構造和圖片請看圖 3-1-8~圖 3-1-9。. (a) T8 LED 透明管壁燈管+防眩光格柵之剖面示意圖. (b) T8 LED 霧面管壁燈管+防眩光格柵之剖面示意圖 (接下頁). 3-6.

(43) (承上頁). (c) LED 直下照射擴散型之剖面示意圖. (d) 側光 LED 擴散發光板之剖面示意圖. (e) T8 CCFL 燈管(含透明、條紋燈管) +防眩光格柵之剖面示意圖. (f) CCFL 直下聚光型之剖面示意圖. (g) T8 螢光燈+防眩光格柵之剖面示意圖. (h) T5 螢光燈+防眩光格柵之剖面示意圖. 圖 3-1-8 各類型燈具剖面示意圖. 3-7.

(44) (a) T8 LED 透明管壁燈管. (b) T8 LED 霧面管壁燈管. (c) LED 直下照射擴散型. (d) 側光 LED 擴散發光板. (e) T8 CCFL 燈管透明管壁燈管. (f) T8 CCFL 燈管條紋管壁燈管. (g) CCFL 直下聚光型之剖面示意圖 (接下頁). 3-8.

(45) (承上頁). (h) T8 螢光燈. (i) T5 螢光燈圖 3-1-9 實驗燈具類型. 3.2. 量測儀器與設備. 本研究使用之量測儀器包含 LI-COR 光照度感測器、MINOLTA 可移動式照度計，以. 及 CR10X 資料紀錄器與穩壓器等設備。分別說明如下：一、LI-COR 光照度感測器 LI-COR 光照度感測器用於工作面照度的量測。本研究一共使用 12 組感測器，經由傳輸線將數據傳送至 CR10X 記錄器。二、MINOLTA 可移動式照度計為增加實驗結果的準確性與可靠性，本次實驗利用 MINOLTA 可移動式照度計與校正用之 LI-COR 光照度感測器，以便修正前述 LI-COR 感測器量測出來的照度數值。三、CR10X 資料紀錄器 CR10X 資料紀錄器被用來同時記錄並儲存由 12 組感測器量測的照度值，本實驗量測時間之間距為每 10 分鐘記錄一次。四、穩壓器穩壓器的使用是為了讓燈具的電壓在實驗過程中能夠維持穩定狀態，避免因電壓的不穩定而導致數據變動，讓後續分析產生可能被誤導的實驗結果。. 3-9.