促进建筑住宅中的照明节能化

1 前言

目前，电力供应紧张，对于照明而言也提出了一个急需解决的课题——节能节电。在节电的各种举措中，照明设备的节电方法引人注目。从采用新光源的照明革新，到照明控制方法的引用，这一节能化方法本身，一直是很受重视的。当然，采取紧急的节电措施，对照明环境多少有些影响，也是不得已而为之，但从中、长期考虑，既要对充分确保照明环境质量的建筑照明实现节能化，也要积极面对地球环境问题的劣化而持续推进环保。

2 照明能量消耗的实况

日本建筑部门中最终的能源消费量，数年来都有不断递增的趋势，与京都议定书中作为基准的1990年比较得知，能源消费已有大幅度的升高。其中，照明能源消费量所占的比例，可分为业务用建筑物与居民住宅两方面，介绍如下。

2.1 业务用建筑物

按建筑物的不同用途，能源的消费“原单位”（即每单位地板面积的消费能量）及其细目，如图1所示，差别甚殊。对有关照明能源的消费量进行研讨时，必须注意的现状是：在很多的实测数据中未能将照明和一般用电插座的耗电量分开。为此，从以往详细调查的结果推算，事务所建筑物中照明与一般插座耗电量的比例为1:1～１:0.75左右。若基于该值进行概算，事务所建筑物的照明能耗（换算为一次能量）的比例约为15%～20%。若按文献资料报道，其它用途中照明与插座耗能量的比例是：采取节能措施的宾馆旅店为1：0.52，百货楼是1：0.38.从而，宾馆中照明的能耗量所占比例为10%弱，百货楼中占的比例为25％弱。一般，宾馆和医院，供热水用的耗能大，而且比事务所建筑物，其总的能源消费量也大。但对于照明而言，能量消费的原单位及其所占比例均比事务所建筑物的要小。另一方面，百货楼其照明能量消费的原单位及其比例均比其它业务用建筑物的高，这是因为商品陈列（display）照明等显示用照明与 白炽灯泡的较多使用有关。

2.2 住宅

如图2所示为每世代住宅用能量消费的动向（二次能量）。其中，照明消费电量所占比例约为16%.但是由于最近照明设备的节能特性提升（照明灯具的高频（Hf）化和调光的有效利用等），以及空调台数的增加等，照明用电所占比例有减少趋势。

3 照明中有效节能方法

照明中节能的方式大致可区分为（1）通过高效率灯具的利用为得到某个所定光量而消费的电量使其减少的方法；（2）通过照明控制系统的引入，使削减空间内不必要的光量的方法。此外，在本文，未对紧急节电时忽视分散照明环境质量的强制节能方法作为讨论对象。

3.1 光源、照明灯具的高效率化

近年来，LED作为高效率照明灯具的典型之一备受人们青睐。由于高效率、长寿命、小型化等各种有利优点，将视为未来照明灯具的中心所在。但现实情况中也存在安全性、稳定性、显色性、配向特性等方面出现问题的灯具在市场销售，故使用时必须充分注意。在此对有关典型的高效率光源加以说明。

（1）高频点灯专用型（HF）荧光灯

在日本原来荧光灯的消费电量占整个照明耗电的70%左右，故荧光灯的高效率化，对促进照明节能具有深远的意义。HF荧光灯，采用高频点灯系统，在最佳设计的荧光灯中灯的效率约100lm/W（直管32W型），是荧光灯中效率最高的。荧光灯有直管形、环形、结构紧凑形，其形状齐全，但包括要求专用电子式 镇流器的照明灯具须具有互换性。最近，直管形LED照明也已经走向市场，考虑效率与成本的平衡时，认为现时刻HF荧光灯是最佳的选择。另外，迄今，一直广泛使用的一般白炽灯泡，其效率很低，多数国家已停产，这是大势所趋。从替换的HF紧凑型荧光灯开始，不断推进向高效率替换灯的更替工作。

（2）陶瓷金卤灯（Ceramic metal halide lamp）

一般照明用HID（变强度放电）灯大致可分为高压水银灯、高压 钠灯、金属卤化物灯等，但近年来，金属卤化物灯的发光管由石英玻璃改变为陶瓷以后，效率和显色性大幅度改善的陶瓷金卤灯正日益普及。

（3）一般照明用白色LED灯

作为下世代的光源之一，非常期待一般照明用白色LED.作为现时刻照明灯具，其发光效率虽比不上直管形HF荧光灯的，但开发进展早，性能和安全方面的最新信息也已得到确认，故要求使用白色LED。

而且，LED照明本来因具有作为小型点光源的特性特征，今后期望：与建筑空间相结合的更新照明灯具形态，系统的开发方案。

此外，一般性照明用白色LED，自1996年实用化以来，发光效率逐年提高，估计今后还要进一步的提高。如按照LED照明推荐协会(JLEDS)公布发表白色LED（元件单体）的发光效率路线图（road map），预计2015年将达到1501m/W，但是这一发光效率是对LED元件单体且在封装温度25℃条件下的数值，装入灯具内使用时整个灯具的发光效率（=综合效率），由于受电源回路、温度上升、以及高功率化的影响会有所降低。

关于白色LED，原来存在显色性问题的担忧，但最佳开发了高显色评价指数的灯具。目前现状是，针对高效率化LED照明中显色极其劣化的市场销售，选择灯具时必须充分注意。另外，CIE（国际照明委员会）对有关LED新的显色评价方法进行过讨论，但尚未得到结论。

3.2 各种照明控制

不仅依靠光源和灯具的高效率化，而且还要推进由抑制过剩光量和缩短点灯时间等照明控制方法的节能化，这对今后建筑照明领域来说尤为重要，引入可手动调光的机型，且将照明灯具的开关正确的分区段设置，可望削减无用的照明耗电量。而且即使在紧急节电时也没有不自然的间断性点灯，故可节约电量。近年来，由于高频（HF）荧光灯灯具等的调光技术与传感器控制技术的发展，迄今，上述各种照明控制均已达到实用化水平。

在有关能源“使用合理化的法律（节能化）”中，目前作为照明设备能效利用程度的评价指标，使用照明电量消费指数(CEC/L)。CEC/L表示，设置于建筑物的照明设备系统整体，1年期间实际消费的与预测的能量（每年照明消费的能量）除以相对于其设备系统设定的标准年耗能量（每年假定照明消费的能量）所得的值。关于选为对象的特定建筑物，要求这一CEC/L值在判断的基准值（1.0）以下。因此，需要抑制每年的消费能量。

采用正确的照明控制方法，力图降低实质的照明消费能量，计划照明消费功率（由所设置照明灯具的输入功率与台数之乘积求得），乘以带控制确定的补正系数（0.80～1.00），这点已经认定。作为这一节能法中列举的照明控制方法有；（1）利用卡片（程序片）、传感器等在室内检测控制；（2）由亮度的感知，自动的点/灭灯控制；（3）正确的照度控制；（4）时间程序表（time schedule）控制；（5）昼光利用控制；（6）分区段（zoning）控制；（7）局部控制。以下对其中作为节电对策、令人关注的控制方法予以介绍。

3.2.1 白昼光利用的控制

通过 窗户等开口部的白昼光进入室内，由亮度传感器检测昼光量，光量不足部分再用人工照明补充，这就是昼光利用控制，以此力图节能的方式。将设置在顶棚面的亮度传感器，检测出桌面上或地板面上的照度，与连续调光照明灯具组合使用的这种形式居多。在房屋的环境（机房设备的配置及内装反射率等）一定的场合下，射向桌面或地面，照度与亮度传感器的入射光量有一比例关系，但由于配置（layout）的改变等，房屋环境变化这一变量关系被破坏，故必须经常在最新的环境下设定亮度。另外，亮度传感器设置在窗口附近时，离窗口太近直接检测昼光会导致过于抑制照明灯具的输出。因此，须注意检测范围与离窗距离的关系。

昼光利用控制在事务所等建筑物中，日照遮蔽系统，特别是与自动遮帘(blind)控制相结合的居多。一旦直射的日光射进屋内，显著超过正常照度，故在作业空间利用遮帘将直射日光遮蔽起来。因与判断有无直射日光的照度传感器是联动的，应配合太阳高度，太阳方位，调整遮帘角度的保护角控制很重要。

昼光利用控制当采用自动遮帘控制时，窗口辉度高的眩光*（glare）和形成的阴影（silhouette），这些现象的原因必须搞清楚。由于视野中的亮度分布或者亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以至引起不舒适感觉，或降低观察目标及细部的能力，这种视觉现象就叫眩光。因窗口辉度高的对比效果，会感到室内光线暗，此时，采用应力图解决向顶棚面的直射日光反射，向墙壁面间接照明的照射等。此外，因为设定提高基本的室内内装反射率，多数不能获得昼光利用的充分效果。

即使在住宅用的照明灯具中，能实现与亮度传感器一体化的昼光利用控制的机型现也已投放市场。

3.2.2 局部控制（工作、环境照明，多灯分散照明）

日本的事务所照明，原来的主流是，与天花板上均匀的光源并列而获得必要照度的整体照明。因这一方式下整个房间亮度均匀，具有无论何处均可工作的优点。另外，在必要场所以外，亮度也均等，就存在一个能量浪费的大缺点。因此，为确保基本空间的亮度，给予环境光( 环境照明)以后，仅在工作需要的场所补充光线（工作照明），即应广泛着眼于工作、环境照明的有效性。

作为环境照明的方法有：（1）顶棚安装灯具；（2）直接、间接兼用照明（悬吊型，落地型）；（3）间接照明（顶棚悬吊型，利用落地物件型）。另外，作为工作照明方式有；（1）装上顶棚；（2）垂吊灯具；（3）台灯；（4）分段（partition）安装灯具等。事务所中，如按照节能与成本的平衡，现实情况下，利用HF荧光灯是最有效的。当然，利用LED获得良好效果的先进实例也存在。

采用工作、环境照明时，事前应充分考虑有关的以下几点；（1）要注意确保空间亮度的顶棚面、墙壁面的辉度平衡，特别是事务室中由环境照明得到的桌面上照度多数设定为500lx以下，故窗面的处理很容易加重眩光；（2）应尽量利用易于使用的工作照明灯具(向桌上面配光，眩光处理，多重阴影（multi shadowing）的防止等)。

住宅中，则推荐从原来的一室一灯照明方式向多灯分散照明的方式过渡。对于设置的照明设备，为减小其合计的耗电功率，按照生活行为的点灯状况；提高生活空间质量的同时，还应实现节能。

相对于一室一灯的照明方式，在顶棚中间设置天花板照明，补加落地 支架（如落地式大型台灯或吊灯架）等辅助照明，这一简单的多灯照明方式，可降低天花板照明的耗电功率；加上适应生活习惯的正确点灯方式，按文献记载的计算结果，估计约节能12%～26%.

4 业务用建筑物中的照明节能效果

对建筑基准促进事业中引入的新照明控制技术，以及对分别计测照明耗电量的先进事例进行实测、调查的结果分析，显示出各种照明控制方法的节能效果。另外，在以后的应用中，采取了有望显著节能的昼光利用控制与局部控制（工作、环境照明的有机结合）。下面，对其节能效果予以概述。

（1）昼光利用控制

按照开口部（窗口）的方位，窗口的大小、形状、位置、窗侧周边与房屋内侧的比例，内装反射率，玻璃的可见光透过率，遮帘（blind）的颜色、状态等的不同，昼光利用控制的节能效果也不同，图3是无论对哪种业务用建筑物，仅事务室周边(perimeter)部分采取节能的效果比例。大半数建筑物中可达到20%～30%的节能效果。对窗面的可见光透过率低的建筑物D，昼光利用的效果也低，而采用北向天窗的建筑物G中，晴天时能达到70%节能效果。

（2）工作、环境照明

建筑物A和建筑物B，由环境照明得到的桌上面照度分别为400lx(A)和300lx（B）。

设计示例中，由于附加工作照明，作业区域的照度应确保约750lx以上。建筑物A，环境照明、工作照明全部采用HF荧光灯，建筑物F则采用的是LED，无论哪种光源，与环境照明消费的电力比较，工作照明的耗电相对很小。从图4图表读取的、在全部照明确保桌上面照度750lx的情况下进行比较，工作、环境照明局部控制的节能效果很大。如果注意在确保空间亮度的基础上在设计方面下一番功夫，工作、环境照明有机配合的局部控制，是可兼备节能与光环境舒适性的非常有效的照明控制方法。

（3）各种照明控制的节能效果比较

图4、图5所示为业务用建筑物中各种照明控制方法的节能效果值。图中为了与CEC/L的补正系数进行比较，横轴标示出与无控制场合的比率。另外，关于适当照度补正（=初期照度补正）及分区段（zoning）控制，由于分析数据等的问题，图中所示仅作为参考值。按照时间程序表的控制，在大半数建筑物中这与CEC/L补正系数的值（0.9）是相同的，但这出现在白天休息时的减少点灯、灭灯效果的事例为多。按照室内检测的控制，与CEC/L补正系数对比，无论如何节能效果的比例要小。为了推进有效的节能化，期望将室内人数、区域划分、传感器检测范围等作为因素，建立更正确的控制技术。对于工作、环境照明的局部控制，无论设定的补正系数如何，均显示了较大的节能效果。图5所示为昼光利用控制的节能效果值。一般事务所建筑物中，昼光利用控制节能效果，接近补正系数值（0.9）。各种建筑物照明控制如下表所列。

5 结束语

伴随着地震灾害的节电对策，加速了实现节能化的进程。针对中、长期地球升温化的应对措施，不仅必须推进由峰值转移（peak shift）所累计的节能化，而且由于新光源和照明控制方式的开发、普及，期望实际上取得更大效果的阶段即将来临。如采用适当的方法，节能化与照明环境质量的改善是完全可以兼备的。