照度の計算方法

主任技術者であれば設備改善の立案時に着手するポイントでもあります。
必要な明るさと消費電力などを検討するのに照度計算は不可欠です。
本項では、照度計算に必要な単位の説明と計算式を取り上げます。

照明に関する単位はいくつもあります。
一つ一つ説明しましょう。
光束F(ルーメン:lm)
照明器具のカタログでよく見る単位です。
光束は光源から出る光の量を表します。

光度I(カンデラ:cd)
ある方向での光の強さを表す単位です。
光束Fと光度Iには、次の関係が成り立ちます。

この式に出てくる立体角ω(ステラジアン:sr)について説明します。
立体角は、ある点から放射状に伸びる空間的な広がりを表すものです。

上記が基本的な式になりますが、実際の光源は球形・円板などがほとんどです。
それぞれの光源での立体角の求め方は以下の通りです。
球形光源

光源の表面積Sが球形なので4πr2になります。

円板光源

表面積Sはπr2となります。ほとんどの場合、光源の厚さは考慮に入れません。

さらに立体角ωの別の求め方として、θを使う下記の式で計算が必要な時もありますので覚えておきましょう。

次に照度E(ルクス:lx)です。
ある特定の面での明るさを表す単位で、照度計算には重要な単位です。

実際の照度を計算する場合、照明器具の数Nや表面積に達する光束が低下する割合(照明率U)、器具の経年劣化や汚れなどで明るさが低下する割合(保守率M)も考慮しなければなりません。
その場合の式は下記になります。

面積だけでなく、ある一点での照度を求める場合があるかもしれません。
その場合の式は下記となります。

cosθは、観測する点が真下つまり90度の時は1になるので計算は分かりやすくなります。

続いて輝度L(cd/m2です。
これは言葉の通り光源の輝きを表すもので、単位を見てわかるように下記の式となります。

この場合のSは、光源の表面積全体ではなく観測している箇所から見える光源の面積です。

さらに光量Q(lm・s)があります。
Q=Ft
見て分かる通り光束を発している時間を表す単位なので、簡単にいうと光エネルギーの総量といえます。

最後は光束発散度M(lm/m2です。

照度と同じ式ですが、違いは照度が光源から受ける光束の量を表すのに対し、光束発散度は光源から出る光束の量を表す点です。
ここでのSは、光源の表面積になります。

照度の単位はいくつもあります。
式を暗記するとともに、同じ記号でも意味の違いをしっかり覚えておくと良いでしょう。



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