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研究生: 江坤擇
Kun-Ze Jiang
論文名稱: 室內照明最佳化燈具配光設計之數值求解與應用效益評估
The Optimized Luminous Distribution of Numerical Analysis for Indoor Lighting Fixtures and Application Benefit Evaluation
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
口試委員: 郭政謙
Cheng Chien, Kuo
楊瑞錶
Jui-piao Tang
蕭鈞毓
Chun-Yu Hsiao
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 89
中文關鍵詞: 室內照明燈具配光曲線逐點計算法平均照度照明用電密度
外文關鍵詞: indoor lighting fixtures, point-by-point method, luminous intensity distribution, average luminaires, unit lighting power density
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本論文旨在探討室內照明最佳化燈具數值求解與程式設計,以解決照明品質與節能的問題,除了研究在光環境空間下符合CNS國家標準下之燈具,更進一步分析燈具之消耗功率與照明品質之問題,並設計燈具推薦之軟體,因為在作室內照明工程規劃時,要找適合該空間的燈具又符合高標準照明品質,往往不是那麼容易。

本經由點照度計算公式-逐點計算法建立燈源與受照面上每一計算點之照度關係式。以配光均勻度為限制條件,利用高斯-賽德疊代法及定點疊代法等相關理論推導出最佳化之配光曲線求解運算式。根據以上所推導的數學模型,利用MATLAB軟體開發出最佳化燈具之程式,另外,使用Visual Basic軟體作燈具數值求解與資料庫搜尋之程式,最後,產出結果再以DIALux作驗證,以求程式開發分析之正確性。

在效益驗證方面,由照明模擬軟體DIALux建立多盞燈具室內光環境,以疊代前、後燈具分別進行空間照度模擬分析及驗證。再以一個室內照明工程為設計案例,利用Visual Basic建立大面積光環境並模擬分析,評估在使用多盞燈時其均勻度與平均照度等整體性能分析,最後,推薦出較適合該空間之燈具排序,達到兼顧照明品質與經濟效益之最佳化設計。


The purpose of the thesis is to study the optimized luminous distribution of numerical analysis for indoor lighting fixtures and application benefit evaluation. In order to solve the problem of the lighting quality, we study the relationship between the lighting environment and indoor lighting luminaires. The performance of the luminaires meet for the Chinese National Standard and better lighting quality are discussed. We proposed a practical algorithm and software to recommend the lighting luminaires, because it’s uneasy to find the luminaires to match any environment of lighting.

According to the point-by-point method, we build the relationship of mathematical equations between the light sources and every point of work surface. The luminous uniformity is defined to be constraint, the Gauss-Seidel iterative method and Fixed-Point iterative method are used to derive the equation of the best luminous intensity distribution. According to the mathematical models derived, we develop program about optimized luminous distribution for indoor lighting fixtures. Moreover, we use the software of Visual Basic to develop program of the optimized luminous distribution of numerical analysis for indoor lighting fixtures and Database Searched. Finally, we testify the outcome by DIALux software in order to verify the effectiveness of the numerical analysis for indoor lighting fixtures.

In addition, the lighting software “DIALux” is applied to evaluate the indoor lighting project; we analyze the original light luminaires and the iterated light luminaires by MATLAB. Next, we verify the case with the luminaires designed form Visual Basic simulation. We evaluated the overall performance of multi-luminaires based on benefit and cost concerns. The suitable and better luminaires of the specific environment will be given in priority order for the design planning for the environment.

摘要 I ABSTRACT II 誌謝 IV 目錄 V 圖索引 VIII 表索引 X 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究流程與方法 3 1.4 文獻回顧 5 1.4 章節概述 6 第二章 照明規範概述與指標 7 2.1 照明設計指標概述 7 2.1.1 光通量(luminous flux) 7 2.1.2 光度(luminous intensity) 8 2.1.3 照度(illuminance) 8 2.1.4 輝度(brightness) 9 2.1.5 照度均勻度(uniformity) 10 2.1.6 眩光(glare) 11 2.1.7 用電密度(unit lighting power density, UPD) 13 2.2室內空間照明設計 13 2.3 本章結語 16 第三章 應用於室內照明最佳化之相關理論概述 17 3.1 燈具特性定義 17 3.1.1配光曲線(luminous intensity distribution curve) 17 3.1.2全光通量的一般式 18 3.1.3直接照度計算 19 3.1.4理想光源 21 3.1.5燈具配光量測 24 3.1.6照明器具之種類 25 3.2 疊代法 26 3.2.1疊代法簡介 27 3.2.3高斯-賽德疊代法(Gauss-Seidel iterative method) 31 3.3 本章結語 31 第四章 燈具最佳化配光曲線之數值求解 32 4.1 數學模型及求解過程 32 4.1.1建立數學模型 32 4.1.2高斯-賽德疊代法求解過程 39 4.1.3能量守恆定理 42 4.2 室內燈具最佳化程式設計推導與流程 43 4.3 實驗過程及步驟 49 4.3.1驗證所撰寫的程式正確性 49 4.3.2驗證室內照明最佳化數學推導 52 4.3.3驗證小結 59 4.3.4燈具資料庫分類 61 4.4 本章節語 64 第五章 室內照明數據分析與燈具資料庫搜尋 65 5.1 應用DIALUX之室內辦公室環境設計 65 5.2室內辦公室環境設計使用圖形化界面(VISUAL BASIC) 68 5.2.1建立室內空間燈具數量及相關參數 68 5.2.2建立三種燈具高度分析最佳化燈具 69 5.2.3分析三種燈具高度之最佳化燈具觀察結果 74 5.3疊代後之角度與1/2照度角之關聯性 76 5.4建立室內照明評估指標函式 77 5.5室內照明最佳化程式設計案例 79 5.6 本章結語 84 第六章 結論與未來研究方向 85 6.1結論 85 6.2未來研究方向 86 參考文獻 88

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