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研究生: 邱玉玲
YU-LING CHIU
論文名稱: 室內照明最佳化燈具配光曲線之數值求解
Computer Simulation and Numerical Solution of the Optimal Luminous Distribution for Interior Lighting Fixtures
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
口試委員: 宋平生
none
黃忠偉
none
楊瑞錶
none
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: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 蝙蝠翼配光曲線室內照明燈具疊代法逐點計算法平均照度眩光配光均勻度照明用電密度
外文關鍵詞: indoor lighting fixtures, bat wing luminous distribution, iterative method, point-by-point method, luminous intensity distribution, average illuminance, illuminance uniformity, unit lighting power density
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  • 本論文旨在探討室內照明燈具之最佳化配光曲線,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,本研究選用3種光型各為狹照型、中照型及廣照型之單一燈具,分別指定所屬小、中及大之光環境計算面積,利用程式模擬軟體MATLAB模擬計算,輸出目標為接近均勻光型之蝙蝠翼配光曲線。

    而在效益驗證方面,由照明模擬軟體DIALux建立單一燈具室內光環境,以疊代前、後燈具配光曲線分別進行空間照度模擬分析及驗證。最後利用DIALux照明模擬軟體建立大面積光環境,在使用多盞燈時其均勻度與平均照度等整體性能分析,本研究規劃二種大面積光環境形式,第一種為單一燈具光環境之面積等比例放大成四倍、且總燈具數為四盞。分別選用狹照、中照及廣照3種不同光型燈具於最佳化前後做一整體性能效益分析;第二種光環境型式為室內照明空間設定12 m*9 m*3 m、平均照度為500 Lux及配光均勻度0.5之目標基準,以中照型及廣照型二種光型燈具為模擬對象,分別模擬出照度分佈情形及最佳化後所需安裝燈具盞數、照明用電密度、照度均勻度以及整體用電量等數據資料,藉由最佳化照明設計來降低燈具安裝數量以達成節能減碳之環保概念。


    The purpose of the thesis is to study the optimized luminous distribution with numerical analysis of indoor lighting fixtures. 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 illuminance uniformity is defined to be constraint, and we use the Gauss-Seidel iterative method and Fixed-Point iterative method to derive the equation of the best luminous intensity distribution. There are three kinds of fixtures as original models were studied, including narrow type, middle type, and wide type. All of them are simulated to the different area lighting design, thus small, medium and large environment, respectively. By using the MATLAB to simulate and calculate, the ideal luminous distribution, called bat wing luminous distribution for uniformity oriented can be obtained.

    In addition, the lighting design software “DIALux” is applied to evaluate the indoor lighting for a single light source, and then we analyze the original light sources and the iterated light sources by MATLAB. Compared the results from original luminaire and the iterated luminaire, we verify that the iterated luminaires by MATLAB are much better than original luminaires. Besides, we not only simulate a single luminaire, but also simulate for mult- luminaires. Finally, the proposed designs were simulated for two kinds of different fixtures by commercial software DIALux. For systematical evaluation, an environment 12m*9m*3m, average illuminance 500Lux, and illuminance uniformity 0.5 is as set to be the conditions. The results contains the number of luminaries, unit lighting power density, illuminance uniformity and so on were computed. As a result of comparing the overall performance of various types of luminaries, we can raise the lighting quality and decrease the number of luminaries to arrive the save energy purpose.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 IX 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 章節概述 5 第二章 照明規範概述與指標 6 2.1 前言 6 2.2 照明設計指標概述 6 2.2.1 光通量(luminous flux) 6 2.2.2 光度(luminous intensity) 6 2.2.3 照度(illuminance) 7 2.2.4 輝度(brightness) 8 2.2.5 配光均勻度(uniformity) 9 2.2.6 眩光(glare) 10 2.2.7 用電密度 11 2.3 本章結語 12 第三章 應用於室內照明最佳化之相關理論概述 13 3.1 前言 13 3.2 燈具特性定義 13 3.2.1配光曲線(luminous intensity distribution curve) 13 3.2.2燈具配光量測 17 3.2.3照明器具之種類 18 3.3 疊代法 19 3.3.1疊代法簡介 20 3.3.2定點疊代法(fixed-point iterative method) 22 3.3.3高斯-賽德疊代法(Gauss-Seidel iterative method) 24 3.4 本章結語 24 第四章 燈具最佳化配光曲線之數值求解 25 4.1 前言 25 4.2 數學模型及求解過程 25 4.2.1 建立數學模型 25 4.2.2 高斯-賽德疊代法求解過程 31 4.3 程式設計流程 36 4.4 實驗過程及步驟 37 4.4.1 選定燈具 38 4.4.2 指定參數資料 40 4.5 結果輸出 43 4.5.1 疊代結果 44 4.5.2 驗證程式正確性 46 4.6 本章結語 48 第五章 室內照明設計模擬及數據分析 49 5.1 前言 49 5.2 建立室內照明空間模型 49 5.2.1 建立單一燈具空間 49 5.2.2 建立大面積光環境 51 5.3 室內照明燈具模擬及性能分析 55 5.3.1單一燈具模擬結果 55 5.3.1.1單一燈具模擬輸出圖表 55 5.3.1.2單一燈具性能評估 57 5.3.2 多燈具大面積模擬結果 58 5.3.2.1 模擬輸出圖表 59 5.3.2.2 多燈具大面積整體性能評估 67 5.4 建立室內照明評估指標函式 69 5.5 室內照明模擬評比分析 71 5.6 本章結語 74 第六章 結論與未來研究方向 75 6.1 結論 75 6.2 未來研究方向 76 參考文獻 78 作者簡介 80

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