LEDタスク・アンビエント照明システムに関する研究 適切な照明条件の検討及び照明システムの経済エネルギー評価 [ PDF
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(2) アンビエント照明の色温度3 条件（2800 K・4000 K・5200 K） 5分. 10 分. （ VDT 作業 紙面or. 調光1. 調光2. （ 700 lx 順応. （ 調光1. 700. ア ン ビ エ ン ト 照 度. （ 100 lx 順応. 500. 300 200 100. （. （. 表 1 数量化理論Ⅰ類の結果. 色温度 作業内容 順応. カテゴリー名 2800K 4000K 5200K 紙面 VDT 100 lx 700 lx. カテゴリースコア 2.6 -14.2 11.6 26.5 -26.5 -95.5 95.5. 順応照度レベル. 400. （ 調光2. 紙面or VDT 作業. 順応照度レベル. 600. 図 3 （ 実験手順. 条件. 平均値. （lx）. （. 0. レンジ（lx）. 影響度（％）. 25.8. 9.5. 53.1. 19.7. 191.0. 70.8. 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 2800K. 4000 K. 5200 K. 2800 K. 100 lx 順応. 4000 K. 5200 K. 700 lx 順応. 図 4 調光 1 におけるアンビエント照度 調光1. （lx） 700. 実験で得られたデータを基にアンビエント照度の許容下 限値について検討した。まず順応条件の違い、作業内容の違. 調光2. 変化率 （％） 100. ア ン 600 ビ エ ン 500 ト 照 400 度 300. い、色温度の違いが照度の調節に与える影響の大きさを明ら. 50 0. 変 化 率. -50 -100. 200. -150. かにするため数量化理論Ⅰ類による解析を行った。色温度条. 100. -200. 件の違いによる影響が 25 lx、作業内容の違いによる影響が. 0. -250 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT 紙面 VDT. 53 lx、順応条件の違いによる影響が 191 lx という結果にな. 2800K. った（決定係数＝0.54） 。つまり順応条件の違いが照度の調. ど影響を与えていないことが示唆された。数量化理論Ⅰ類に よる解析の結果を表 1 に示す。 次に調光 1 の結果について 100 lx 順応条件では 2800K 条 件のVDT作業時のみアンビエント照度を下げる傾向にあった が、その他の条件では 100 lx～200 lx の範囲に上げる傾向 にあった。700 lx 順応条件では、2800K 条件の紙面作業で約 400 lx、その他の条件は約 300 lx までアンビエント照度を 下げる傾向にあった。ただし 700 lx 順応条件では、同じ条 件でも被験者によって 200 lx 以上異なるなど個人差が大き い傾向にあった。図 4 に順応後の調光１で調節されたアンビ エント照度の平均値・最大値・最小値を示す。 最後に作業前の調光1 と作業後の調光2 で得られたアンビ エント照度を比較した。100 lx 順応条件では作業後前後で大 きな変化は見られなかったが、700 lx 順応条件では更にアン. 5200 K. 2800 K. 4000 K. 5200 K. 700 lx 順応. 図 5 調光 1 と調光 2 におけるアンビエント照度の変化率. 節に大きな影響を及ぼしており、作業内容の違いも若干の影 響を及ぼしているものの、色温度の違いは照度調節にほとん. 4000 K 100 lx 順応. 2.2 タスク照明条件の検討 実験は 2012 年 12 月の 18：00～19：30 に行った。実験期 間中の室温は 18～21℃、湿度は 30～50％であった。実験条 件はアンビエント照度を実験結果と既往の研究の成果 4）を基 に 300 lx とし、アンビエント照明の色温度 3 条件（2800 K、 4000 K、5200 K）とタスク照明の色温度 3 条件（2800 K、4000 K、5200 K） 、作業内容 2 条件（紙面作業、VDT 作業）の組み 合わせ計 18 条件とした。 アンビエント照度 300 lx 一定、アンビエント照明の色温 度 3 条件の照明条件下でタスク照明の色温度3 条件それぞれ について作業に適した明るさまでタスク照度を調節3分間の 作業を負わせた。また 3 条件下での作業終了毎に、全 3 条件 のうち最も好ましいと感じた条件を申告させた。実験の手順 を図 6 に示す。 アンビエント照明の色温度3 条件（2800 K・4000 K・5200 K）. ビエント照度を下げる傾向が見られ、特に VDT 作業では下げ. タスク照明の色温度 2800 K. 幅も大きかった。図 5 に作業前後の変化率を示す。. 1分. 以上結果を踏まえると、アンビエント照度は昼間など外が. 3分. K 4000 K. 条 件 変 更. 1分. K. 5200 K 3分. 条 件 変 更. 1分. K 3分. 明るく目が明るさに慣れている場合は紙面作業時で 300 lx ～400 lx、 VDT 作業時で200 lx～300 lx が許容下限値となり、 夜間など外が暗い場合は 150～200 lx が許容下限値となるこ. 順応 調光 紙面or VDT 作業. 図 6 実験手順. とが示唆された。. 53‐2. 選好色温度申告.
(3) 紙面作業. （lx） 600. タスク平均照度は9 条件すべてにおいて概ね500lx となっ. アンビエント照明 2800K. た。作業別では紙面作業に比べ VDT 作業の照度が低くなる傾 向にあったが、t 検定による有意差は認められなかった(p＜. VDT作業. アンビエント照明 4000K. アンビエント照明 5200K. ア タ 500 ンス ビク エ ン 400 ト 照 度 300. タ ス ク 照 度. +. 0.05)。被験者間の照度のばらつきは作業内容に関わらず、 アンビエント色温度 4000 K で小さい傾向にあった。図 7 に アンビエント照明とタスク照明の色温度の組み合わせにお. 0 200 1 タスク照明： 2800K. ける机上面照度の平均値を示す。 アンビエント照明の色温度 4000 K 条件では、作業内容に. 2 4000K. 3 5200K. 4 2800K. 5 4000K. 6 5200K. 7 2800K. 8 4000K. 9 5200K. 図 7 タスク+アンビエント照度の調節値. ア ン ビ エ ン ト 照 度. 関わらずタスク照明の色温度 4000 K が好まれる傾向にあっ た。さらに VDT 作業時では、アンビエント照明の色温度 2800. ア 5200K ン ビ エ 4000K ン ト 照 明 2800K. K 条件時はタスク照明の色温度 2800 K が好まれ、アンビエン ト照明の色温度 5200 K 条件時はタスク照明の色温度 5200 K. 5200K ア ン ビ エ 4000K ン ト 照 2800K 明. が好まれる傾向にあった。図 8 に色温度の最適な組み合わせ 2800K. についての申告結果を示す。. 4000K. 5200K. 2800K. タスク照明. 4000K. 5200K. タスク照明. 図 8 色温度の選好組み合わせ 表 2 条件設定. 3.TAL の経済・エネルギー評価 条件設定. 実験結果を基に TAL におけるアンビエント照明の照度を. 条件1. 照明方式 アンビエントライト. 蛍光灯. アンビエント照度(lx). 300. 300lx、色温度を 4000K、タスク照明による照度を 200lx、色 温度を 4000K と設定し、年間照明費と年間照明消費エネルギ ー量について従来照明との比較を行った。. 条件2. 条件3. LED. 全般照明 蛍光灯. 300. 750. TAL. タスクライト. LED. ‐. タスク照度(lx). 200. 0. 表 3 照明器具. 条件1 はアンビエント照明が蛍光灯でタスク照明がLED 照 明の TAL、条件 2 はアンビエント照明とタスク照明が LED 照 明の TAL、条件 3 は従来照明を想定し蛍光灯による全般照明 と設定した。条件設定の詳細を表 2 に示す。照明器具の価格 及び性能はメーカー発表のカタログを参考にした。照明器具. 蛍光灯. 直管型LEDベースライト. タスクライト. 器具単価（\）. 15300. 12000. 10000. ランプ単価（\）. 680. 7000. ‐. ランプ光束（lm）. 3000. 2000. 210. ランプ光源色. 白色. 白色. 白色. ランプ寿命(h) 器具電力(W). 12000 85. 40000 41. 40000 7. 詳細を表 3 に示す。部屋モデルは間口 14m、奥行き 21m、床. 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 年間照明費 （ 千円 ） 800 900 1000. 面積294㎡、 天井高2.6m、 光源高さ1.75m、 天井面反射率70%、. 設備償却費/年 電力費/年 ランプ交換費/年 清掃費/年 修繕補修費/年. 条件1. 壁面反射率 50％、床面反射率 30％とした。 条件2. 3.1 照明経済 照明経済比較は年間の照明費により行う。年間照明費の計. 条件3. 算は日本照明器具工業会作成の技術資料を参考にした 5)。基. 図 9 年間照明費の内訳. 本計算式を下に示す。. （千円） 500 年 間 450 照 明 経 400 済 費 350. 年間照明費＝固定費+電力費+維持費 ここで固定費：ランプの価格を除いた設備費×償却係数 維持費：ランプ交換費+清掃費+修繕補修費 TAL を導入することでアンビエント照明の年間照明費にタ スク照明の年間照明費が加わることになるが、タスク照明の 年間照明費はアンビエント照明の1/6程度と非常に少ない結 果となった。その上、アンビエント照明の使用台数も減らせ るため、従来照明方式より固定費 40％、電力費 56％、ラン プ交換費 60％、清掃費 60％、修繕補修費 55％の削減となり 年間照明費全体で約 50％削減できる結果となった。 各ケース の年間照明費の内訳を図 9 に、一覧を表 4 に示す。. （千円） 500 年 間 450 照 明 経 400 済 費 350. 蛍光灯. 蛍光灯. 300. 300 0. 10 20 30 40 価格下落率（％）. 50. 0. 5. 10. 15. 図 11 LED 照明の年間照明費予測 アンビエント照明 タスク照明 （ kWh/年 ） 年 20000 間 照 明 15000 消 費 エ 10000 ネ ル ギ 5000 ー 量 0 条件1 条件2. 条件3. 図 10 年間照明消費エネルギー量. 53‐2. 20. 発光効率上昇率（％）. 25.
(4) 直管型 LED ベースライトの年間照明費は蛍光灯と比較し. 表 4 年間照明経済計算書. て７％程度高くなる結果となった。 これは2013 年 1 月現在、. アンビエント照明 条件設定. 最も性能の優れた発光効率 95 lm/W の LED 蛍光灯を用いた試 算であるが、技術の進歩により LED 蛍光ランプの性能は今後 さらに向上していくものと予想される。よって LED 照明の発 光効率が向上した場合及びランプ価格が低下した場合につ いて検証を行った。その結果、LED 照明の発光効率が 5％向 上もしくは LED 照明のランプの価格が 44％減少することで 蛍光灯の年間照明経済を下回る結果を得た。詳細を図 10 に 示す。LED 照明の発光効率は最近の 5 年間で 2 倍に増えてお り、2015 年までに 120～130lm/W と予想されている 6）。それ ゆえ発光効率の 5％上昇は 1 年以内であると考えられる。 3.2 年間照明消費エネルギー量（KWh/年） 年間照明消費エネルギー量の基本計算式を以下に示す。. ET=WT×A×T×F/1000 ここで、ET：年間照明消費エネルギー量(KWh/年)、. WT：計画照明消費電力量(W/㎡) 、 A：床面積（㎡） T：年間照明点灯時間（h）. 、 F：補正係数. TAL の導入は従来照明と比較して年間照明消費エネルギー 量が半分以下になるという結果を得た。また LED 照明を組み 合わせることで 70％以上エネルギーの削減が見込める結果 となった。これはタスク照明の点灯時間をアンビエント照明 と同様、3000 時間として計算した結果であり、タスク照明を こまめに消灯することでさらにエネルギーの削減が見込め ると考えられる。図 11 に各条件の年間照明消費エネルギー 量を示す。 6.まとめ 本研究で得られた知見を以下にまとめる。 アンビエント照度の下限値は色温度に関係なく、昼間など 外部が明るい場合は紙面作業時で 300 lx～400 lx、VDT 作業. 部屋の間口 m 部屋の奥行き m 部屋の面積 ㎡ 光源の高さ m 室指数 照 照明器具 明 安定器 設 光源全光束 lm 計 照明率 % 保守率 設定照度 lx 器具台数 台 平均照度 lx 器具単価 \ 吊具単価 \ ランプ単価 \ 安定器単価 \ 設 配線取り付け単価 \ 備 器具設備単価(ランプ抜） \ 費 使用台数 台 総設備費 \ 償却係数 % 設備償却費/年 \ 器具設備単価(ランプ込） \ 初設備費 総設備費 \ 器具電力（含安定器） kW 電 総電力 kW 力 電力単価 \/kWh 費 年間点灯時間 h 総電力費/年 \ ランプ個数 個 ラ ランプ寿命 h ン ランプ交換数/年 個 プ 交換ランプ費/年 \ 交 交換人件費/1本 \ 換 交換人件費/年 \ 費 総交換費/年 \ 清 清掃回数/年 回 掃 清掃費/1台 \ 費 清掃費/年 \ 補修費 修繕補修費 \ 設備費償却費/年 \ 電力費/年 \ ま ランプ交換費/年 \ と 清掃費/年 \ め 修繕補修費/年 \ 年間照明費 \ タスク照明 照明器具 設 台数 台 備 値段 \ 費 償却係数 % 設備償却費 \ 器具電力 kW 電 総電力 kW 力 電力単価 \/kWh 費 年間点灯時間 h 総電力費/年 \ 設備償却費/年 \ まとめ 電力費/年 \ 年間照明費 \ 年間照明費合計. 時で 200 lx～300 lx となり、夜間など明るい場所がなく低 照度環境が保てる場合は 150～200 lx となることが示唆され た。また、アンビエント照度 300 lx で好まれるタスクの照 度は色温度の組み合わせに関係なく 200 lx 程度であった。 アンビエント照度 300 lx、タスク照度を 200 lx とするこ とで、 年間照明費と年間照明消費エネルギーの 50％の削減が 見込まれる結果となった。 LED 照明の年間照明経済が蛍光灯を上回る結果となったが、 性能の向上により今後 1 年で下回ることが予想される。さら に 2013 年 1 月 19 日に｢水俣条約｣が制定され、一定量を超え た水銀を含む蛍光灯の製造及び輸出入が 2020 年までに禁止 となったことからも、今後 LED 照明の普及がますます進むも. \. 条件1 14 21 294 1.75 4.8 蛍光灯 40W2灯用. 条件2. 条件3 14 21 294 1.75 4.8. LED -. 14 21 294 1.75 4.8 蛍光灯 40W2灯用. 3000 0.76 0.7 300 28 (7×8) 304 15300 680 aに含む 21000 36300 28 1016400 14 142296 37660 1054480 0.085 2.4 23 3000 164220 56 12000 20 13600 220 4400 18000 1 1265 35420 10164 142296 164220 18000 35420 10164 370100. 2000 0.82 0.72 300 40 (5×8） 321 12000 7000 20000 32000 40 1280000 14 179200 46000 1840000 0.041 1.6 23 3000 113160 80 40000 9 60000 220 1980 61980 1 1265 50600 12800 179200 113160 61980 50600 12800 417740. 3000 0.76 0.7 750 70 (7×10） 760 15300 680 aに含む 17000 32300 70 2261000 14 316540 33660 2356200 0.085 6.0 23 3000 410550 140 12000 50 34000 220 11000 45000 1 1265 88550 22610 316540 410550 45000 88550 22610 883250. LED. LED. -. 30 10000 16 48000 0.0070 0.21 23 3000 14490 48000 14490 62490. 30 10000 16 48000 0.0070 0.21 23 3000 14490 48000 14490 62490. -. 432590. 480230. 883250. 【謝辞】 本研究は、科学研究費補助金の基盤研究 B(課題番号 24360237)によっ た。記して謝意を表する。 【参考文献】 1)省エネルギーセンターHP：オフィスビルのエネルギー消費の特徴， http://www.eccj.or.jp/office_bldg/index.html.（2013年1月現在） 2) 原直也，加藤未佳：タスク・アンビエント照明におけるタスク照度と アンビエント照度の適切な条件，日本建築学会大会学術講演梗概集， pp.413-416，2012.9 3) 稲沼實，他：オフィスにおけるタスク・アンビエント照明方式の適応 性に関する実証的研究，日本建築学会計画系論文集，pp.9-15，2001.10 4) 竹村智明，他：タスク・アンビエント照明の快適性とエネルギー評価， 日本建築学会大会学術講演梗概集，p424，1999.9 5) 照明器具工業会：照明経済計算方法，技術資料 114-1196，1997 6) LED 照明推進協議会：白色 LED の技術ロードマップ，2008. のと考えられる。. 53‐4.
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