照明設計の基礎知識と設計手法

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照明デザインの概要

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周囲が暗ければ色の判別ができませんし、文字を読むこともできません。太陽光が確保できるならば、窓などから入る光によって明るく照らされますが、建物の奥にまでまんべんなく光を入れるのは困難です。また夜になれば太陽からの光を得ることはできません。

照明は、対象場所に明るさを与えます。建物の奥が暗がりになるならば、奥側に照明器具を設置すれば建物全体を同じ明るさにでき、夜になれば照明を点灯させることで、明かりを得ます。照明を計画するにはいくつかの手順があり、綿密な計画をしなければ中途半端な設計になってしまいます。明るさが思ったほど確保できなかったり、逆に明る過ぎたりと、不具合の原因にもなります。

一般的に、照明の工事は電気設備の範囲になります。照明器具を点灯させるには、電源を供給する電気工事が必要なため、電気工事の一つとして組み込む方が合理的です。

意匠性を求めた場合でも、場所に適していない器具を選定してしまうと、事故のおそれがありますので、電気設備設計者は、適正な器具が使用されるように計画します。例えば、屋外で使用する照明器具なのに、屋内用器具を選定してしまうと、雨水が内部に浸入して漏電事故になります。

工場などで、危険なガスが発生するような場所に照明器具を設置する場合、密閉型の器具を使用しなければ、爆発事故などのおそれがあります。意匠的な考え方を把握・理解し、必要性能を満足する器具選定をします。

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照明用語の解説

照度

照度は、光を受けた面の明るさを表わす指標となる数字です。明るければ明るいほど照度の数値が高くなり、照明対象がはっきりと見えるようになります。高い照度を確保するためには、光源の光束を高めたり、照射面に光源を近づけたりすることで対応します。

照明を設置する部屋の用途や、作業する内容や種類によって、基準となる照度が違い、JISによって照度基準の推奨値が定められています。JISの照度をひとつの目安として計画を行うことになります。

照度の基準を使用する場合の注意として、これは健常者による明るさの感じ方を基準にしていますので、高齢者にとっては2倍から3倍の照度が必要となります。通常、60歳になると視力が0.8倍、70歳になると0.6倍、80歳になると0.4倍まで、照度を感じる能力が低下するとされます。高齢者向けの施設や住宅を計画する場合、照度を高めることを考慮した計画が必要です。

なお、消費電力と照度の関係は単純な比例関係にあるため、消費電力を高くすればするほど大きな照度を得ることが出来ますが、人が感じる明るさ感は、照度700lxを超えたあたりから、比例関係ではなくなります。消費電力の増加に対して、人が感じる明るさが小さくなってしまうため、むやみに大きな照度はエネルギーの無駄遣いとなります。

  • 適正照度の設定
  • 点滅・調光による合理化
  • 高効率照明の採用
  • 保守管理

以上4項目を考慮し、省エネルギーに配慮した照明計画を行うことが望まれます。

照度分布

全般照明を計画する場合、照度をできる限り均一にすることが望ましいとされています。照度にむらがあると、手暗がりや影が発生し、眼の疲れなどを誘発します。平均照度と最小照度の比率を0.8以上とすることで、良好な照明環境となります。

照明器具を数多く設置する方法や、間接照明や光天井などを使用し、発光面を大きくすることで分布を良くする方法などがありますので、適宜計画に考慮することが望まれます。

演色性(演色評価数)

演色性は、照明によって照射された物体の、色の見え方を数値で表現したものです。数値が高いほど、照明対象の本来の色を再現できていることになります。低い場合は、本来の色ではない色が見えていることになります。

演色評価数という、100に近いほど照射対象がもつ本来の色を再現できるという指数(Ra)があります。例えば、太陽光の演色性はRa=100です。商業施設などで多用される「セラミックメタルハライドランプ」は、Ra=92という高い演色性を持っています。悪い部類では、「水銀灯」はRa=60前後の演色性しかありませんし、道路やトンネルでよく使用されている「高圧ナトリウムランプ」は最も低く、Ra=25程度の演色性しかありません。

演色性を選択するためには、その空間に必要な色の見せ方を把握しなければいけません。例えば美術館や展示室などでは、限りなく原色に近い色で照射しなければ、美術品が持っている本来の価値を下げてしまうことになりますので、演色評価数 Ra=100 に近い照明器具を選定します。

道路やトンネルの照明を計画する場合は、本来の色を忠実に再現する必要などはありませんので、演色性が悪くても効率や煙透過性の高い高圧ナトリウムランプを使用する方が合理的です。このような場合は、演色性の高さを優先せず、照明効率や寿命の長さを優先した計画を行うことになります。

グレア

照明によって感じるまぶしさをグレアと呼びます。視線を中心として上下30度の範囲は「グレアゾーン」とされており、この視覚範囲内に輝度の高い光源があると、まぶしさを感じるとされます。

グレアは「周囲が暗いほど」「光源の輝度が高いほど」「光源に近いほど」「光源の見かけの面積が大きいほど」強くなる性質がありますので、同じ照明器具やランプを使用しても、グレアの感じ方が変わります。グレアを感じる光源が視界内にあると、視力の低下や疲労感の増大、不快感などにつながるため、全般照明を計画する場合は、グレアを避けるように設計します。

ただし、高輝度の光源による輝きの全てがグレアとはならず、シャンデリア照明など、照明演出の効果のひとつとして活用する場合もあります。輝きやきらめき感とグレアは、設置場所や条件、視認する人の性質などによって変化するため、設置場所に応じた適切な光源と輝度を計画しなければいけません。

グレアには「減能グレア」と「不快グレア」があります。減能グレアは、視線の近くに高輝度グレアがある場合、目が眩んで物が見えなくなる現象です。光沢のあるものに対して高輝度光源が映り込み、文字などが見えなくなることも、減能グレアの一種で反射グレアと呼ばれています。

不快グレアは、心理的不快感を与えるグレアを示します。多数の光源が目に入り、長時間作業によって目の疲労が増加し、能率低下などを引き起こすことがあります。不快グレアの除去は、照明計画において重要な要素です。

照明器具の映り込み

OA機器を多く使用する事務所計画においては、CRT画面などに照明器具が映り込んでしまうことを防ぐため、ルーバー付きの照明器具をすることが原則になります。しかし、最近はディスプレイ画面側の反射防止措置が向上しており、ルーバー無しの照明計画にしていても、映り込みが気になって業務に支障があるとまでは言えないと考えられます。

まったく映り込みを許容できない場合を除き、ルーバー付き照明器具を採用することで照明効率を低下させ、さらに清掃等の手間を増やすことを考えると、ルーバーを設置せずに計画することも一案ではないかと考えられます。

色温度と光の色

光源の色は、相関色温度で表現され、ケルビン(K)で数値化されています。代表的な例をいくつか挙げると、ろうそくやたき火は2,300K、曇り空は7,000K、青天の青空は11,000K程度とされます。人工照明で代表的なものに、白熱電球が3,000K、白色蛍光灯は5,000K、透明水銀灯は5,800Kなどがあります。

色温度が低く赤みが強い光は、主にくつろいだ気分を演出したり空間に高級感を演出する場合に使用します。これを暖色系といい、住宅ではリビングや寝室に、業務用では百貨店や高級物販店に多用されます。照度が低くなると、暑苦しさを感じるとされます。

高い色温度は、活動を促したり清潔感を演出する場合に使用します。これは寒色系といい、住宅では書斎に、業務用では事務所内など執務空間に多用されます。照度が低くなると、寒々しい感覚を覚えると言われます。

照明計画においては、照射対象室の雰囲気に合わせ、前述した色温度の違いによる雰囲気の違いを考慮し、色温度を選定します。

照明の虫除け対策

照明は虫が近寄る波長の光を放つ上、熱を発するため虫が近寄ってきます。色温度の低い赤や黄色系に虫は近寄らず、青系の光に虫が誘われるという特性がありますので、これを利用した照明計画も考えられます。例えば、果樹園などで黄色い光を多用しているのは、虫除けとしての照明利用です。コンビニやスーパーマーケットの入口で青い光を放っている電撃殺虫器は、青い光で虫を呼びこんで殺虫機能を高めています。

蛍光灯を使用する場合「紫外線吸収膜付き」というランプを入れると、若干の虫除け効果があります。本来は美術館などで使用する、展示品を紫外線で傷めないようにするという目的のランプですが、誘虫効果のある周波数をカットしているため、虫除けの機能を得ます。

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照明スイッチと点滅

点滅器の概要

照明器具の回路をスイッチで直接オンオフするもの、照度センサーを持つ自動点滅器によって自動オンオフするもの、リモコンスイッチのように遠隔でオンオフするものなど、多岐に渡ります。

点滅方法の選定によって、照明の使い勝手が良くも悪くも大きく変化します。一般に、点滅区分が多くなるほど細やかな制御ができるようになり、省エネルギー効果を発揮させることが容易になりますが、配線が複雑になるため、初期設備投資が多くなります。

手元スイッチ

壁付の手元スイッチは、床上1.2m~1.3mの高さに設置するのが一般的です。フリーアクセスフロアや二重床など、床がかさ上げされる場所ではかさ上げ分の高さを見込んで位置を決める必要があります。

入口付近に設置する壁付スイッチは、室内側のドアノブから200mm程度(枠から150mm程度)の場所に設置することが多いですが、常時人が居ない倉庫や物置などでは、出入口付近の廊下側にスイッチを設けることを検討します。ただし廊下側にスイッチを設置した場合、内部で作業しているときに照明を消されてしまう可能性がありますので注意します。スイッチを室内側に設置する場合、位置表示灯(ホタルスイッチ)とすると、どこにスイッチがあるか一目でわかるため便利です。

柱にスイッチを設置する場合の注意点

事務所などでスイッチを計画する場合、柱の中心は間仕切り予定位置となることが多く、新たに間仕切りを設置する際に、スイッチを移設する工事が発生してしまいます。柱にスイッチを設置する場合は中心部ではなく、どちらか片側に寄せて設置するのが良いでしょう。もちろん、点灯させる照明がある側に寄せる必要があります。

点滅の考え方

昼光利用を考慮し、窓側の照明回路は別とし、個別に消灯できるように回路分けを行います。作業時間が異なる場合や、会議スペースを設ける場合など、小ブロック毎に照明回路を分ける方法も考えられます。役所など省エネルギーに考慮した事務所では、照明全てにプルスイッチ付きを採用し、個別にオンオフできるようにしている事例もあります。しかし、プルスイッチが美観上好ましいものではなく、採用事例は少ないと言えます。

会議室や事務室などで、プロジェクターを使用する場合、照明を消灯しないとプロジェクター画面がよく見えないというクレームにつながることがあります。プロジェクターの上部に配置される照明のみ消灯できるように、回路分けを考慮します。

人感センサーによる自動点滅スイッチ

手元スイッチを設置せず、人が室内に入ったことを検知して、自動的に照明を点灯させる方式があります。人感センサーが照明器具に併設されているものや、器具は通常の製品を使用し、別に人感センサーを設置する方法などがあります。トイレなど、照明の消し忘れが頻繁に発生するおそれがある場合は、人感センサーによって自動オンオフを行うことで省エネルギーを図れます。

人感センサーは人がセンサー検知範囲を横切った瞬間に動作しますので、検知エリアの抜けがないように計画します。トイレでは、入口部分に親センサーを設し、各々のブース内に子センサーを設置することで、長時間使用による在室中の消灯を予防できます。センサーは検知角度が設定されていますので、人の動線を考え、使用中に照明が消えてしまうことがないよう計画します。

ただし、出入りの回数が多く、オンオフの回数が多くなり過ぎると、点滅により寿命が短くなり、期待した寿命よりも大幅に早く切れてしまうことがあります。特に蛍光灯は、点滅時にエミッタが消耗し、一般に「点滅1回で1時間の寿命の減」が発生するとされます。このような場所では、点滅に強いLED照明や、点滅寿命を強化した蛍光灯ランプを計画しましょう。

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照明デザインの手順

室用途を把握する

照明計画を行う部屋の用途を把握します。例えば、事務所ビルであれば、ベース照明の照度、点滅区分などを考慮します。工場であれば、作業をする場所によって明るさや必要照度が違うため、部分ごとに違った照明計画が必要ですし、生産する機器によって、照明器具を移動できる計画が必要になるかもしれません。車の展示場ならば、車を際立てて良く見せなければならないため、演色性の良さ、高い照度などが求められます。

空間コンセプトを設定する

照明を行う空間を、明るく活動的とするか、暗く落ち着いた雰囲気とするか、カラーライティングなどで雰囲気を一変させたいのかなど、対象空間をどのように見せるかを設定します。単なる明るさだけを優先させる案、くつろぎを求める案、高級感を感じさせる案など、多様な考え方を検討します。展示物などがある場合、展示物をどのように見せるのか、展示物の周囲の明るさ、色温度の設定などを検討します。

仕上げ材料を確認

光を照射する対象の色は何か、壁を照射する場合、壁の仕上げ材料はペンキかクロス貼りか、光が反射しやすい素材なのか、沈む材料なのか把握します。壁や天井、床に光を当てる場合、仕上げ材料によって光の見え方が変わりますので、その特性を調査します。

間接照明などは、壁・天井を照射して雰囲気を高める方法として広く普及している手法ですが、壁の仕上げが特に重要になります。鏡面で反射する仕上材料の場合、反射して照明器具が見えてしまい、著しく美観を損なうことがあります。

照明手法の設定

壁にブラケット形状の器具を付けるのか、ダウンライトにして器具を見せないようにするか、スポットライトにして器具を見せるかといった、照明手法を決めます。器具を設置する場合、電気配線を通すことが出来るか、設置する下地は照明器具の重さに耐えることができるか、器具のランプ交換が可能かといった点を考慮します。

必要な明るさの設定

明るくする部分と、暗くする部分の設定を行います。展示照明の場合、室全体を暗くし、部分的に明るくすることで照射対象を際立たせることを検討します。事務室などの執務空間では、全体をムラなく明るくすることで、高品位な執務空間を実現できます。これら用途によって、照明器具のランプ種類を設定します。

照明は、光源と作業面上の距離によって、照度設定が変化するため注意が必要です。展示照明や通路照明などは、床面を基準として照度計算を行いますが、事務所などの執務空間では、机上の明るさを確保することが条件となるため、一般事務室では床上80cm、座業では床上40cmを作業面として設計します。

照明を計画する場合、反射率の考え方が重要です。天井、壁、床が光を強く反射する白色であれば、ほとんどの光が反射され照度の確保が容易ですが、天井や壁がベージュ色になっている、床が暗い色になっている、汚れなどでくすんでいるなど、白から離れるに従って反射率が低減し、照度の確保が困難になります。

スポット的に明るさを確保したい場合は、LEDやHIDランプを使用し、高い輝度を得ると良いでしょう。全体的にやわらかく照射したい場合は、HIDランプよりも輝度の低い、蛍光灯ランプを使ったり、パネルなどを使用して光源を隠す方法もあります。

器具選定

照明器具を選定します。国内汎用品を生産している照明メーカーのカタログに、イメージ通りの照明器具があれば良いですが、どうしても存在しなければ特注品や海外製品を使用します。海外の照明器具を輸入する場合、国内で使用するためには電気用品安全法に基づくPSEマークの取得が必要です。照明器具の形状は建築空間にマッチしているか、照明器具が特徴的すぎて空間から浮いていないかなど、総合的な判断を行います。

見積・再選定

照明選定に海外メーカーや特注品を多く使用すると、規定の予算から逸脱することが多くなります。安価に入手できるメーカーの照明器具を選ぶなど、予算内に納まるように計画します。

省エネルギーに配慮した照明計画

昼光・外光利用

晴天時の全天空照度は15,000lx程度あり、この光を利用して室内の照度を確保する方法です。太陽光を使用した場合、非常に照度が高くなるために明暗が発生し、手暗がりとなることがあるため、ブラインドや庇などで光束を調整します。

窓側の照明一群と室内側の照明一群を分け、外光が入る時間帯には窓側の全般照明を消すという方法が取れます。ただし、昼光で目標となる作業面照度が確保できたとしても、光が照射される方向が横向きとなり、影が生じることにより光の質が悪くなることがあります。照度が大きくなり過ぎてしまい、眩しくて文字が読めないといった弊害を生む可能性もあります。外光センサーによりランプを調光し、自然な感覚で照度調整を自動化するという方法も、検討が必要です。

昼光利用を採用することで、何の省エネルギー措置も実施しない場合と比べて、最大で約25%の省エネルギー効果を期待できます。人感センサーなどで室内の在席感知を併用することで、さらなる省エネルギー効果を期待できます。

初期照度補正

蛍光灯照明は、蛍光灯の光束の経年劣化による低下を見込み、保守率を0.7程度として設計するため、設置した直後は過剰照度となります。想定していた照度よりも3割程度明るくなり、目の疲れ誘発、消費電力の増大など、無駄なエネルギーとなります。初期照度を想定した照度にするため、インバータ照明器具にタイマー装置を内蔵し、点灯時間の累積によって初期照度の過剰分を調光し、必要照度に抑制する方法が「初期照度補正機能」です。

照明器具点灯時の過剰照度を抑制することで、無駄な明るさにならないよう調整し、消費電力が低減し、大きな省エネルギー効果を生み出すことができます。初期照度補正器具を使用することで、約12%の節電を図ることが可能です。

人感センサーによる自動点滅

前述したように、人感センサーによって照明器具をオンオフすることで、消し忘れを防止する事が可能です。スイッチに手を触れること無くオンオフできるので、トイレなどでは清潔感を維持する効果もあります。

人感センサーは、人体から放射されている遠赤外線を検出するセンサーで、熱線センサーやパッシブセンサーという名称でも呼ばれています。倉庫や湯沸室、更衣室など、照明の消し忘れが発生するおそれがある部屋では、人感センサーによる自動オンオフ制御で消し忘れ防止を図ることで、省エネルギー効果を期待できます。

人体から放射されている輻射熱を利用し、人体が発生している9.4μmの遠赤外線を検出して、電気信号に変換して器具をオンオフします。トイレブースなどに使用した場合、人が長時間停止していると、未検知状態となり照明が消灯してしまうことがありましたが、微動検知性能の向上により、センサー不検知により消灯してしまうといった現象は、少なくなっています。

照明の長寿命化

照明は長寿命であることが前提となることが多く、頻繁にランプ交換をしなければならない計画は嫌われます。白熱電球を使用した照明計画では、ランプの寿命が問題になることが多く、HIDランプや蛍光灯を用いた計画によって長寿命化を図ることが可能です。ただし、器具コストが増加したり、デザインの良い器具がないなど、長寿命化のためにコスト増加や、設計の幅広さが失われるおそれがあります。

HIDランプは器具が小さく、寿命が長いという特徴がありますが、機器が高価であったり、HIDランプを点灯させるための安定器設置場所を考慮したりと、計画が難しくなる場合があります。LED照明を採用する方法もありますが、器具が高価であるため、多数採用するとコスト増につながることがあります。

簡易に照明の長寿命化を図る場合、白熱電球を調光して使用する方法も一案です。12Vダイクロハロゲンであればライフセレクトトランスがあるため手軽ですが、大光束が必要な場合は、100Vを供給するハロゲンランプなどの照明器具を選定し、調光によって電圧を落として設置すると、長寿命かつ輝度が高く、デザイン的にも使いやすくなります。

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