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照明を設計してみる


   ■照度計算をやってみよう

■白熱灯の照明率表

■全般照明の照度(白熱灯)
 ●照明器具と照度計算の前提
 ●全般照明の照度レベル
 ●全般照明の照度計算
■局部照明の照度(白熱灯)
 ●局部照明の照度レベル
 ●照明器具
 ●白熱灯の配光図
 ●照度の計算

■台所の照度(ダウンライトとスポットライト)
 ●全般照明
 ●局部照明

■照度計算をやってみよう
   拙宅の照明は白熱灯を基本にすることにして、しかも<電球ソケットは陶器製に決め>で書いたように、その照明器具は陶器製のソケット+白熱電球の組み合わせにすると決めました。けれど、ではそれぞれの部屋やスペースに何個ぐらいその白熱灯をつけたらいいのか。メーカーは「白熱電球は30〜40W/畳程度」という基準を示してますから、それをもとにエイ、ヤッ!と決めてしまっても重大問題ではないのですが、それでうまくいくのか・・・・・。

「30〜40W/畳程度」というのは、カバーがついたシーリングライトでのこと。拙宅のように裸電球だとそれでいいのだろうか・・・。少し計算してみないといけない。

そう考えたので照明の設計をかじってみました。その結果として、「私の家づくりノート」の<照明>で照明設計の理屈を整理してみたわけです。

そこで得た結論は以下のことです。

・内装が木の住宅が持つ美しさを引き立てる照明器具は白熱灯である。(色温度と演色性)
・やや抑えた全般照明と必要箇所を明るく照らす局部照明とを組み合わる。(照度)

拙宅に白熱灯が合うことを確信したのですが、では白熱灯で全般照明と局部照明をつくり出すとして、じゃあ何ワットの電球を何個を使ったらいいのか。カバーがついたシーリングライトで100lx程度の照度を確保するのではなく、抑えぎみの全般照明と適切な局部照明を裸電球で作り出すにはどうするのか。いっそう計算してみないといけないことになりました。というわけで、ここでは拙宅での照度計算例を紹介します。

私の家づくりノート<照明> 照明設計の方法を整理しました


■白熱灯の照明率表
照度計算にはいくつかの数値を使いますが、重要なのは照明率です。これがわからないと計算が出来ない。

いくつかのメーカーが配布している照度計算ソフトは、照明器具を指定すれば簡単に照度計算が計算できる。それを使えば計算は簡単。フリーの照度計算ソフトを配布している東芝ライテックには、拙宅と同様なボール電球をレセプタクルにつけただけのシンプルな照明器具があります(シーリングライトの「レセップ」IG-2002など)から、そのソフトで計算できるはずと安心していたんです。だが・・・。

ところが実はそう簡単ではなかった。その白熱灯シーリングライトのデータが照度計算ソフトには入っていない。メーカーに問い合わせると家庭用の照明器具はデータをとってないとのこと。計算ソフトはプロ用、施設・店舗用ってことなんです。家庭用には意味無しでした。

何か代わりがないかと尋ねて、東芝ライテックからいただいたのが、表1のホワイトランプ(普通の白熱電球)の照明率表です(東芝ライテックさん、ありがとう)。拙宅の電灯は裸電球だから、これを頼りに、照度計算に挑みました。

表1 ホワイトランプ(LW110V60WN)の照明率表



(%)
天井 80 70 50 30 20 0
70 50 30 70 50 30 50 30 30 10 0
30 10 30 10 30 10 30 10 30 10 30 10 30 10 30 10 30 10 10 0
室指数 照 明 率 (×0.01)
0.60 53 49 38 36 28 27 49 45 35 33 26 25 29 28 22 21 18 17 12 8
0.80 63 57 47 44 36 35 57 52 43 41 34 32 36 34 28 27 23 22 16 11
1.00 72 64 55 51 44 42 55 59 51 47 41 39 42 40 34 33 28 27 20 14
1.25 79 70 63 58 51 48 71 64 57 53 47 45 47 45 40 38 32 31 24 17
1.50 85 74 69 63 58 54 77 68 63 58 53 50 52 49 44 42 36 35 28 20
2.00 93 81 79 71 68 62 84 74 72 65 62 58 59 55 52 49 42 41 33 25
2.50 98 85 86 76 75 68 89 78 78 70 69 63 64 59 57 54 47 45 37 28
3.00 102 88 91 80 81 72 93 81 83 74 74 67 68 63 62 57 50 48 40 31
4.00 108 92 98 85 89 78 98 85 89 79 82 73 73 67 68 62 55 52 44 35
5.00 111 94 103 88 95 83 101 87 93 82 87 77 77 70 72 66 58 55 48 37
10.00 119 100 114 96 109 92 108 93 103 89 99 86 85 77 82 74 66 63 55 44
保守率 0.91 0.88 0.84
    資料:東芝ライテック


■全般照明の照度(白熱灯)
   平均照度やその計算方法は「私の家づくりノート」の「照明」で説明しましたので参照下さい(それ読まないと、以下の説明は理解できません)。そこでの説明を前提に、ここではまず、拙宅における白熱灯を使った全般照明の照度計算を示します。


●照明器具と照度計算の前提
拙宅の場合には以下のような数値を前提にしました。

光束 ボール電球(ホワイトとクリア)のカタログデータ
ホワイトボール使用の全般照明
保守率 上記表の「中」=0.88とする。
反射率 天井・壁・床ともにスギ。
杉(新)は30〜50%なので、30%とする。
表1の 青色 の範囲がこれに相当します。
室指数 作業面の高さは照明学会(JIES)「屋内照明基準」に準拠して、食堂などは0.8m、居間・和室は座卓なので0.4mとする。台所は実測の0.85mとする。
光源の下がりは、照明の実際の位置を想定する。
上記のデータから室指数を計算する。


●全般照明の照度レベル
全般照明の平均照度は表2のレベルにします。基本的には照明学会(JIES)「屋内照明基準」の推奨照度に準拠します。ところで、照明学会の推奨照度はJISのものとほぼ同様なのですが、洋間や座敷の全般照明が照明学会のものはJISのものに比べてかなり高く(明るく)なっていて、メーカーの推奨レベルになってます。その理由はよくわかりませんが、拙宅ではJISのレベルを採用します。

表2 全般照明の照度 (単位:lx)
1階の部屋 目標照度 1階の部屋 目標照度 2階の部屋 目標照度
台所 75-150 玄関ホール 30-75 ホール 75-150
食堂 30-75 洗面・洗濯所 50-100 子供部屋 75-150
居間、畳の間 30-75 風呂&トイレ 50-100 洗面&トイレ 50-100
廊下・階段 30-75 玄関 50-100 主寝室 10-30


●全般照明の照度計算
上記のような設定で計算を行った結果を示します。

「目標照度」は表2に示したものです。部屋の大きさや光源の位置から室指数を計算し、それと表1の照明率表から照明率を求めます。平均照度は以下の式で求めますので、「照度」が「目標照度」の範囲内になるように電球のタイプ(ホワイトかクリアか、ワット数)と灯数を設定します。

照度=ランプの光束×ランプの個数×保守率×照明率/床面積


表3 各部屋の照度とランプ
部屋 目標
照度
設定する数値



(W)
室指数の基礎データ


(%)



(%)
照度

lx
電球
タイプ
光束

(lm)


室の大きさ 作業
面高

b
器具
の下
がり
c
光源
の高

a-b-c


間口 奥行 面積
高さ
a
台所 75-150 80 ホワイト
100W
1370 5 500 5.4 5.6 30.2 2.5 0.85 0.15 1.5 1.83 0.4 0.88
食堂 30-75 33 クリア
60W
750 4 240 5.4 5.6 30.2 2.5 0.8 0.15 1.55 1.77 0.38 0.88
玄関
ホール
30-75 27 ホワイト
60W
725 1 60 1.8 3.2 5.7 2.5 0.8 0.4 1.3 0.88 0.24 0.88
居間 30-75 48 クリア
60W
750 4 240 3.6 5.0 18.0 4.7 0.4 2.7 1.6 1.31 0.33 0.88
畳の間 30-75 69 ホワイト
100W
1370 2 200 3.6 2.7 9.7 2.3 0.4 0.4 1.5 1.03 0.28 0.88
洗面
・洗濯
50-100 64 ホワイト
60W
725 2 120 2.7 1.7 4.6 2.5 0.8 0.4 1.3 0.80 0.23 0.88
風呂 50-100 88 ホワイト
60W
725 4 240 1.7 3.4 5.8 2.5 0.5 0.4 1.6 0.71 0.2 0.88
トイレ 50-100 66 ホワイト
60W
725 3 180 1.7 3.4 5.8 2.5 0.5 0.4 1.6 0.71 0.2 0.88
玄関 50-100 78 ホワイト
60W
725 1 60 1.8 0.7 1.2 2.5 0.8 0.4 1.3 0.38 0.15 0.88
2階
ホール
75-150 73 ホワイト
60W
725 4 240 3.6 3.6 13.0 2 0.8 0.15 1.05 1.71 0.37 0.88
子供
部屋
75-150 73 ホワイト
60W
725 4 240 3.6 3.6 13.0 2 0.8 0.15 1.05 1.71 0.37 0.88
洗面
トイレ
50-100 89 ホワイト
100W
1370 1 100 1.8 1.8 3.2 2 0.8 0.15 1.05 0.86 0.24 0.88
主寝室 10-30 38 ホワイト
40W
439 4 160 3.6 4.5 16.2 2 0.8 0.15 1.05 1.90 0.4 0.88
注:   
 
は、1部屋を2つのスペースに使うところで、面積は部屋全体のものを示していて、灯数はその部屋全体に対するもの。実際には、各々のスペースに応じた照度を出すために灯数を按分する。


この結果から、各部屋の全般照明にどの程度の電球を用いれば良いかがわかります。天井も壁も床も木なので、反射率が低いために照明を多くつかわないといけないようです。壁に漆喰を塗ってやや白めにした方が照明の効率はよくなるようです。拙宅の壁仕上げは、やや土色の左官が好みなのですが、予算の関係からカットしました。それをDIYですれば、望みがかなうとともに明るくもなっていい、ということがわかりました。

なお、台所と食堂、風呂とトイレは空間的に一体なので「室の大きさ」は同じですが、台所と食堂とでは作業面高さが異なると室指数や照明率及び照度の値は別になります。実際には、それぞれのスペースに応じて異なった照度になるようにランプを選定します。


■局部照明の照度(白熱灯)
   台所の流し台・調理台・ガスコンロ、食堂の食卓、居間の座卓、洗面台は局部照明を使います。


●局部照明の照度レベル
表4の局部照明の推奨照度は、JISの照度基準です(照明学会の照明基準も同様)。その右に拙宅での目標レベルを示します。居間については低めにしてますが、メーカーのシーリングライトの照度レベルが100〜120lxですから、それに比べると特段低いということではないでしょう。もしも不足に感じたら、電球を増やすなりで対応します。

表4 局部照明の照度(lx)
場所 推奨照度 拙宅での照度
居間座卓 150-300 150
流し台・調理台 200-500 300
食卓 200-500 300
洗面 200-500 300


●照明器具
局部照明の照明器具に何を使うか。拙宅では以下のように局部照明には主に電球を使おうと考えています。流し台にスポットライトを使う理由は次の項で述べます。

局部照明の照明器具
居間の座卓 ボール形電球のペンダント
ボール電球のペンダント
食卓 ボール形電球のペンダント
洗面 普通形電球のブラケット
流し台・調理台 スポットライト


●白熱灯の配光図
東芝ライテックからは光束790lmのホワイトランプの照明率表とともに、下のような照度分布図が届きました。これによって、ランプからの距離と照度との関係を表に示したのが右の表5です。

東芝 ホワイトランプ LW110V60MNの照度
表5
ホワイトランプ(790lm)からの距離と照度
光源から
の距離
(m)
照度
(lx)
1.2 50
1.8 20


●照度の計算
他の普通形電球もボール形電球もほぼ同様の照度分布の形状を示すそうです。したがって、照度は光束に比例し、距離の二乗に反比例することから、それらランプの光束及び光が当たる対象との距離がわかれば、照度が計算できます。それを示したのが表6です。

目標照度は表4の数値、全般照明の照度は表3で計算した結果で、両者の差が「局部照明で必要な照度」です。この照度になるように、ランプ(光束)の選定と個数を設定します。照度は、表5の数値と使用するランプの光束と距離から次のように計算します。(光束790lm、距離1.2mで50lxになることから計算)

照度(lx)=50(lx)×ランプの光束(lm)×個数/790(lm)×1.2(m)^2/距離(m)^2
 注:^2は2乗の意味

表6 局部照明の照度とランプ
場所 目標
照度
(lx)
a
全般照明
の照度
(lx)
b
局部照明
で必要な
照度(lx)
a-b
照度の
計算結果
(lx)
ランプ
の種類

光束
(lm)

ランプと
の距離
(m)


居間座卓 150 48 102 103 ボール形 100 1370 2 1.4 0.9
食堂食卓 300 33 267 225 ボール形 100 1370 2 1.0 0.9
1F洗面 300 64 236 213 普通電球 30 325 2 0.5 0.9
2F洗面 300 89 217 213 普通電球 30 325 2 0.5 0.9
台所流し台 300 80 220 219 普通電球 100 1500 4 1.4 0.9
台所配膳台 300 80 220 199 普通電球 60 810 3 1.0 0.9

居間の座卓では、全般照明に加えて、座卓の上1.4mの位置に100Wのボール形電球があれば十分な照度(150lx)が得られる。局部照明だけでも100lxあるので、全般照明がなくとも十分に感じるかもしれないです。

食堂の食卓は1mで計算しました。通常、ダイニングテーブル上のペンダントはテーブル面から50cmの高さに取り付けるもののようですが、拙宅ではセードがないボール電球なのでそれでは目線に電球が入ってしまうので、90cm以上の高さにつけるのがいいです。照度は200lxを越えているから、全般照明がなくともペンダントだけで十分と感じるかもしれません。

洗面については、全般照明の他に、正面の鏡の左右の脇に30Wの普通形電球を各1個つければ顔がよく見えるということです。

ところで、100Wの裸電球を近くで見るとやはり眩しい。ボール電球の方がまぶしさは少ないが、それでも眩しい。60W程度にするか、あるいは電球が直接に視野に入らないような工夫を使いながら考えた方がいいかもしれません。(2001/6/24記)


■台所の照度(ダウンライトとスポットライト)
   台所の照明は裸電球では問題があるようです。まず表3の台所を見ると、台所の全般照明にはかなり電力を使いそうです。表では100Wの電球5個(計500W)となってますが、これは食堂の広さも含めての計算ですから、台所だけではその1/2、100Wの電球2〜3個(200〜300W)いるでしょう。問題は局部照明で、表6からは局部照明に100W×4個=400Wもの照明が必要で、これでは電気を食い過ぎる感じです。それ以上にこんなたくさんの局部照明をつけることは無理だし、熱で暑い。

なぜそうなるかというと、台所ではかなり高い照度の照明が要求されているからで、その要求を裸電球で満たすためには大きなワット数が必要になる。これは経済的ではありません。それで台所では、もっと効率の良い照明器具を用いることにします。具体的には全般照明にダウンライト、局部照明にスポットライトを検討してみました。

どのタイプのダウンライトとスポットライトを選ぶかが問題ですが、具体的な選定理由は<照明器具の選定>のページに譲って、ここでは結論だけを紹介します。ダウンライトはレフ形ミニクリプトン球の天井直付け形、スポットライトはレフ形ミニクリプトン球レフランプのものです。メーカーはオーデリックです。

以下ではダウンライトとスポットライトを使った場合の照度設計を示します。


●全般照明
ダウンライトは配光図(下図)が示されています。この図の見方は「家づくりノート」の<照明>にありますが、光源の真下距離と照度との関係とその2/1照度の範囲(直径)が示されていますので、それから照度を検討します。(照明率表があれば、それから求めることもできます。)



OL_058_012
(40W、φ125、高90)

OL_058_012配光図

OL_058_015
(60W、φ140、高90)

OL_058_015配光図


その数値を用いて、台所の流し台・作業台上の照度を40Wタイプ(OL_058_012)と60Wタイプ(OL_058_015)とで比較計算したのが表7です。

表7 天井直付け形ダウンライトの照度
品番
照度計算 配光図データ
距離
(m)
照度
(lx)
1/2照度
直径(m)
距離
(m)
照度
(lx)
1/2照度
直径(m)
OL058_012 40 1.45 83 1.8 1 175 1.25
OL058_015 60 1.45 177 1.6 1 372 1.1

天井高2.4mに直付けなので器具の位置は天井-0.1m、流し台の高さ0.85mとの距離は1.45mですから、流し台レベルの真下位置の照度を75〜150lxにするには、40Wタイプでも60Wタイプでも可能です。

拙宅の台所は右の図のようにアイランドを含むII型です。ダウンライトは左右のラインの真ん中に2個つけることになるでしょう。

流し台の高さでの1/2照度の直径は1.8mと1.6mですから、照明器具の設置位置は、壁からはその半分の距離に、また照明器具間のピッチは直径で設置します。したがって2個設置の場合には、40Wタイプだと1.8m×3.6mの範囲、60Wタイプだと1.6×3.2mをカバーすることになるでしょうか。

1/2照度の範囲はどちらも大差ないですが、1/2照度は40Wタイプでは42lx、60Wタイプは89lxです。作業位置、とくにコンロは照明から最も遠い位置にあります。ここの全体照明をできるだけ確保することを考えると、40Wタイプの42lxを下る照度では暗すぎでしょう。

したがって、拙宅では60Wタイプの方がいいようです。


●局部照明
スポットライトはレフ型ミニクリプトン電球50W(OS_047_063)とレフランプ100W(OS_047_087)の2種で、それらのデータも同様に示されています。


OS_047_063
直射水平面照度図と配光曲線

OS_047_087
直射水平面照度図と配光曲線


表7の照度は照明器具真下のものであり、台所の流し台や作業台の上はその1/2照度程度の位置にあります。60Wタイプで80lx強でしょう。局部照明の照度は300lx必要だとすると(表4参照)、局部照明では220lx程度を得る必要があるようです。

流し台から天井までの高さは約1.45mです。アイランド型対面キッチン(流し台)の上は棚がないので天井までは1.45m、配膳台(その横にガスコンロ)の上には吊り戸棚がありその下端から配膳台までは約0.8mです。しかしスポットライトの位置はそれらの流し台や配膳台の真上ではなく、流し台の場合は手元が暗くならないよう身体のやや前方の斜め上方の左右から照らします。配膳台やコンロの場合には、台に反射した光が目に入らないように、吊り戸棚の手前側の下端から照らします。

したがって、照明器具と作業位置の距離は高さ方向に加えて横方向も加えた距離によって照度を計算します。その結果が表8です。50Wタイプは吊り戸棚下端から配膳台とコンロを照らす、100Wタイプは天井から流し台を照らすと想定して計算しています。ともにおおよそ200lx程度の照度が得られそうですから、照度としては問題ないでしょう。

表8 スポットライトの照度
品番 W
照度計算 配光図データ
距離
(m)
照度
(lx)
1/2照度
半径
(m)
距離
(m)
照度
(lx)
1/2照度
直径
(m)
OS047063 50 1.0 194 1.28 1 206 1.09
OS047087 100 1.8 213 1.82 1 660 0.87

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2001/6/20 公開
2001/6/24 局部照明に関して加筆