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‐ 山下 厳己 1.はじめに 鉛直面照度 測定点（3 点） 周辺照度 測定点（4 点） オフィスの内部で消費されるエネルギーの中で照明用電 力は約 2 割を占めており、低炭素社会の実現に向け照明用電 作業面照度 測定点 では高効率・長寿命の照明器具の使用と適切な照明制御を行 2500mm 900mm 力の削減が急務の課題となっている 1)。そのため、オフィス う必要があり、特に LED 照明の利用、タスク・アンビエント 照明システム(以下 TAL)の導入が有効であるとされている。 LED シーリングライト 表されている。特にタスク・アンビエント比の点から TAL の あり方について論じているものが多い LED 電球 600mm TAL に関する研究は 1980 年代から今まで多くの論文が発 （ 2)3） 。これは、タスク （ 2500mm （ 図 1 実験室平面図 照明の調光が容易にできないという背景があったためであ （ る。しかし、現在は LED 照明の普及により容易に調光できる LED 電球 （アンビエント照明） タスク照明がほとんどである。つまり、現在の TAL のあり方 LED シーリングライト （アンビエント照明） として、快適性を損なわない範囲でアンビエント照度を出来 （ るだけ低く設定し、タスク照度は個人の好みで適切に設定す 400mm ることが最良だと考えられる。 そこで本研究では、被験者実験にて TAL の快適性を損なわ 2500mm （ LED 電球 （タスク照明） （ 800mm ないアンビエント照明条件について検討し、そのアンビエン ト照明条件において好まれるタスク照明の照度・色温度につ いて傾向を調べた。そこで得られた結果を基に年間照明経 2500mm 済・年間照明消費エネルギー量のシミュレーションを行い、 図 2 実験室断面図 LED 照明を用いた TAL の経済とエネルギーの評価を行った。 （ 2.1 アンビエント照度許容下限値の検討 2.TAL の照明条件の検討 実験は 2012 年 11 月～2012 年 12 月の 18：00～21：00 に行 実験は九州大学構内の研究室内に実大模型室（2500mm× った。実験期間中の室温は 18～21℃、湿度は 30～50％であ 2500mm×天井高 2500mm）を設置して行った。天井面、床面 った。 実験条件はアンビエント照明の色温度 3 条件 （2800 K、 は既存のものを使用し、パーティションで区切られたブース 4000 K、5200 K） 、順応状態 2 条件（100 lx 順応、700 lx 順 内の中央部に作業机を設置した。反射率は天井面 80％、壁面 応） 、作業内容 2 条件（VDT 作業、紙面作業）の組み合わせ計 75％、机上面 80％、床面 50％であった。照明器具に照度・ 12 条件とした。 色温度の調節可能なLED シーリングライトとLED 電球を用い 被験者に 100 lx または 700 lx の環境で 5 分間順応させ、 た。照度は 0～900 lx、色温度は 2800～5400 K で調節可能で 各作業に支障が出ない明るさまで照度を調節させる（調光 1） 。 ある。図 1 に実大模型室の平面図、図 2 に断面図を示す。 その照度条件下で 10 分間の作業をさせ、作業後に再度照度 実験には 7 人の被験者を用いた。被験者は健康な大学生 7 を調節させた（調光 2） 。実験の手順を図 3 に示す作業内容は 名（男 4 名、女 3 名）で、平均年齢は 23.3 歳（男 22.8 歳、 紙面作業、VDT 作業ともに SPI（Synthetic Personality Inventory） 女 24.0 歳）であった。自己申告により色覚異常の有無を確 の問題を用いた。紙面作業における文字の大きさは 9～ 認したところ、色覚に異常のある者はいなかった。 10.5pt であった。 53‐1 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 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 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 部屋の奥行き 部屋の面積 光源の高さ 室指数 照 照明器具 明 安定器 設 光源全光束 計 照明率 保守率 設定照度 器具台数 平均照度 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 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） 電 総電力 力 電力単価 費 年間点灯時間 総電力費/年 ランプ個数 ラ ランプ寿命 ン ランプ交換数/年 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 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 備 値段 費 償却係数 設備償却費 器具電力 電 総電力 力 電力単価 費 年間点灯時間 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 m m ㎡ m 条件1 14 21 294 1.75 4.8 蛍光灯 40W2灯用 lm % lx 台 lx \ \ \ \ \ \ 台 \ % \ \ \ kW kW \/kWh h \ 個 h 個 \ \ \ \ 回 \ \ \ \ \ \ \ \ \ 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 - 台 \ % \ kW kW \/kWh h \ \ \ \ 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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