1、高大廠房照明設(shè)計(jì)的功率密度值限制李鵬，張曉明，周宏（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海，200063）摘要：工業(yè)建筑領(lǐng)域的一些高大廠房照明設(shè)計(jì)中，經(jīng)常存在無(wú)法同時(shí)滿足照度標(biāo)準(zhǔn)和功率密度值要求的問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，本文通過(guò)大量的照明仿真計(jì)算和對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析處理，得出了在高大廠房照明設(shè)計(jì)中，照明功率密度值應(yīng)該考慮建筑高度的結(jié)論。關(guān)鍵字：高大廠房，LPD值，DIALux照明仿真，MATLAB計(jì)算The Limitation of LPD Value in High and Large Plant Lighting DesignLi Peng, Zhang Xiaoming, Zhou Hon

2、gAbstract: There are always some contradictory problems between demand of illuminance and LPD value in industry building field. To solve the problem, this article dealt with many plants for lighting simulation and result analysis, and the conclusion is that lighting design in high and large plant sh

3、ould consider the height of plant.Keywords: high and large plant, LPD value, lighting simulation with DIALux, calculation with MATLAB1. 現(xiàn)行照明標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高大廠房照明設(shè)計(jì)的影響工業(yè)領(lǐng)域建筑物內(nèi)的活動(dòng)通常是圍繞產(chǎn)品的加工、制作進(jìn)行的，是以生產(chǎn)和工人的活動(dòng)為中心的。工業(yè)建筑內(nèi)的一切設(shè)施應(yīng)該保證工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的安全、高效和不間斷地進(jìn)行，保證足夠高的勞動(dòng)效率，降低生產(chǎn)的差錯(cuò)和廢品率，節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本。工業(yè)建筑物與民用建筑物相比，通常層高較高，而有些有特殊要求的廠房，則

4、高度更大，比如船廠裝焊車間、飛機(jī)裝配車間等高大廠房，單層建筑高度一般都在20米以上。而即使同一類型的工業(yè)建筑，因用途不同也會(huì)出現(xiàn)高度的較大差異，比如船廠建筑中很多工廠廠房的高度為20米，有的可以達(dá)到50米。廠房的照明設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)行照明標(biāo)準(zhǔn)GB 50034-2004建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定來(lái)進(jìn)行，不僅需要滿足規(guī)范對(duì)照度值的規(guī)定，而且應(yīng)該滿足國(guó)家規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑物節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定主要體現(xiàn)在功率密度值（簡(jiǎn)稱LPD）的要求上，其中機(jī)械加工廠房的功率密度值可以在該標(biāo)準(zhǔn)第6.1.7節(jié)的表6.1.7工業(yè)建筑照明功率密度值中查到，如表1所示1。表1建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50034-2004對(duì)工業(yè)建筑

5、的照明要求場(chǎng)所功率密度值（W/m2）對(duì)應(yīng)照度值（lx）現(xiàn)行值目標(biāo)值機(jī)械加工粗加工87200一般加工，公差0.1mm1211300精密加工，公差<0.1mm1917500建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范并沒(méi)有對(duì)工業(yè)建筑的層高進(jìn)行限制，因此很多高大廠房也必須遵守規(guī)范的規(guī)定來(lái)達(dá)到LPD值的要求。然而各種高度差異巨大的廠房使用同一種LPD值來(lái)要求是否合理呢？一些高度值十分巨大的廠房使用建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定是否合適呢？這些問(wèn)題對(duì)于高大廠房的照明設(shè)計(jì)而言都是十分現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，值得進(jìn)行討論和研究。2. 典型高大廠房照明設(shè)計(jì)仿真計(jì)算針對(duì)一些案例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)于不同高度的廠房進(jìn)行合理的照明設(shè)計(jì)，可以得到相應(yīng)的LPD值，

6、從而給出以上問(wèn)題的答案。2.1 典型高大廠房的仿真實(shí)驗(yàn)船廠廠房是高大廠房的典型代表，以船廠廠房為例進(jìn)行這類研究是有現(xiàn)實(shí)意義的。船廠廠房一般面積較大，這里使用60m×80m的廠房為例進(jìn)行仿真計(jì)算。船廠廠房的照明要求可以按照表1中粗加工或一般加工的規(guī)定進(jìn)行LPD值和照度值的要求。這里使用DIALux照明設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行仿真計(jì)算，并期待得到進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。DIALux軟件是德國(guó)DIAL公司開(kāi)發(fā)的照明設(shè)計(jì)軟件，其特點(diǎn)之一是支持大量知名燈具廠商的產(chǎn)品信息，并遵循很多照明領(lǐng)域的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，其計(jì)算結(jié)果也都經(jīng)過(guò)CIE 171:2006的驗(yàn)證2。為了研究不同高度廠房的照明計(jì)算數(shù)據(jù)，這里使用9種高度值進(jìn)行計(jì)

7、算分析，分別是10米廠房、15米廠房、20米廠房、25米廠房、30米廠房、35米廠房、40米廠房、45米廠房和50米廠房，對(duì)這些面積相同高度各異的廠房進(jìn)行仿真研究。DIALux照明設(shè)計(jì)軟件支持大量第三方公司的燈具插件，這里選用燈具生產(chǎn)廠家PHILIPS公司的兩款金鹵燈光源用于高大廠房的仿真計(jì)算，分別是HPI-P250W-BU和HPI-P400W-BU，表2是各種高度廠房分別使用型號(hào)為HPI-P400W-BU的400W金鹵燈光源時(shí)選用的相應(yīng)燈具資料。表2 各高度廠房應(yīng)用的400W金鹵燈燈具資料表廠房高度燈具型號(hào)功率（KW）光通量（lm）配光曲線10米Philips HPK380 1xHPI-P4

8、00W-BU P-WB +GPK380 R D4654283250015米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-NB +GPK110 AR-L-WB4283250020米Philips HPK150 1xHPI-P400W-BU P-WB +GPK150 R4283250025米Philips MPK460 1xHPI-P400W-BUS P-D635-NB4283250030米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-WB +GPK110 R +ZPK110 GC4283250035米Philips OPTIBAY HPK225 NB CLOS

9、ED VERSION 1xHPI-P400W-BU4253500040米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-MB +GPK110 R4283250045米Philips HPK150 1xHPI-P400W-BU P-NB +GPK150 R4283250050米Philips PHOENIX MDK900 AL (N) C 1xHPI-P400W-BU425350002.2 仿真過(guò)程 使用DIALux軟件，首先建立各個(gè)廠房模型，其中面積皆為60m×80m，高度按照前述分別設(shè)定。圖1為10米廠房的建筑模型3。圖1. 10米廠房建筑模型針對(duì)各種高度的廠房進(jìn)行

10、燈具選擇，并合理布置，使之達(dá)到表1中一般加工的照度要求，即300lx。圖2為30米廠房選擇Philips PHOENIX MDK900 AL (W) C 1xHPI-P250W-BU燈具后的照明設(shè)計(jì)方案。圖2. 30米廠房建筑模型照明設(shè)計(jì)使用DIALux軟件計(jì)算功能進(jìn)行仿真計(jì)算便可得到各種照明計(jì)算數(shù)據(jù)，同時(shí)生成照明仿真模型。按照建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，船廠廠房維護(hù)系數(shù)應(yīng)該選擇為0.71。圖3是50米廠房選擇Philips PHOENIX MDK900 AL (N) C 1xHPI-P400W-BU燈具后的照明仿真模型。圖3. 50米廠房照明仿真模型2.3 計(jì)算結(jié)果經(jīng)過(guò)DIALux軟件的計(jì)算，可

11、以得到各個(gè)仿真模型計(jì)算出的相應(yīng)照明計(jì)算數(shù)據(jù)。表3是各仿真模型的平均照度值和功率密度值數(shù)據(jù)。表3 各仿真模型平均照度值與功率密度值廠房高度250W金鹵燈光源400W金鹵燈光源平均照度值（lx）功率密度值（W/m2）平均照度值（lx）功率密度值（W/m2）10米3058.223026.4215米3009.563027.1320米3089.703067.4925米30310.433048.1130米30710.832999.2735米30011.293119.5640米30111.823069.6345米30711.873069.8150米30312.5130310.36在表3中，使用250W與40

12、0W光源分別進(jìn)行照明計(jì)算而得到的LPD值有一定差異，可以使用燈具附帶電器部件的情況進(jìn)行解釋。需要達(dá)到相同照明效果，使用250W光源的話必定需要更多的燈具，其附帶電器部分的功率數(shù)據(jù)也就相應(yīng)增大，從而導(dǎo)致了功率密度值的差異。3. 典型高大廠房照明仿真與分析計(jì)算由表3可以看出，各個(gè)高度的廠房，在使用同樣的光源情況下，即使選擇了配光曲線合理的各種燈具，在達(dá)到平均照度值的要求下，也會(huì)出現(xiàn)功率密度值的較大差異。3.1 計(jì)算數(shù)據(jù)分析MATLAB仿真軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，使用MATLAB軟件可以對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到一些規(guī)律。這里針對(duì)表3中250W和400W光源的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，令橫坐標(biāo)數(shù)據(jù)為廠房的

13、高度，縱坐標(biāo)為兩種金鹵燈光源的LPD值，即數(shù)組x和數(shù)組y1，y2。x=10,15,20,25,30,35,40,45,50; （1）y1=8.22,9.56,9.70,10.43,10.83,11.29,11.82,11.87,12.51; （2）y2=6.42,7.13,7.49,8.11,9.27,9.56,9.63,9.81,10.36; （3）使用MATLAB函數(shù)庫(kù)cftool命令即可在坐標(biāo)系上得到相應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)擬合，這些坐標(biāo)點(diǎn)可以生成擬合曲線，從而容易找到一些必要的規(guī)律。這里使用一次函數(shù)式進(jìn)行擬合，即在MATLAB軟件中選擇擬合函數(shù)linear polynomial，可以得到圖

14、4和圖5所示兩種曲線。y1(W/m2)x(m)圖4. 各種高度廠房使用250W金鹵燈光源的LPD值擬合曲線x(m)y2(W/m2)圖5. 各種高度廠房使用400W金鹵燈光源的LPD值擬合曲線并且得到一次函數(shù)關(guān)系：y1=0.0973x+7.773 （4）y2=0.0984x+5.689 （5）3.2 結(jié)論分析根據(jù)數(shù)值分析的理論，式（4）和式（5）可以用作各個(gè)高度廠房應(yīng)用相應(yīng)光源時(shí)，廠房高度與LPD值的關(guān)系表示。由以上二式可見(jiàn)，LPD值與廠房高度值存在一次函數(shù)關(guān)系，隨廠房高度值的增大，滿足照度要求下的LPD值變大。同時(shí)，令式（4）和式（5）中函數(shù)值等于規(guī)范要求的LPD限制值，則可得到相應(yīng)的廠房高度值：x=33.2m時(shí)，y1=11W/m2x=54.0m時(shí)，y2=11W/m2即廠房高度為33.2m時(shí)，安裝250W光源的廠房LPD為11W/m2；廠房高度為54.0m時(shí)，安裝400W光源的廠房LPD為11W/m2。而一旦廠房高度值大于以上兩個(gè)數(shù)據(jù)，為了滿足照明要求，須對(duì)規(guī)范的相應(yīng)要求進(jìn)行修正。對(duì)于本文第1節(jié)提出的兩個(gè)問(wèn)題，這里可以得到一個(gè)初步的答案。由表3的數(shù)據(jù)可以看到，各個(gè)高度的廠房進(jìn)行照明設(shè)計(jì)得到的LPD值并不相同；由式（4）和式（5）的計(jì)算結(jié)果可知，對(duì)于一些十分高大的廠房，按照規(guī)范規(guī)定的LPD值進(jìn)行計(jì)算也不盡合適。4. 結(jié)束語(yǔ)高大廠房應(yīng)用范圍有限，屬于相對(duì)稀