基于DILAUX的地下車庫LED照明設計

宋寧亮，王亞軍，羅秉東，王阿莉，廖 錕，呂海裕

(廈門大學電子科學系，福建省半導體照明工程技術研究中心，福建 廈門 361005)

1 引言

據統計，2012年全國汽車銷量1930.64萬輛，并預測到2015年全國汽車銷量將有望達到3000萬輛，隨著汽車越來越廣泛的普及，住房需求的日益增加，地下車庫已經成為城市住宅必不可少的配套設施。與室外車庫相比，地下車庫的最大特點是沒有天然采光，需要24小時全天候人工照明。對于建筑物而言，照明能耗約占電力能耗的10%～12%，而地下建筑照明能耗所占的比例更高，約占35%左右[1]。隨著當今傳統能源的逐漸枯竭，研究和應用新的能源已成為科技與產業發展的重點[2]，節能、環保、經濟已經逐漸深入人心，這就對地下車庫照明提出了更高的要求。

LED光源理論上具有發光效率高、壽命長、體積小、響應速度快、耐震抗沖擊、綠色環保、使用安全等潛在優勢[3]，是繼白熾燈、氣體放電燈之后新興的固態光源。目前隨著LED照明技術的快速發展與功能的不斷完善，LED光源在照明工程中得到越來越多的應用，特別是近幾年室外的夜景景觀照明，起到了其他光源不可替代的作用，由于LED光源具有可控性強、節能環保的優點，LED光源在地下車庫照明中的應用前景非常廣泛。

2 地下車庫中的LED照明

2.1 LED 光源的節能、成本分析

LED白光理論上光效可達350lm/W以上，理論壽命可達10萬小時以上，其實驗光效也已經達到208lm/W，整燈效率也超過了100lm/W[4]。我們假定車庫供電時間為每天工作20小時，每度電0.7元(表1-3)：

表1 燈具壽命及成本對照分析Table 1 Comparison and analysis of life and cost for light

表2 節能效益分析Table 2 Analysis of energy saving

表3 綜合效益比較Table 3 Comparison of comprehensive effect

通過分析比較可以看出使用LED燈具的成本幾乎是普通燈具的一半，而在停車場的成本中，照明費用占停車場運營總成本的30～35%，這就更突顯出LED燈具在地下車庫應用中的優勢。

2.2 LED光源無輻射、易控制

LED光源是一種發光顏色純正,不含紫外和紅外輻射的“清潔”光源。而我們現在所使用的熒光燈、汞燈等光源中都含有危害人體健康的汞,它們的生產過程和廢棄的燈管都會對環境造成污染。此外利用LED燈具的響應速度快，易控制的優點，可以使LED照明與智能傳感器組合在一起，進一步有效實現地下車庫的照明節能。當有人有車在燈周圍活動時，LED照明燈呈滿功率運行，滿足照明需要，當無人無車時，燈處于休眠狀態，保持3W左右的低功率照明，維持在安全照明所需要的最低照度，實現節能，其節電率可達80%以上[5]。

3 計算環境建模

3.1 DIALUX軟件的特點

DIALux是一款燈光照明設計軟件，適用于所有燈具廠家提供的燈具，也是最具功效的照明計算軟件，它能滿足目前所有照明設計及計算的要求。DIALux不僅可以從外部導入場景而且自帶強大的建模功能。DIALux提高了軟件在室內照明計算中的房間建模的復雜性。用RoomElement中的各項建模元素，可以建立坡屋頂、有高差的屋頂、柱子、室內臺階及斜坡等形體。在家具模型方面， DIALux許多家具可供選擇。并且提供一些基本的形體，以供組合用戶所需特定的樣式。另外， DIALux可以對墻面、地面、頂棚、家具等物體附著材質，除了軟件默認的各種材質、顏色之外，允許將外部的圖片作為材質導入[6]。

3.2 在DIALUX中3D建模

本文采用綜合性最優柱網也即8.1m×8.1m形式，實際大小為57×33.3m2的中型地下車庫，如圖1所示。車道為5.6m和7.1m兩種，車位為2.4×5.7m2標準車位，車庫層高為3.4m，凈高為2.2m，采用0.6×0.6m2截面的柱子。

然后在DIALux光學軟件里面建模一個同樣大小的中型地下車庫，并設置地下車庫地面及車庫內部結構的材質和反射系數，由于車庫內照明水平是以地面亮度為標準衡量。正確設置地面及車庫內部結構的反射系數對照明計算是否準確有重要意義，一般水泥地面和墻面的反射系數為27%，如圖2所示。

圖1 57×33.3m2中型地下車庫的平面圖Fig.1 2D map of an underground parking lot with a medium 57×33.3m2

圖2 DIALux中的地下車庫3D建模圖Fig.2 3D model of the underground parking lot in DIALUX

2.3 燈具的選擇及布置

燈具選擇雷士SSLS系列的15W的LED日光燈，根據《GB50034—2004建筑照明設計標準》，規定地下停車場內通道燈具的長軸方向應和車輛進出方向相一致，由于地下車庫的層高較低，燈具的光源不宜過大，配光角度不宜過小，盡量提高照明的均勻度，如圖3所示，另外地下停車場照明的照度標準值應符合表4[7]的規定。

圖3 DIALux中的車庫燈具布置圖Fig.3 Distribution of lights for the underground parking lot in DIALUX

表4 地下停車場照明的照度標準值Table 4 Standard value of light in the underground parking lot

4 計算結果

計算結果也就是要計算出車庫內地面的照度有沒有達到表4的規定。DIALux光學軟件可以自動計算出地面的平均亮度以及其他的相關數據，其計算結果是根據以下公式得到的：

其中Uo——亮度總均勻度；

Lmin——計算區域內地面最小亮度(cd/m2)；

Lav——為計算區域內地面平均亮度(cd/m2)。

經過 DIALux 建模計算后，將計算結果與規范規定值進行比較，通過調整燈具布置間距、布置方式，以期計算結果與規范值盡量達到一致。因為采用了 DIALux，使得計算過程大大簡化，可以在較短時間內對比多種燈具布置方式，尋找出最優方案，另外應該注意，車庫照明設計應在滿足規范亮度要求的前提下盡量降低車庫的照明功率密度，以降低電能損耗，提高車庫照明經濟指標。調整到最后DIALux軟件實際計算結果如圖4所示。

圖4 地面的點照度值Fig.4 The ground point illuminance values

5 應用案例分析

如圖5所示，為廈門某10000平方米的地下車庫。其原計劃是用2000余套36W T8直管熒光燈，但考慮到車庫的照明平時只使用三分之一左右，為了節約用電、降低成本，后來改用地下車庫LED照明系統，總共使用400只5W的LED燈，并且使用了紅外與聲控，實現了整個地下車庫的LED綠色照明。通過半年的實際運行與持續測試，該LED照明系統在滿足地下車庫照明標準與監控要求的同時，取得非常顯著的節能效果。廈門市新建的小區與寫字樓90%以上帶有地下車庫，年耗電量數億千瓦，如果技術成熟，全部采用LED智能照明，每年節約的電量相當于幾十萬噸標準煤的發電量。

圖5 LED照明車庫Fig.5 The LED lights of underground parking lot

6 結論

本文對LED照明應用于地下車庫進行了理論探討，并利用DIALux光學軟件進行建模設計，基于軟件模擬計算，LED照明應用于車庫照明，能夠達到相應的照明要求，在照度、閃爍頻率等各方面指標上都能達到相應的標準和設計要求，達到節能、環保、經濟的三重效果。LED理論光效可達到350lm/W，而且由于其向半球內發光，燈具效率高，可達到80%，甚至是85%以上，如果能解決LED本身固有的散熱、光色一致性等問題，同時不斷提高其性能，達到更高的光效，更高的單顆LED功率，再利用LED可控性強的特點，結合紅外或者雷達控制，進一步提高地下車庫的照明節能功效，LED在地下車庫甚至是其他照明領域的應用前景將一片光明。

[1] 蔡建國.地下建筑照明效能及智能照明控制系統研究[J].建筑科技,2008,11:116～117.

[2] 夏軍.實測與分析LED路燈照度[J].照明工程學報,2009,20:35～38.

[3] 屠大維,吳仍茂,楊恒亮.LED封裝光學結構對光強分布的影響[J].光學精密工程,2008,16(5):32～38.

[4] 李競.實現LED矩形均勻照明的透鏡設計[J].應用光學,2011,32(2).

[5] 邴樹奎,王云峰,高杰.LED在地下車庫照明工程中的應用[J].照明工程學報,2012,23(6):76～80.

[6] 胡國釗,郝洛西.照明計算軟件Dialux與Agi32的比較分析[J].照明工程學報,2005,16(3):52～55.

[7] 中華人民共和國建設部.GB 50034—2004建筑照明設計標準 [S].北京：中國建筑工業出版社，2004.