基于DIALux仿真分析的室內(nèi)綠色照明方案設(shè)計(jì)

陳亞男++王燕美++曹荷芳

[摘要]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的環(huán)保意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，由此引入了"綠色照明"的概念。本項(xiàng)目在DIALux系列照明設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上設(shè)計(jì)開發(fā)，通過(guò)對(duì)室內(nèi)照明方案的設(shè)計(jì)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)綠色照明的目的。

[關(guān)鍵詞]綠色照明；DIALux照明軟件；仿真分析

[DOI]1013939/jcnkizgsc201608152

1引言

綠色照明是指通過(guò)科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，采用效率高、壽命長(zhǎng)、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材，以及調(diào)光控制器和控光器件），改善提高人們工作、學(xué)習(xí)及生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。

綠色照明的實(shí)施主要通過(guò)以下途徑：

（1）使用最有效的照明裝置（包括光源、燈具、鎮(zhèn)流器等）。

（2）合理選擇照明控制方式及其系統(tǒng)。

在傳統(tǒng)的照明設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者在完成了初步的設(shè)計(jì)方案后，往往對(duì)于方案的可實(shí)施性把握不準(zhǔn)，例如燈具布置可否滿足功能上的需求，燈光表現(xiàn)是否達(dá)到預(yù)期的效果，整個(gè)空間的照度和亮度分布的狀況是否滿足要求等。對(duì)于這些問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方法就是通過(guò)一系列的公式，進(jìn)行大量、繁冗的手工計(jì)算過(guò)程。

目前的照明設(shè)計(jì)軟件一般是由世界上注明的燈具廠商針對(duì)自己的產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)的，如Philips的Calculux，Lithonia Lighting的Visual，Lighting Analysts的Agi32等。這些軟件專業(yè)性強(qiáng)，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，可以引入各個(gè)廠家的數(shù)據(jù)。另一類應(yīng)用比較廣泛的照明設(shè)計(jì)軟件是由第三方軟件公司開發(fā)，相對(duì)通用、數(shù)據(jù)庫(kù)接口開放，更便于照明設(shè)計(jì)師的使用。其中包括DIALux系列照明軟件，Relux系列照明設(shè)計(jì)軟件等。設(shè)計(jì)師通過(guò)這些軟件，就可以專心致力于方案的設(shè)計(jì)，并利用軟件得出的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行必要的調(diào)整，使得設(shè)計(jì)工作高效、準(zhǔn)確。

本項(xiàng)目是在DIALux系列照明設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上設(shè)計(jì)開發(fā)。通過(guò)對(duì)北京服裝學(xué)院第一教學(xué)樓7個(gè)有代表性的教室照明現(xiàn)狀調(diào)查，采用ST-85型照度儀進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，并根據(jù)教室具體的數(shù)據(jù)測(cè)量，在DIALux系列照明設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上進(jìn)行模擬以及實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)其工作面的平均照度及室內(nèi)照明功率密度達(dá)不到國(guó)家照明的標(biāo)準(zhǔn)要求，針對(duì)這種情況，我們提出以下改進(jìn)方案：第一，為提高黑板面的平均照度，加入了黑板燈；第二，對(duì)燈具做出了適當(dāng)?shù)母膭?dòng)與調(diào)整，從而提高了工作面的平均照度及室內(nèi)照明功率密度，使其滿足國(guó)家的照明標(biāo)準(zhǔn)要求，從而使教室內(nèi)照明環(huán)境更加優(yōu)化。

2室內(nèi)綠色照明方案設(shè)計(jì)

21DIALux對(duì)室內(nèi)燈光現(xiàn)狀的模擬及與計(jì)算結(jié)果的比較

根據(jù)對(duì)我校第一教學(xué)樓中的7個(gè)教室具體情況統(tǒng)計(jì)（詳見表1），使用DIALux軟件進(jìn)行光照環(huán)境模擬。

根據(jù)采用ST-85型照度儀實(shí)地所測(cè)量的數(shù)據(jù)，我們得到第一教學(xué)樓101室課桌即工作面和黑板平面的照度情況，如圖1和2所示。

根據(jù)照度計(jì)算中的計(jì)算方法，我們利用系數(shù)法計(jì)算工作面和黑板平面的平均照度，選用單位容量法計(jì)算光源的比功率。計(jì)算過(guò)程如下：

（1）工作面的平均照度計(jì)算

1）室空間比RCR=5×215×（123+67）123×67=2478

頂棚空間比CCR=5×07×（123+67）123×67=0807

地板空間比FCR=5×075×（123+67）123×67=0865

2）頂棚空間有效反射比ρcc=675%，取70%。

3）墻面平均反射比ρw=484%，取50%。

4）利用系數(shù)U=057。

5）地板空間有效反射比ρfc=317%，取30%，不等于20%，故需修正。

6）利用系數(shù)的修正值γ=105。

7）工作面的平均照度Eav1=16×2400×08×105×057123×67=2231lx

（2）同（1）的計(jì)算方法，可得黑板平面的平均照度Eav2=1373lx。

（3）光源的比功率w=16×36123×67=600W/m2

根據(jù)圖1、2所得結(jié)果，比較照度儀測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2照度儀測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較

[]照度儀測(cè)量結(jié)果[]計(jì)算結(jié)果[]絕對(duì)誤差[]相對(duì)誤差

工作面平均照度（lx）[]2146[]2231[]85[]380%

黑板面平均照度（lx）[]161[]1373[]237[]173%

由上表可知，照度儀的測(cè)量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的誤差比較大，分析原因如下：工作面平均照度低于計(jì)算結(jié)果，與燈管老化因素有關(guān)。而黑板面平均照度高于計(jì)算結(jié)果，跟外界陽(yáng)光照射有關(guān)。

根據(jù)上述所得結(jié)果，比較軟件模擬結(jié)果與計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3模擬結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較

[]軟件模擬結(jié)果[]計(jì)算結(jié)果[]絕對(duì)誤差[]相對(duì)誤差

工作面平均照度（lx）[]226[]2231[]29[]130%

黑板面平均照度（lx）[]133[]1373[]43[]313%

光源的比功率（W/）[]716[]699[]017[]243%

由上表可知，軟件模擬的結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的誤差在允許范圍內(nèi)，模擬結(jié)果有效。

22現(xiàn)存照明系統(tǒng)的不足之處

根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50034-2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，教室內(nèi)的工作面平均照度需滿足300lx，黑板平面的平均照度需滿足500lx，教室的照明功率密度現(xiàn)行值為11 W/ 、目標(biāo)值為9 W/ 。

根據(jù)我們對(duì)第一教學(xué)樓101室內(nèi)基本情況的統(tǒng)計(jì)以及燈光的模擬情況，我們可以看出室內(nèi)的照明系統(tǒng)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

首先，統(tǒng)計(jì)的7個(gè)教室均無(wú)黑板燈，工作面和黑板面的平均照度值分別為226lx和133lx，照明功率密度值為7.16 W/ ，均未達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求。

其次，選用燈具的顯色性一般，不能滿足照明需要。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)的燈具使用的均是飛利浦公司的T8型號(hào)36W的燈具，其顯色指數(shù)Ra為63，而根據(jù)學(xué)校建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值，顯色指數(shù)Ra應(yīng)達(dá)到80。顯色指數(shù)是用來(lái)定量評(píng)定光源顯色的優(yōu)劣，即表示光源的顯色性。毋庸置疑，光源的顯色指數(shù)越高，其顯色性越好。一般認(rèn)為

Ra=100～80，顯色性優(yōu)良；

Ra=79～50，顯色性一般；

Ra<50，顯色性較差。

對(duì)于教室來(lái)說(shuō)，是一個(gè)需要色彩正確判斷的場(chǎng)所，顯色指數(shù)Ra應(yīng)在80～89之間為宜。

23具體改進(jìn)方案的提出

根據(jù)上述指出的教室照明系統(tǒng)中所存在的不足之處及問(wèn)題，提出了以下具體的改進(jìn)方案：

首先，針對(duì)室內(nèi)工作面和黑板平面的照度值未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的問(wèn)題，可以在教室內(nèi)安裝黑板燈，并將工作區(qū)域內(nèi)的燈具由原來(lái)飛利浦公司的T8型號(hào)36W的燈具換為T5型號(hào)28W的燈具。 因?yàn)榻淌艺彰饕话悴捎抿鹨砼涔庹彰髌鳎瓱艟邽椴粚?duì)稱配光燈具。教室黑板需采用垂直照度，可選用傾斜安裝的照明器或不對(duì)稱配光的照明器。此外，T5燈管比T8燈管節(jié)電20%。

24改進(jìn)后的教室照明情況

根據(jù)提出的具體方案，加入黑板燈后并更換燈具后的工作面的照度值模擬結(jié)果如圖3所示。

加入黑板燈后的黑板所在平面的照度值如圖4所示。

3結(jié)論

本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)北京服裝學(xué)院第一教學(xué)樓7個(gè)有代表性的教室照明現(xiàn)狀的調(diào)查，采用ST-85型照度儀進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，并根據(jù)教室具體的測(cè)量數(shù)據(jù)，在DIALux系列照明設(shè)計(jì)軟件的平臺(tái)上進(jìn)行模擬及實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)其工作面及黑板的平均照度及室內(nèi)照明功率密度均達(dá)不到國(guó)家照明的標(biāo)準(zhǔn)要求。針對(duì)這種情況，我們提出以下改進(jìn)方案：第一，為提高黑板面的平均照度，加入了黑板燈；第二，對(duì)燈具做出了適當(dāng)?shù)母膭?dòng)與調(diào)整，從而提高了工作面的平均照度及室內(nèi)照明功率密度，使其滿足國(guó)家的照明標(biāo)準(zhǔn)要求，從而使教室內(nèi)照明環(huán)境更加優(yōu)化。我們將工作區(qū)域內(nèi)的燈具由原來(lái)飛利浦公司的T8型號(hào)36W的燈具換為T5型號(hào)28W的燈具，T5燈管比T8燈管節(jié)電20%。

我們對(duì)改進(jìn)后的教室的照明系統(tǒng)用DIALu照明設(shè)計(jì)軟件燈光精靈4.10進(jìn)行了模擬，改進(jìn)后的第一教學(xué)樓101教室的照明情況模擬結(jié)果如下：工作面的平均照度值為316lx（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為300lx），黑板平面的平均照度值為500lx（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為500lx），室內(nèi)照明功率密度值為12.72 W/ ） （國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為11 W/ ），均達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求。

參考文獻(xiàn)：

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