涂裝車間工作區室體照度計算及模擬仿真

馬郡　孫立巖　張寶晶　王玉

摘 要：在涂裝車間內不同的工作區室體所要求的照度不盡相同，設計人員一般會利用照度公式對工位室體的燈具數量進行計算，根據燈具數量在室體內進行排布，從而保證該工位室體的照度。文章闡述了如何通過照度公式來確認涂裝車間中燈具的安裝數量，并利用DIAlux軟件進行驗證，確認照度計算的正確，及布置方式的高效性。關鍵詞：工作區室體;照度;DIAlux;仿真中圖分類號：TH-3 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）11-183-03

Abstract：?For different work deck chambers in the painting workshop the requirement of illumination is different. Designers generally use the illumination formula to calculate the number of lamps in the work deck chamber and arrange them in the chamber according to the number of lamps to ensure the illumination. This article explains how to use the illuminance formula to confirm the number of lamps installed in the painting workshop and use DIAlux software to verify that the illuminance is calculated correctly and the efficiency of the layout method.Keywords：?Work Deck Chamber;?Lllumination;?DIAlux;?SimulationCLC NO.：?TH-3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-183-03

引言

涂裝車間是汽車生產線的四大車間之一，也是燈具應用量較多的車間之一。各大主機廠為了響應國家的可持續發展戰略，從各方面節能減排，降低單臺車耗能，這其中就有對于燈具電量消耗的優化。燈具的數量直接決定了后期工廠運行中燈具電量的消耗，燈具的安裝位置決定了燈具的使用是否高效，這些都與項目運行中的能耗息息相關。在節能減排大力倡導的今天，精確的確定燈具數量和合理的燈具布置方式顯得尤為重要。

1 涂裝車間照度計算簡介

1.1?涂裝車間照度計算的必要性

涂裝車間里對于不同工作區室體的照明有不同的要求，一般會根據工作區室體內不同的工種設置不同的照度，這其中大量燈具的使用和排布都依賴與照度計算，而計算的準確性直接影響到工廠的耗能。這對工程設計中燈具數量的計算和排布提出較高要求。

想最大程度降低單臺車能耗，精準的照度計算必不可少。

1.2?照度相關參數解析

在涂裝車間中工作區工位室體中的照度與燈具的光通量、照明率、燈管數以及工位室體的長度、寬度、燈具在操作平臺以上的高度以及維護系數等參數有關。其中照明率與燈具效率有關，維護系數與工廠的環境有關。涂裝車間內計算照度的常用公式如下：

照度（E）指單位面積上所接受可見光的光通量，單位勒克斯（Lux或lx）。用于指示光照的強弱和物體表面積被照明程度的量。不同的工作區室體會有不同的照度要求，所以每個室體的燈具數量和布置是不同的。

光通量（F）指人眼所能感覺到的輻射功率，它等于單位時間內某一波段的輻射能量和該波段的相對視見率的乘積。它的單位是流明，符號表示為lm，它是衡量光源輸出光多少的指標。所以日常生活中，常常用光通量表示可見光輸出了多少。隨著燈具的研發，每只燈管的光通量逐步變大，現階段涂裝車間常用燈具光通量為（LED ?23W F=3700，18W F=2100，14W F=1400，8 W F=800;熒光燈?58W F=5000，36W F=3100，30W F=2600，18 W F=1600）。

維護系數（k）是指照明設備使用一定周期后，在工作面上產生的平均照度與該裝置在相同條件下安裝時產生的平均照度之比。該參數與工廠的潔凈程度等條件相關，該系數根據環境特征的不同進行了分類：例如潔凈室具有少量煙塵，該場所燈具維護系數一般可選用0.7;在打磨返修等室體中，具有少量的煙塵，該場所燈具維護系數一般可選用0.6。

利用系數（μ）指于工作面上接收算得之流明光通量對于估計的電燈放射光通量之比值，該系數與室形指數相、燈具、周圍環境有關。

室形指數（RI）是指照明計算中表示房間幾何形狀的數值，室形指數的計算公式如下：

在照明計算中，設計參數的選擇需要較高的經驗值，如利用系數的確定。在照度相同的情況下，不同利用系數計算所得的燈具數量差異較大，因此本文用DIAlux軟件對該計算過程進行驗證，確保計算結果的準確，并利用該軟件更加直觀的對燈具進行布置，合理規劃設計方案，提高燈具使用效率。

2 工程實例計算及模擬

2.1?理論計算

某涂裝車間的工作區返修室體（維護系數為0.6），室體長度為6米，寬度為4.5米，高度為3.5米，該工位照度需要1，500lx，光源采用philips 23w ，顯色指數為80Ra，色溫6500k的T8LED燈具。該工作區室體的室形指數，室體頂板為鍍鋅鋼板反射率為50%，側壁為玻璃反射為10%，操作面為格柵反射率為10%，綜合考慮查表所得利用系數μ=0.37。根據照度公式可推導出燈具數量公式為：

返修室體根據上述公式計算得出所需60支燈管可以滿足工作區室體照度要求。初步燈具斷面布置圖如圖1。

2.2 DIAlux模擬仿真

在涂裝車間工作區室體內照度的不足會嚴重影響人員的操作效率，從而影響主機廠的生產效率;而照度的超標會造成能源的浪費，主機廠運營成本的升高，不符合與現在社會倡導的節能減排。為避免燈具排布的不合理性，避免照度不足及照度超標浪費能源的情況發生，我們利用仿真軟件DIAlux建模并進行仿真。

DIAlux是德國公司研發的專門模擬照明效果的一款軟件，具有強大的計算能力，各大照明廠家都為其提供插件，如雷士、飛利浦等。當我們選定好燈具后，將對應的燈具插件導入到DIAlux中，并利用燈具建立與實物相對應的模型（如圖1），就可進行模擬。在DIAlux中建立了6米長，4.5米寬，3.5米高的工作區室體，并利用燈具插件對該室體進行布置，按初步燈具斷面布置圖建模，在DIAlux模型中建立添加60只philips 23w燈具，均布在車身周圍。運用軟件模擬出該種布置方式的投射光源如圖3，主要光源可以垂直投射至車身表面，該種布置方式可使光源使用效率達到最高。

利用DIAlux模擬該布置方式的配光曲線如圖4所示，可直觀看出曲線密集處覆蓋在車身周圍，運行軟件同時可以

模擬出該方案的等照度分布圖如圖5，其中藍色線條為涉及到的工作面，據圖反映，工作面照度可達到1650lx，大于所需照度1500lx，驗證了照度計算結果的準確性，滿足該工位室體的照度需求。

3?結語

經過理論計算，并通過DIAlux軟件對工作區室體照度進行模擬仿真和實驗驗證，驗證了照度計算的正確性，且驗證了燈具布置方式的高效性，為工作區室體照度的計算提供理論依據。計算結果和模擬仿真結果互為驗證，也為主機廠內燈具的合理布置，節能減排提供理論依據和方法。

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