DIALux軟件在照明優(yōu)化中的應(yīng)用及其精度驗(yàn)證

謝 敬，康 毅

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，武漢430040)

火力發(fā)電廠與變電站作為電網(wǎng)的重要組成部分，關(guān)系到國(guó)民生產(chǎn)，意義重大，而火力發(fā)電廠和變電站的建筑種類(lèi)復(fù)雜，對(duì)照明要求較高，所以準(zhǔn)確、規(guī)范、科學(xué)地對(duì)其進(jìn)行照明設(shè)計(jì)顯得尤為重要［1－2］。

在以往的照明設(shè)計(jì)中，燈具的布置方案主要依賴(lài)于設(shè)計(jì)人員的個(gè)人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和粗略的手工計(jì)算，由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)差異較大，粗略的手工計(jì)算僅僅能夠估算房間的平均照度，對(duì)房間特定點(diǎn)的照度或形狀不規(guī)則房間的照度很難估計(jì);此外，手工估算沒(méi)有考慮到房間內(nèi)設(shè)備布置位置的特殊性，對(duì)統(tǒng)一眩光值、顯色系數(shù)、色溫、照明均勻度等指標(biāo)也難以反映［3－6］。由此可見(jiàn)，傳統(tǒng)的照明設(shè)計(jì)流程已經(jīng)越來(lái)越難以滿(mǎn)足日益增高的照明需求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，各類(lèi)照明軟件的出現(xiàn)使軟件計(jì)算照度成為現(xiàn)實(shí)，因此采用這些軟件，設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)照度計(jì)算結(jié)果，方便地修改照明方案。2007年7月，國(guó)家正式發(fā)布新版《DL/T 5390－2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》［7］，對(duì)火力發(fā)電廠和變電站的照明功率密度值等其他參數(shù)有了明確的要求。所以為了更方便、更有效地進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，利用照明軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的方法已經(jīng)越來(lái)越多地被設(shè)計(jì)人員運(yùn)用。本文結(jié)合實(shí)例，運(yùn)用DIALux軟件建立了三維仿真模型，分析了多種照明方案，優(yōu)化了照明設(shè)計(jì)方法，通過(guò)比較實(shí)測(cè)值與仿真值的方法驗(yàn)證了軟件的計(jì)算精度。

1 DIALux軟件簡(jiǎn)介

DIALux是由德國(guó)DIAL GmbH公司所開(kāi)發(fā)的一款專(zhuān)業(yè)用于照明分析計(jì)算的輔助設(shè)計(jì)軟件，已在全球范圍內(nèi)獲得了廣泛的認(rèn)可與應(yīng)用。該軟件功能強(qiáng)大，可以進(jìn)行室內(nèi)、室外、道路照明等各種場(chǎng)合和類(lèi)型的照明設(shè)計(jì)，用戶(hù)可免費(fèi)從DIALux的官方網(wǎng)站下載到該軟件的最新簡(jiǎn)體中文版。DIALux擁有簡(jiǎn)單便捷的工作界面，支持鼠標(biāo)拖拽，易于入門(mén)并迅速應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐。軟件支持與AutoCAD、Microstation的交互，可通過(guò)載入DWG或DXF文件導(dǎo)入房間尺寸信息，避免了手工輸入的繁瑣和誤差。

國(guó)內(nèi)外主流燈具廠家基本都與DIALux合作發(fā)布了燈具庫(kù)插件，目前已有200多款燈具庫(kù)插件發(fā)布。國(guó)外已發(fā)布燈具庫(kù)插件的廠家包括Philips、OSRAM、BEGA、iGuzzini等，國(guó)內(nèi)廠家包括雷士、上海亞明、三雄極光、史福特等。用戶(hù)可以通過(guò)廠商的官方網(wǎng)站免費(fèi)下載到燈具庫(kù)插件，并且可以根據(jù)產(chǎn)品系列、產(chǎn)品編號(hào)、安裝方式、光源等不同類(lèi)別對(duì)所需的燈具進(jìn)行查找、添加和布置。DIALux軟件帶有立方體、圓柱燈標(biāo)準(zhǔn)組件，以及家具、車(chē)輛等室內(nèi)室外場(chǎng)景元素，更能導(dǎo)入.sat格式的對(duì)象文件，方便設(shè)計(jì)者模擬更加逼真的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。DIALux軟件還能提供強(qiáng)大的報(bào)表生成功能，所生成的報(bào)表將以PDF文件形式保存計(jì)算結(jié)果。在進(jìn)行報(bào)表生成前可以完善設(shè)計(jì)方案的信息，使得生成的報(bào)表更加規(guī)范美觀。生成的報(bào)表內(nèi)容包括設(shè)計(jì)案封面、照明器具表、燈具資料表、輸入?yún)f(xié)定、照明位置圖、3D效果圖、偽色表現(xiàn)圖、各個(gè)空間表面的等照度圖、灰階等照度圖、點(diǎn)照度圖等幾十項(xiàng)表單內(nèi)容，用戶(hù)可以根據(jù)自身需要自主選擇生成PDF的內(nèi)容。

2 照度計(jì)算分析

利用DIALux軟件不僅可以進(jìn)行照度計(jì)算，使設(shè)計(jì)人員對(duì)所布置的照明方案的效果有直觀明確的了解，而且還可以幫助設(shè)計(jì)人員優(yōu)化燈具布置，合理選擇燈具數(shù)量。同時(shí)在提升運(yùn)檢人員使用舒適度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

以某工程主控室為研究對(duì)象，該房間幾何尺寸為10.12m×19.68 m×4.6 m。在DIALux中設(shè)置參數(shù)時(shí)，根據(jù)《DL/T 5930－2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定，主控室的照度維護(hù)系數(shù)設(shè)定為0.7，工作面高度設(shè)定為0.75 m。天花板選擇為標(biāo)準(zhǔn)天花板，反射系數(shù)為70%，墻壁選擇為標(biāo)準(zhǔn)墻壁，反射系數(shù)為50%，地板選擇為標(biāo)準(zhǔn)地板，反射系數(shù)為20%。

2.1 初版照明設(shè)計(jì)方案

方案一:選擇iGuzzini 5096 BOS range ceiling luminaires 1×100W作為直流常明燈，共3盞，其排列如圖1中的1號(hào)燈具;雷士 NDL482/1×36W T8電感平蓋支架熒光燈作為屏柜的照明燈具，共27盞，其排列如圖1中的2號(hào)燈具所示;雷士NDL483/2×36W T8電感平蓋支架熒光燈作為C字形工作臺(tái)的照明燈具，共有4行4列16盞，其排列如圖1中的3號(hào)燈具所示。

圖1 燈具布置方案一(單位:m)Fig.1 Lighting layout plan A

將初版的燈具排列方案導(dǎo)入到DIALux中，通過(guò)計(jì)算得到了方案一的照度計(jì)算報(bào)表，如表1所示。

從表1的計(jì)算數(shù)據(jù)可以看出，方案一的照明功率密度為14.28 W/m2高于《DL/T 5930－2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中所規(guī)定的照明功率密度的最大值13 W/m2;平均照度達(dá)到423 lx，也與規(guī)定中所規(guī)定的主控室的照度標(biāo)準(zhǔn)值300 lx相差較大，一定程度上造成了電能的浪費(fèi)。

2.2 照明設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

方案二:將3號(hào)燈具減少為4行3列，共12盞，相比方案一減少了4盞雷士NDL483/2×36W T8電感平蓋支架熒光燈。其他照明設(shè)備數(shù)量和位置與方案一一致。重新布置后的燈具排列方式如圖2所示。

將方案二的燈具排列方案導(dǎo)入到DIALux中，通過(guò)計(jì)算得到照度計(jì)算報(bào)表，如表2所示。

兩方案的數(shù)據(jù)對(duì)比如表3所示。

表1 方案一的照明報(bào)表Tab.1 Plan A’lighting report forms

表2 方案二的照明報(bào)表Tab.2 Plan B lighting report forms

圖2 燈具布置方案二(單位:m)Fig.2 Lighting layout plan B

通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化燈具排列后，照明功率密度由14.28 W/m2降低為12.54 W/m2，滿(mǎn)足了《DL/T 5390－2007火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)照明節(jié)能的要求。平均照度雖然降為360 lx，但依然符合規(guī)定中對(duì)照度的要求。此外，方案二照度均勻度由0.468升高至0.527，提升了運(yùn)檢人員的照明使用舒適度。由此可見(jiàn)，照度計(jì)算軟件可作為設(shè)計(jì)人員在照明設(shè)計(jì)時(shí)的輔助，在保證照明質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效目的。

3 軟件精確度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

為檢驗(yàn)DIALux軟件照度計(jì)算結(jié)果的精確度，分析DIALux對(duì)真實(shí)的照明環(huán)境的模擬水平，本文選取一真實(shí)辦公室為研究對(duì)象進(jìn)行了DIALux照度計(jì)算及實(shí)測(cè)驗(yàn)證。具體的驗(yàn)證步驟:首先，依據(jù)真實(shí)的空間環(huán)境，在DIALux中搭建三維仿真模型，輸入維護(hù)系數(shù)、反射系數(shù)等參數(shù)，導(dǎo)入燈具，計(jì)算軟件得到照度模擬值;其次，在盡量減小外界干擾因素的情況下，對(duì)辦公室的照度情況進(jìn)行實(shí)測(cè);最后，將軟件模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，驗(yàn)證軟件精確度。

表3 方案一與方案二照明指標(biāo)對(duì)比Tab.3 Lighting index contrast Plan A and Plan B

3.1 軟件計(jì)算

利用實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)辦公室空間環(huán)境進(jìn)行建模，經(jīng)測(cè)量，辦公室?guī)缀纬叽鐬?2.6m×3.25 m×2.39 m。照明布置方案包括5盞T8高效節(jié)能熒光燈管，每盞燈光通量為2400 lm，安裝在靠門(mén)側(cè)的墻壁上，安裝高度為2.2 m。根據(jù)DIALux軟件范例提示，本辦公室年使用率較低，為相對(duì)干凈的空間，故取燈具維護(hù)系數(shù)取0.8。桌、椅、柜子等家具直接從DIALux自帶的家具庫(kù)中拖取?？臻g環(huán)境建立完畢后，在DIALux中插入高度為1.2 m，5行3列共15點(diǎn)的測(cè)量網(wǎng)格，網(wǎng)格與房間的相對(duì)位置如圖3所示，通過(guò)DIALux計(jì)算可得到網(wǎng)格上15個(gè)測(cè)量點(diǎn)的照度計(jì)算模擬值。

圖3 房間與測(cè)量點(diǎn)布局Fig.3 Room and measurement point layout

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

為了避免外界因素的影響，照度實(shí)測(cè)的測(cè)量時(shí)間選定為晚上7:30時(shí)，將室外光源對(duì)房間照度的影響減小到最低。測(cè)量時(shí)，對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行三次測(cè)量，取三次結(jié)果的平均值為照度實(shí)測(cè)值。仿真數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比如表4所示。

表4 仿真照度值與實(shí)測(cè)值的比較Tab.4 Simulation illumination compare with the measured values

3.3 軟件精確度分析

從分析數(shù)據(jù)可得，軟件計(jì)算出的平均照度與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的平均照度誤差僅為3.7 lx。15個(gè)測(cè)量點(diǎn)中，照度誤差在20 lx以?xún)?nèi)的點(diǎn)共有11個(gè)，占總數(shù)的73.3%。根據(jù)實(shí)測(cè)評(píng)估，±20 lx的誤差僅相當(dāng)于測(cè)量點(diǎn)周邊10 cm范圍的照度變化?？偟膩?lái)說(shuō)，利用DIALux軟件進(jìn)行的照度計(jì)算，照度分布趨勢(shì)很接近實(shí)際值。

4 結(jié)語(yǔ)

在利用DIAlux軟件對(duì)火力發(fā)電廠和變電站進(jìn)行的照明設(shè)計(jì)過(guò)程中，先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出初版照明方案，通過(guò)對(duì)比該方案的模擬照度與設(shè)計(jì)規(guī)范值的差異，反復(fù)修改燈具的型號(hào)、數(shù)量和布置位置，確定最優(yōu)布置方案。最優(yōu)方案的選擇過(guò)程中，因遵循在滿(mǎn)足規(guī)范要求的平均照度下，所以應(yīng)盡量降低房間的照明功率密度，使得最終方案既能提供較高的照明質(zhì)量，同時(shí)符合節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)目標(biāo)。軟件精確度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了DIAlux模擬的計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，保證了設(shè)計(jì)精度。

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