一汽紅旗工業(yè)廠房照明光環(huán)境的改造與評價

阮 程，黃耀偉，汪 洋，2

(1.長春希達電子技術(shù)有限公司，吉林 長春 130103；2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所，吉林 長春 130103)

引言

工業(yè)廠房環(huán)境對員工的身心健康具有很大影響，其中光環(huán)境作為重要的工廠工作環(huán)境要素之一，對營造人性化的、有益于員工身心健康發(fā)展的工作環(huán)境至關(guān)重要。由于國內(nèi)目前沒有系統(tǒng)完善的衡量和評價大空間工業(yè)廠房光環(huán)境優(yōu)劣的體系，基本無法對工業(yè)廠房光環(huán)境進行全面評價[1-4]。

本文以中國第一汽車集團公司紅旗M焊裝車間(以下簡稱一汽紅旗M焊裝車間)為例，依據(jù)GB/T 51268—2017《綠色照明檢測及評價標準》的設(shè)計、檢測和評價標準，嘗試設(shè)計工業(yè)建筑綠色照明評分表，從照明質(zhì)量、照明節(jié)能、照明控制、照明環(huán)保和運維管理五個方面聯(lián)合一汽紅旗相關(guān)人員對廠房照明環(huán)境進行全方位檢測評估，并制定人員視覺舒適度調(diào)查問卷對員工進行燈具使用情況的主觀評價，對檢測評估和主觀評價中存在的問題進行逐一改善，確保實現(xiàn)最優(yōu)質(zhì)的工業(yè)照明光環(huán)境設(shè)計，并為后期工業(yè)廠房光環(huán)境優(yōu)化設(shè)計提供參考。

1 一汽紅旗工業(yè)廠房照明情況

一汽紅旗M焊裝車間原先采用450 W金鹵燈作為主要照明光源，經(jīng)過現(xiàn)場照明效果勘查，對比GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標準》，具體數(shù)據(jù)如表1所示。從對比的7項基本指標中可以看到，原有車間照明指標是不合格的，這將會給長期工作在此車間內(nèi)的員工造成諸多不利影響。

表1 車間原有照明燈具參數(shù)指標與國家標準對比表

為實現(xiàn)工廠綠色、智能、安全、舒適的照明光環(huán)境的目標，我們對原有廠房進行全面的照明改造，保證照明質(zhì)量的同時，提高人員的視覺舒適度和心理滿意度，降低失誤和事故的發(fā)生幾率，改善工作質(zhì)量。

根據(jù)現(xiàn)場勘查所得數(shù)據(jù)，通過DIALux照明設(shè)計軟件模擬，采用240 W LED工礦燈替換450 W金鹵燈，工作面的平均照度為631 lx，均勻度為0.82，如圖1所示。

圖1 照度模擬及偽色表現(xiàn)圖Fig.1 Computation of illumination simulation and the illumination simulation map

本次改造方案采用希達公司自主研發(fā)的汽車廠房照明專用的低眩光深罩型可調(diào)光單光源LED工礦燈對原有金鹵燈進行替換，并應(yīng)用車間智能照明無線調(diào)光系統(tǒng)，實現(xiàn)項目照明功能按需分配和控制。

1)低眩光深罩型可調(diào)光單光源LED工礦燈。產(chǎn)品主要采用相變散熱技術(shù)，均溫性優(yōu)越，散熱器表面溫差在±2 ℃以內(nèi)；采用大功率COB光源，光學(xué)特性好，接近點光源，易于二次配光，消除光影虛化現(xiàn)象；透鏡反光杯一體化非成像光學(xué)設(shè)計技術(shù)，實現(xiàn)精準配光，有效地減少眩光并提高出光效率，整燈最高光效達到130 lm/W，且使用顯色指數(shù)大于80的高光效、高顯色性的光源，營造綠色、智能、健康、舒適的工作環(huán)境。產(chǎn)品重量輕、安全性高。

圖2 240 W工礦燈Fig.2 240 W high bay

圖3 車間區(qū)域智能控制方案Fig.3 Intelligent control scheme in the workshop

2)廠房智能照明無線調(diào)光和監(jiān)控系統(tǒng)。該項目在廠房、倉庫區(qū)域使用智能照明技術(shù)，實現(xiàn)項目照明功能按需分配和控制，并根據(jù)環(huán)境變化和晝夜更替智能調(diào)節(jié)，滿足工廠不同工作區(qū)域和工作需求的照明設(shè)計要求，同時避免工作區(qū)域的照度由于晝夜變化過高或過低，影響工作人員的工作效率、工作安全及健康[5-7]。通過智能照明技術(shù)提高員工舒適度和工作滿意度，預(yù)防員工疲勞，減小出錯和意外事故的發(fā)生幾率，提升生產(chǎn)效率和工作質(zhì)量。在LED照明產(chǎn)品節(jié)能50%的基礎(chǔ)上，進一步降低工廠能耗20%～30%，降低單位制造能耗，實現(xiàn)綠色制造和節(jié)能減排。

照明改造前后現(xiàn)場對比如圖4所示，可以看出改造后的照明環(huán)境照度有明顯提高，光分布均勻，無不舒適眩光。改造前后實測數(shù)據(jù)對比如表2所示，參考平面及高度為0.75 m水平面，按改造后平均照度800 lx計算，最高提升216%，照度均勻性提升25%，眩光指數(shù)降低22.7%。一汽紅旗M焊裝工廠共采用369盞240 W LED工礦燈替換原有450 W金鹵燈，按燈具日工作時間16 h、每年365天計算，年節(jié)能總功耗為538 740 kW·h。

圖4 照明改造前后現(xiàn)場對比Fig.4 Comparison before and after lighting renovation

表2 照明改造前后參數(shù)和標準值對比

2 工業(yè)廠房照明光環(huán)境的評價方法

對于改造后車間光環(huán)境的檢測和評價是衡量本項目成功與否的關(guān)鍵，系統(tǒng)全面的設(shè)計車間光環(huán)境檢測和評價方法是評估照明系統(tǒng)優(yōu)劣的核心，因此我們結(jié)合GB/T 51268—2017 《綠色照明檢測及評價標準》、GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標準》和GB 50033—2013 《建筑采光設(shè)計標準》設(shè)計《工業(yè)建筑綠色照明評分表》，如圖5所示，并分別從照明質(zhì)量、照明節(jié)能、照明控制、照明環(huán)保和運維管理五個方面對照明環(huán)境進行檢測和評價。照明質(zhì)量和照明節(jié)能部分主要包括光學(xué)參數(shù)、建筑采光和節(jié)能指標的測量，排除其中一些對于原廠不可控項(既有采光系統(tǒng)和窗戶類型)的改造，我們對現(xiàn)場工作區(qū)域的平均照度、色溫、顯色指數(shù)、頻閃比和眩光指數(shù)進行測試，通過均勻選取空間點位進行照度測試，經(jīng)過測試計算，工作面平均最高照度約為850 lx，燈具照度智能可調(diào)，滿足客戶600 lx平均照度需求，色溫4 206 K，顯色性R9為16，采用成像亮度計測試廠房內(nèi)眩光指數(shù)UGR為17，相比于GB 50034《建筑照明設(shè)計標準》中對眩光限制的規(guī)定，有效提升了對眩光的控制。項目采用的240 W低眩光深罩型可調(diào)光單光源LED工礦燈替換傳統(tǒng)450 W金鹵燈，經(jīng)過計算，產(chǎn)品效能提高46.7%。照明控制是對燈具智能控制的評價，主要包括廠房不同區(qū)域、不同工位、不同工作時間的照明智能控制。照明環(huán)保是對綠色照明的評價。運維管理是我們聯(lián)合一汽紅旗安全環(huán)保部門相關(guān)人員進行能源資源的管理及照明設(shè)計的定期檢查和維護。加分項是項目實施中是否合理利用所處環(huán)境、資源和場地特征進行照明改造。

圖5 工業(yè)建筑綠色照明評分表Fig.5 The evaluation form of green lighting for industrial buildings

對以上各項指標進行綜合檢測評估，具體得分值如表3所示，照明質(zhì)量、照明節(jié)能、照明控制、照明環(huán)保、運維管理及加分項六部分加權(quán)得分分別為98.46分、100分、100分、100分、90分、5分，按照標準提出的綠色照明評價算法[8]，計算出綠色照明總得分為103.5分，綠色照明等級為三星級。

表3 人員滿意度問卷調(diào)研匯總

3 工業(yè)廠房照明光環(huán)境的滿意度調(diào)研

本次照明改造項目實現(xiàn)廠房基礎(chǔ)照明的同時，更重要的是提高員工的工作效率，心理、生理和情緒的滿意度。因此為檢測員工對改造后光環(huán)境滿意的程度，分別從視覺執(zhí)行度(亮度、頻閃)，視覺舒適度(光芒、反射、對比度)和視覺氛圍性(顏色、照射方向、燈具布局)三個方面對工作人員進行燈具使用滿意度問卷調(diào)查，圖6是調(diào)查問卷現(xiàn)場測評情況，其中滿意度分為非常不滿意、不滿意、一般、滿意、非常滿意五個等級。一期共發(fā)放問卷50份，參考表3對照明質(zhì)量評價滿意及以上的有45份，人員視覺體驗和心理感受綜合滿意度大于90%，其中對工作區(qū)照明不滿意最高的因素是日光不夠，因此在工業(yè)廠房建筑設(shè)計過程中需要考慮充分引入天然光，提高人員對室內(nèi)采光需求。

圖6 一汽紅旗員工視覺舒適度調(diào)查問卷現(xiàn)場測評圖片F(xiàn)ig.6 Pictures of the questionnaire survey

4 結(jié)束語

一汽紅旗工廠照明改造項目采用低眩光、深罩型可調(diào)光單光源240 W LED工礦燈替換傳統(tǒng)450 W金鹵燈，在照明質(zhì)量、照明節(jié)能、照明環(huán)保方面都有極大提高，本項目引入工業(yè)照明智能控制技術(shù)，針對不同時間、區(qū)域、作業(yè)需求同時設(shè)置自動和手動兩種控制方式，提高操作效率的同時降低能耗，節(jié)約用電成本，增加燈具使用壽命。本項目引入工業(yè)人本照明設(shè)計理念，240 W工礦燈的色溫是4 000 K，顯色指數(shù)大于80，相比于傳統(tǒng)金鹵燈(色溫6 000 K，顯色指數(shù)60～70)，能夠為使用者提供更加舒適的工作光環(huán)境，降低工作疲勞度，減少事故的發(fā)生幾率，較高的顯指利于提高焊接的精準性，增加產(chǎn)品良品率。依據(jù)GB/T 51268—2017《綠色照明檢測及評價標準》，我們設(shè)計了系統(tǒng)全面的檢測和評價方案對照明改造后的光環(huán)境進行評估，并通過問卷調(diào)研方式了解員工主觀體驗和感受，總結(jié)照明改造的不足，在下一步的工業(yè)廠房照明改造過程中提出以下建議：

1)大空間工業(yè)照明設(shè)計需要與建筑采光相結(jié)合，充分利用天然光的同時，通過室內(nèi)光源照度調(diào)節(jié)保證不同區(qū)域的恒照度需求；

2)大空間工業(yè)照明設(shè)計需要根據(jù)不同區(qū)域，不同工位進行特定的燈具光學(xué)性能(照度、顯色、頻閃、眩光)設(shè)計；

3)照明控制設(shè)計盡量方便簡單，集成化、智能化。

結(jié)合以上建議，綜合照明質(zhì)量、照明節(jié)能、照明控制、照明環(huán)保以及運維管理各分項的標準，改進照明設(shè)計中存在的問題，可以為未來大空間工業(yè)照明設(shè)計提供參考。