涂裝車間工作區(qū)室體照度計(jì)算及模擬仿真

馬郡　孫立巖　張寶晶　王玉

摘 要：在涂裝車間內(nèi)不同的工作區(qū)室體所要求的照度不盡相同，設(shè)計(jì)人員一般會(huì)利用照度公式對(duì)工位室體的燈具數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)燈具數(shù)量在室體內(nèi)進(jìn)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(rèn)涂裝車間中燈具的安裝數(shù)量，并利用DIAlux軟件進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)照度計(jì)算的正確，及布置方式的高效性。關(guān)鍵詞：工作區(qū)室體;照度;DIAlux;仿真中圖分類號(hào)：TH-3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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(chǎn)線的四大車間之一，也是燈具應(yīng)用量較多的車間之一。各大主機(jī)廠為了響應(yīng)國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，從各方面節(jié)能減排，降低單臺(tái)車耗能，這其中就有對(duì)于燈具電量消耗的優(yōu)化。燈具的數(shù)量直接決定了后期工廠運(yùn)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(xiàng)目運(yùn)行中的能耗息息相關(guān)。在節(jié)能減排大力倡導(dǎo)的今天，精確的確定燈具數(shù)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(jì)算簡(jiǎn)介

1.1?涂裝車間照度計(jì)算的必要性

涂裝車間里對(duì)于不同工作區(qū)室體的照明有不同的要求，一般會(huì)根據(jù)工作區(qū)室體內(nèi)不同的工種設(shè)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(jì)算，而計(jì)算的準(zhǔn)確性直接影響到工廠的耗能。這對(duì)工程設(shè)計(jì)中燈具數(shù)量的計(jì)算和排布提出較高要求。

想最大程度降低單臺(tái)車能耗，精準(zhǔn)的照度計(jì)算必不可少。

1.2?照度相關(guān)參數(shù)解析

在涂裝車間中工作區(qū)工位室體中的照度與燈具的光通量、照明率、燈管數(shù)以及工位室體的長度、寬度、燈具在操作平臺(tái)以上的高度以及維護(hù)系數(shù)等參數(shù)有關(guān)。其中照明率與燈具效率有關(guān)，維護(hù)系數(shù)與工廠的環(huán)境有關(guān)。涂裝車間內(nèi)計(jì)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(qiáng)弱和物體表面積被照明程度的量。不同的工作區(qū)室體會(huì)有不同的照度要求，所以每個(gè)室體的燈具數(shù)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(shí)間內(nèi)某一波段的輻射能量和該波段的相對(duì)視見率的乘積。它的單位是流明，符號(hào)表示為lm，它是衡量光源輸出光多少的指標(biāo)。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(fā)，每只燈管的光通量逐步變大，現(xiàn)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(hù)系數(shù)（k）是指照明設(shè)備使用一定周期后，在工作面上產(chǎn)生的平均照度與該裝置在相同條件下安裝時(shí)產(chǎn)生的平均照度之比。該參數(shù)與工廠的潔凈程度等條件相關(guān)，該系數(shù)根據(jù)環(huán)境特征的不同進(jìn)行了分類：例如潔凈室具有少量煙塵，該場(chǎng)所燈具維護(hù)系數(shù)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(chǎng)所燈具維護(hù)系數(shù)一般可選用0.6。

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

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

在照明計(jì)算中，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇需要較高的經(jīng)驗(yàn)值，如利用系數(shù)的確定。在照度相同的情況下，不同利用系數(shù)計(jì)算所得的燈具數(shù)量差異較大，因此本文用DIAlux軟件對(duì)該計(jì)算過程進(jìn)行驗(yàn)證，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，并利用該軟件更加直觀的對(duì)燈具進(jìn)行布置，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，提高燈具使用效率。

2 工程實(shí)例計(jì)算及模擬

2.1?理論計(jì)算

某涂裝車間的工作區(qū)返修室體（維護(hù)系數(shù)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(shù)為80Ra，色溫6500k的T8LED燈具。該工作區(qū)室體的室形指數(shù)，室體頂板為鍍鋅鋼板反射率為50%，側(cè)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(shù)μ=0.37。根據(jù)照度公式可推導(dǎo)出燈具數(shù)量公式為：

返修室體根據(jù)上述公式計(jì)算得出所需60支燈管可以滿足工作區(qū)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(qū)室體內(nèi)照度的不足會(huì)嚴(yán)重影響人員的操作效率，從而影響主機(jī)廠的生產(chǎn)效率;而照度的超標(biāo)會(huì)造成能源的浪費(fèi)，主機(jī)廠運(yùn)營成本的升高，不符合與現(xiàn)在社會(huì)倡導(dǎo)的節(jié)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(biāo)浪費(fèi)能源的情況發(fā)生，我們利用仿真軟件DIAlux建模并進(jìn)行仿真。

DIAlux是德國公司研發(fā)的專門模擬照明效果的一款軟件，具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，各大照明廠家都為其提供插件，如雷士、飛利浦等。當(dāng)我們選定好燈具后，將對(duì)應(yīng)的燈具插件導(dǎo)入到DIAlux中，并利用燈具建立與實(shí)物相對(duì)應(yīng)的模型（如圖1），就可進(jìn)行模擬。在DIAlux中建立了6米長，4.5米寬，3.5米高的工作區(qū)室體，并利用燈具插件對(duì)該室體進(jìn)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(yùn)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(dá)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(yùn)行軟件同時(shí)可以

模擬出該方案的等照度分布圖如圖5，其中藍(lán)色線條為涉及到的工作面，據(jù)圖反映，工作面照度可達(dá)到1650lx，大于所需照度1500lx，驗(yàn)證了照度計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，滿足該工位室體的照度需求。

3?結(jié)語

經(jīng)過理論計(jì)算，并通過DIAlux軟件對(duì)工作區(qū)室體照度進(jìn)行模擬仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了照度計(jì)算的正確性，且驗(yàn)證了燈具布置方式的高效性，為工作區(qū)室體照度的計(jì)算提供理論依據(jù)。計(jì)算結(jié)果和模擬仿真結(jié)果互為驗(yàn)證，也為主機(jī)廠內(nèi)燈具的合理布置，節(jié)能減排提供理論依據(jù)和方法。

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