高大廠房照明設(shè)計功率密度值限制的公式驗證

孟堅

摘要：在一些高大廠房的照明設(shè)計中，時有功率密度值無法滿足規(guī)范要求的情況。本文應(yīng)用高大廠房照明計算簡化公式，分析了功率密度值（LPD值）與高大廠房建筑高度的數(shù)學(xué)聯(lián)系，得到了二者存在一次函數(shù)關(guān)系的結(jié)論，從而驗證了現(xiàn)行照明規(guī)范對照明節(jié)能指標(biāo)的限制，無法滿足高大廠房的照明設(shè)計。

關(guān)鍵字：高大廠房照明計算簡化公式，功率密度值，公式驗證

Abstract： There are always some contradictory problems between demand of illuminance and LPD value in high and large plant lighting design. This article analyses the mathematics relation between lighting power density （LPD value） and building height with simplified formula of lighting computation on high and large plant， and the conclusion is that there is a function of first degree between them. Therefore， the conclusion verifies that there is limitation for the active lighting standard in lighting energy-saving index， which doesnt satisfy the lighting design of high and large plant.

Keywords： simplified formula of lighting computation on high and large plant， LPD value， formula verification

1 高大廠房照明設(shè)計的功率密度值限制

高大廠房是工業(yè)建筑的一種建筑形式，是船舶、航空制造等領(lǐng)域不可或缺的建筑樣式。高大廠房通常具有面積大、高度高的特點，其單層建筑高度通常在10米以上，比如很多船廠建筑中廠房的高度接近20米，有的可以達(dá)到50米，甚至80米。

按照現(xiàn)行照明規(guī)范GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[1]，高大廠房可以依據(jù)機(jī)械加工對一般加工的要求，平均照度水平和功率密度值的現(xiàn)行值分別應(yīng)該達(dá)到300lx和11W/m2。通過照明計算軟件的仿真計算，高大廠房由于自身特點，并非所有廠房都可以達(dá)到相應(yīng)的要求[2]。

另外，應(yīng)用高大廠房照明計算簡化公式，也可以對該問題進(jìn)行論證。簡化公式體現(xiàn)了高大廠房照明情況的各個影響因素[3]，可以直觀地反映其功率密度值的限制情況。

2 簡化公式驗證過程

高大廠房照明計算簡化公式是對利用系數(shù)法求解照度水平，在高大廠房中應(yīng)用的簡化。根據(jù)高大廠房的特點，簡化公式忽略了室空間和頂棚空間的影響[3]，而這兩者在利用系數(shù)法的求解過程中占用了大量的計算步驟。通過仿真驗證，證明了簡化公式對室空間和頂棚空間的忽略并不影響高大廠房的照明計算[4]，因此簡化公式在高大廠房照明計算中可以簡潔、方便和正確的應(yīng)用。高大廠房照明計算簡化公式[3]如公式（1）所示。

現(xiàn)行規(guī)范功率密度值對于高大廠房的限制，關(guān)鍵體現(xiàn)在高度上[2]，因此將公式（1）進(jìn)行整理，視高度為自變量，可以得到公式（2）：

通常，工作面照度在《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》有相應(yīng)照度要求[1]，因此可以認(rèn)為為定值。對于層高不同的高大廠房，照明設(shè)計一般會針對性的選擇配光曲線各異的燈具，通過控制所選燈具的配光曲線通?？梢宰龅綁Ρ诘钠骄斩认嗟?。即一定高度范圍內(nèi)的高大廠房，經(jīng)過照明設(shè)計之后墻壁獲得的照度水平相等[5]。

公式（2）中，對于面積一定、高度不同的高大廠房，建筑空間長度a、寬度b、工作面照度、墻壁照度為定值，同一類高大廠房的維護(hù)系數(shù)也應(yīng)該相同，而高度H是變化的量，那么公式（2）可以繼續(xù)寫成：

與都是定值且都為正數(shù)，于是公式（3）便是一個Φ與H間的一次函數(shù)式。因此可以得到結(jié)論：對于面積一定、用途相同、高度不同的高大廠房，高度越大，進(jìn)行照明設(shè)計需要的燈具總光通量也越大。

由總光通量可以求得燈具數(shù)目。使用燈具總光通量Φ除以選定燈具的單燈光通量，即得到選用燈具的數(shù)目n，即：

對于既定燈具，光通量與功率p皆為定值，即其比值、燈具光效為定值，如公式（7）所示。相同建筑面積S的高大廠房，使用燈具數(shù)目越多，則燈具的總功率P越大，相應(yīng)的功率密度值LPD也越大，如公式（8）所示。

將公式（1）、公式（6）和公式（7）代入公式（8）可以得到建筑高度與功率密度值的關(guān)系，如公式（9）所示。對于建筑面積一定的高大廠房，建筑高度越大，則其照明設(shè)計所需要的燈具總光通量越大，需要的燈具數(shù)目越多，使得功率密度值越大。

與都是定值且都為正數(shù)，于是公式（10）便是一個LPD與H間的一次函數(shù)式。即對于層高足夠高的高大廠房，功率密度值將無法滿足現(xiàn)行照明規(guī)范的要求。

3 結(jié)束語

以GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》對功率密度值的限制要求，某些高度的高大廠房經(jīng)過嚴(yán)格的照明設(shè)計仍無法滿足[2]，是有其內(nèi)在原因的。于高大廠房照明設(shè)計中應(yīng)用更為合理的照明產(chǎn)品的研發(fā)，可以部分解決相應(yīng)的矛盾[2]。如果徹底界定高大廠房的照明節(jié)能要求，則可以從根本上化解功率密度值的限制情況。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 50034-20013 建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 李鵬，張曉明，周宏. 高大廠房照明設(shè)計的功率密度值限制[J]. 光源與照明，2013，36（2）：29-32.

[3] 李鵬，高小平，周宏. 高大廠房照明設(shè)計的簡化計算[J]. 電氣應(yīng)用，2014，18期（396）：29-31

[4] 李鵬. 高大廠房照明計算簡化公式的仿真驗證. 2014年中國照明論壇論文集，杭州：2014年9月：309-313

[5] 李鵬，張曉明，周宏. 高大廠房墻壁照度值研究[J]. 現(xiàn)代建筑電氣，2013，4（12）：9-12.