某廠房一般照明的燈具布置方案探討

向 橙, 朱亮亮

(重慶市設計院有限公司,重慶 400015)

0 引 言

照明設計方案一般包含照明光學部分及電氣部分,照明光學部分主要分為確定照明標準、選擇光源及燈具、燈具布置方案及各類參數(shù)的計算和校驗,電氣部分主要為照明供配電系統(tǒng)、配電線路及保護電器、開關和控制方式等。

本文結合某廠家生產(chǎn)車間一般照明的設計,合理運用Dialux模擬軟件,著重對照明光學部分的燈具布置方案制定全過程進行探討。

1 項目概況

某廠某車間共4層,選擇2F的生產(chǎn)車間作為模擬空間,該車間長300 m寬90 m,層高9 m,大部分區(qū)域為開敞的高大空間。該車間為智能化車間,對作業(yè)的照度要求不高,故全部采用一般照明。

2 照明標準及燈具選取

按照GB 50034—2013《建筑照明設計標準》[1](簡稱標準)表5.4.1要求并結合供應廠家提資,確定照度標準值為300 lx,功率密度限值按目標值確定為8 W/m2,照度均勻度(最小照度/平均照度)標準值為0.6。該車間屬于正常環(huán)境場所,對燈具無特殊要求。高大廠房照明以前一般選用高壓鈉燈或金屬鹵化物燈,但隨著LED光源的不斷發(fā)展,LED燈具已逐步進入工廠照明領域。筆者通過咨詢幾大燈具廠家發(fā)現(xiàn),目前廠房一般照明使用較多的為LED天棚燈,其不僅可選擇的單燈功率多、光效高、配光曲線多樣、安裝形式靈活,還可滿足防水防塵、防撞以及防腐要求,故該車間燈具選用LED天棚燈。8～10 m高廠房常用單燈功率為80 W、100 W及120 W,普通LED天棚燈的光效值一般為100 lm/W[2-4]。

3 燈具布置方案的制定

選取實際廠房的10跨(橫向)為Dialux模擬空間,維護系數(shù)0.8,頂棚、墻面、地面反射比分別為0.7、0.5、0.2。燈具安裝方式采用管吊,2F層高9 m,板厚及梁高合計約1.5 m,生產(chǎn)主管架按工藝及其他專業(yè)提資合計約0.8 m,燈具安裝高度按6.5 m進行模擬。Dialux模擬平面如圖1所示。

圖1 Dialux模擬平面

選定的模擬區(qū)域中雖然有9 m(橫)×14 m(縱)與9 m(橫)×6 m(縱)兩種跨度,但兩種跨度橫向間距相等,縱向間距約為2倍關系,可看做9 m(橫)×14 m(縱)的單跨度廠房。根據(jù)燈具布置均勻?qū)ΨQ且有規(guī)律的原則,采用先以一跨為基本單位選定布置方案,再推廣至整個車間的方式制定燈具布置方案。對于該生產(chǎn)車間,選擇9 m(橫)×14 m(縱)為基本單位進行燈具布置方案的制定,9 m(橫)×6 m(縱)按0.5跨計算,則模擬區(qū)域中跨度為9 m×14 m的總跨數(shù)K約為65跨。下面將分別對該車間在80 W、100 W及120 W 3種單燈功率下的燈具布置方案制定進行探討。

3.1 單燈功率120 W(12 000 lm)燈具布置方案

制定燈具布置方案應先確定燈具數(shù)量,工程上常根據(jù)功率密度限值進行計算,此種方法計算出的燈具數(shù)量往往偏大,不可直接應用于最終的燈具布置方案。

本文采用先按功率密度限值初步確定燈具數(shù)量,再運用Dialux軟件模擬分析對燈具數(shù)量逐步修正的方式來確定實際可行的燈具數(shù)量及燈具布置方案。

計算模擬過程如下:該車間功率密度限值為8 W/m2,模擬空間面積S=8 100 m2;燈具數(shù)N1≤功率密度限值×模擬空間面積/單燈功率≤540盞;每跨燈具數(shù)M1≤8.3盞;先按每跨燈具數(shù)8盞進行模擬分析。根據(jù)燈具布置均勻?qū)ΨQ的原則,制定方案1(每跨4行×2列)。

Dialux模擬布燈平面如圖2所示。

Dialux運行分析等照度圖如圖3所示。

圖3 Dialux模擬布燈平面

圖3 Dialux運行分析等照度圖

Dialux模擬計算結果如下:每跨布置方式4行×2列,燈具數(shù)量520盞,平均照度648 lx,功率密度7.7 W/m2,照度均勻度0.638。

根據(jù)利用系數(shù)法計算平均照度:Eav=NΦUK/A。燈具數(shù)量N=520,單燈光通量Φ=12 000 lm,按照廠家資料及工廠實際情況利用系數(shù)U及燈具維護系數(shù)K分別取1.05、0.8,面積A=8 100 m2。此布燈方式下的平均照度Eav=647 lx。通過驗證,Dialux軟件模擬計算結果與利用系數(shù)法計算結果基本一致。

由模擬結果可知,每跨4行×2列布置方案下平均照度為648 lx,超過標準值300 lx 116%,遠遠超過標準中設計照度與照度標準值的偏差不應超過±10%的要求,所以按照功率密度限值計算燈具數(shù)量的方式會導致該空間平均照度過高,這樣不僅不滿足標準要求,還不節(jié)能經(jīng)濟。為使模擬空間的平均照度達到標準要求,現(xiàn)適當減少每跨燈具數(shù),根據(jù)燈具布置均勻?qū)ΨQ的原則,制定方案2(每跨3行×2列)。

方案2 Dialux模擬計算結果:每跨布置方式3行×2列,燈具數(shù)量380盞,平均照度475 lx,功率密度5.63 W/m2,照度均勻度0.614?？芍?每跨3行×2列布置方案下平均照度為475 lx,超過標準值300 lx 58%,依然不滿足標準要求,故繼續(xù)減少每跨燈具數(shù),再根據(jù)相同布燈原則,制定方案3(每跨2行×2列)。

方案3 Dialux模擬計算結果如下:每跨布置方式2行×2列,燈具數(shù)量260盞,平均照度327 lx,功率密度3.85 W/m2,照度均勻度0.614?？芍?每跨2行×2列布置方案下平均照度為327 lx,超過照度標準值300 lx 9%,照度均勻度為0.614,功率密度為3.85 W/m2,均滿足標準要求。故對于單燈功率120 W,最終布燈方案為每跨2行×2列。

3.2 單燈功率100 W(10 000 lm)燈具布置方案

采用上述相同的計算模擬方式,制定單燈功率100 W燈具布置方案:燈具數(shù)N2≤功率密度限值×模擬空間面積/單燈功率≤648盞;每跨燈具數(shù)M2≤9.9盞;先按每跨燈具數(shù)9盞進行模擬分析,然后按模擬結果逐步減少每跨燈具數(shù)至平均照度、照度均勻度均滿足標準要求。根據(jù)燈具布置均勻?qū)ΨQ的原則,Dialux模擬分析計算結果:方案1(3行×3列),燈具數(shù)570盞,平均照度540 lx,功率密度6.42 W/m2,照度均勻0.638;方案2(4行×2列),燈具數(shù)520盞,平均照度592 lx,功率密度7.04 W/m2,照度均勻0.615;方案3(3行×2列),燈具數(shù)380盞,平均照度396 lx,功率密度4.69 W/m2,照度均勻0.614;方案4(2行×2列),燈具數(shù)260盞,平均照度273 lx,功率密度3.21 W/m2,照度均勻0.614?？芍桨?、方案2、方案3功率密度和照度均勻度均滿足要求,但平均照度分別超標準值300 lx 97.3%、80%以及 32%,均不滿足標準要求;方案4平均照度273 lx,低于標準值300 lx 9%,滿足標準要求,照度均勻度及功率密度亦滿足標準要求。故對于單燈功率100 W,最終布燈方案選定為每跨2行×2列。

3.3 單燈功率80 W(8 000 lm)燈具布置方案

采用上述相同的計算模擬方式,制定單燈功率80 W燈具布置方案:燈具數(shù)N3≤功率密度限值x模擬空間面積/單燈功率≤810盞;每跨燈具數(shù)M3≤12.5盞。

先按每跨燈具數(shù)12盞進行模擬分析,然后根據(jù)模擬結果逐步減少每跨燈具數(shù)至平均照度、照度均勻度均滿足標準要求。根據(jù)燈具布置均勻?qū)ΨQ的原則,最終對5種布置方式進行Dialux模擬分析,具體結果:方案1(4行×3列),燈具數(shù)780盞,平均照度627 lx,功率密度7.7 W/m2,照度均勻度0.621;方案2(5行×2列),燈具數(shù)640盞,平均照度515 lx,功率密度6.32 W/m2,照度均勻度0.640;方案3(3行×3列),燈具數(shù)600盞,平均照度483 lx,功率密度5.93 W/m2,照度均勻0.614;方案4(4行×2列),燈具數(shù)520盞,平均照度419 lx,功率密度5.14 W/m2,照度均勻度0.623;方案5(3行×2列),燈具數(shù)380盞,平均照度307 lx,功率密度3.75 W/m2,照度均勻度0.652。

可知方案1～方案4功率密度和照度均勻度均滿足標準要求,但平均照度分別超標準值300 lx 109%、71.7%、61%以及39.7%,均不滿足標準要求。方案5平均照度307 lx,超過標準值300 lx 2.3 %,照度均勻度及功率密度亦滿足標準要求。故對于單燈功率80 W,最終布燈方案選定為每跨3行×2列。

綜上所述,對于該生產(chǎn)車間,可選用的單燈功率及燈具布置形式有3種,分別為:單燈功率80 W,每跨3行×2列;單燈功率100 W,每跨2行×2列;單燈功率120 W,每跨2行×2列。3種布燈方案均能滿足標準要求,但在實際應用中,照明設計不僅要滿足標準要求,還能做到節(jié)能及經(jīng)濟,下面將從節(jié)能性及經(jīng)濟性上對上述3種方案進行對比分析。

4 3種布燈方案的對比分析

通過Dialux模擬計算3種布燈方案的平均照度、功率密度及照度均勻度等重要參數(shù)。3種布燈方案參數(shù)如表1所示。

表1 3種布燈方案參數(shù)

(1)節(jié)能性。3種方案均采用光效高、壽命長、更節(jié)能的LED天棚燈,功率密度值均8 W/m2的限值以下,滿足節(jié)能要求。但三者功率密度有差別,下面將通過3種方案下該車間的年照明耗電量來進行節(jié)能上的對比。該車間總面積為27 000 m2,現(xiàn)按功率因素為0.9,投產(chǎn)后每天運行12 h進行計算,3種方案的年耗電量如表2所示。

表2 3種方案的年耗電量

由表2可知,對于年用電量,方案一>方案三>方案二,故節(jié)能性上方案二最優(yōu)。

(2)經(jīng)濟性。照明安裝投入主要為照明燈具,運行投入主要為電費。

照明燈具:方案一及方案二燈具數(shù)量260盞,方案三380盞,模擬空間占整個生產(chǎn)車間的3/10,則整個生產(chǎn)車間燈具數(shù)方案一及方案二約為866盞,方案三約為1 266盞。通過咨詢照明廠家,普通80 W、100 W、120 W LED天棚燈單價分別為200元/盞、250元/盞、300元/盞。

電費:通過查詢得知該地的工業(yè)電度電價約為0.6元/kWh,照明年電費=年用電量×電能電價。

3種方案照明燈具投入與年電費投入:方案一,單燈功率120 W,2行×2列,燈具投入25.98萬元,年電費24.42萬元;方案二:單燈功率100 W,2行×2列,燈具投入21.65萬元,年電費20.18萬元;方案三,單燈功率80 W,3行×2列,燈具投入25.32萬元,年電費23.56萬元?？芍?方案二在燈具投入上最低,年電費也最低,經(jīng)濟性最優(yōu)。

綜上所述,方案二在節(jié)能性及經(jīng)濟性上都是最優(yōu)的,且各項參數(shù)均滿足標準要求,所以對于該車間,選擇方案二為最終布燈方案。

5 結 語

在廠房照明燈具布置方案制定中,廠房的高度與跨度是考慮的主要因素,首先根據(jù)廠房高度選擇合適的單燈功率,再根據(jù)跨度選擇合理的燈具布置形式。同一廠房可能會有滿足標準要求的幾種布燈方案,要充分結合廠房的生產(chǎn)特點、安裝條件,并通過對不同布燈方案的節(jié)能性、經(jīng)濟性的對比分析,選出最為合理的方案。