海洋核動力平臺示范工程設(shè)計中的照度計算

劉 琳

應(yīng)用研究

海洋核動力平臺示范工程設(shè)計中的照度計算

劉 琳

（武漢第二船舶設(shè)計研究所，武漢 430064）

本文針對某海洋核動力平臺示范工程設(shè)計中的照度計算，以核動力裝置主控制室為例，分別采用利用系數(shù)法、比功率法及逐點法進行照度，對計算結(jié)果進行分析比較，給出了高效準(zhǔn)確直觀的計算方法，可以指導(dǎo)實際工程應(yīng)用。

照度 計算利用系數(shù)法 比功率法 逐點法

0 引言

照度計算可通過手動計算或計算機計算。過去，在照度計算時，往往根據(jù)經(jīng)驗就可進行照明燈點的布置，然后再選幾點進行校核性的計算[1]。隨著科技的發(fā)展，多種船舶類型應(yīng)運而生。2015年12月，海洋核動力平臺國家能源科技重大示范工程獲國家發(fā)改委正式批復(fù)而設(shè)立。由于海洋核動力平臺的活動空間相對陸地比較狹小、封閉、工作環(huán)境比較艱苦、所處的環(huán)境色彩比較單調(diào)，因此，對于能給予在船上生活的人們視覺感官有第一印象的“照明”更是不能馬虎，照度計算將顯得更為重要。

文獻[2]針對不同的點、線、面光源的點照度計算和平均照度計算方法進行了詳細描述。本文將針對海洋核動力平臺示范工程這一應(yīng)用場景，進行不同的照度計算方法的優(yōu)劣比較分析。

1 照度的基本概念及標(biāo)準(zhǔn)

表面上一點的照度等于入射到包含該點的面元上的光通量與面元的面積之商。照度的符號以E表示，其公式為[2]：

式中：——照度，lx；——光通量，lm；——面積，m2。

海洋核動力平臺照明分為正常照明和應(yīng)急照明。在控制室、配電板前后、機艙、堆艙、救生艇筏處、走道、梯口及出口等處設(shè)置應(yīng)急照明。

2 照度計算方法

照度計算通常有利用系數(shù)法、比功率法、逐點法[1]。

表1 照度標(biāo)準(zhǔn)值

2.1 利用系數(shù)法

利用系數(shù)法又稱為流明法或光通量法。利用系數(shù)是指被照面上的有效光通量與光源發(fā)射的額定光通量之比。利用系數(shù)法就是在艙室的幾何特性已確定的前提下，根據(jù)預(yù)選燈具的利用系數(shù)來計算所需的光通量的方法。應(yīng)用利用系數(shù)法計算平均照度的基本公式為：

式中：為工作面上的平均照度，lx；為光源光通量，lm；為光源數(shù)量；為利用系數(shù)；為工作面面積，m2；為燈具的維護系數(shù)。

2.2 比功率法

比功率法是根據(jù)各艙室的最低照度要求，選擇其單位面積所需的功率數(shù)值；再根據(jù)艙室面積計算該艙室所需照明燈泡的總功率；然后結(jié)合艙室的具體布置情況確定照明燈具的型式和數(shù)量及每個燈的功率的方法。比功率法的計算公式為：

式中：為所需燈具總功率，W；W為比功率值，W/m2；為艙室面積，m2。

2.3 逐點法

逐點法計算模型如圖1所示。

圖1 逐點法計算模型

S為光源，P點為所求照度點，M為過P點的水平面。在該模型中，被照點處有三個方向的照度，分別為法線、水平面和垂直面的照度。

P點的照度為：

式中：為光源距被照點P的距離，m；θ為光源至被照點的射線與光源垂直高度線的夾角，°；I為θ角方向的發(fā)光強度，由燈具的配光曲線查得，cd；n為P點法線照度，lx；h為P點水平面照度，lx；E為P點垂直面照度，lx。

由于燈具廠提供燈具的配光曲線是按光通量為1000l m給出，在計算照度時，采用實際的光通量對應(yīng)的光強，為

式中：I(1000)為燈具光通量為1000 lm時在θ方向上的光強，cd； I為燈具在θ方向上的光強，cd；為燈具實際的光通量，lm。

一般情況下，只需計算水平面照度。如果P點上有若干個燈照射時，則P點上的照度為各盞燈在其照度的總和，即：

式中：n為燈具的數(shù)量。

3 工程實例

以指揮甲板層核動力裝置主控室為例，艙室內(nèi)空間長度9.6 m，寬度8.7 m，高度2.8 m，在天花板下方均勻安裝12盞40 W篷頂燈，每盞光源的光通量為3600 lm，以0.8 m處為工作面，計算工作面上的平均照度。

3.1 利用系數(shù)法

由于主控室為室內(nèi)比較清潔的場所，燈具為嵌入式安裝，一般取利用系數(shù)=0.4，維護系數(shù)=0.8，則根據(jù)利用系數(shù)法公式，主控室照度為：

3.2 比功率法

采用比功率法，查取篷頂燈對應(yīng)所需200lx所需的單位面積比功率值為7 W/m2，主控室總安裝容量為：

即主控室所需40 W篷頂燈至少14盞。

與3.1節(jié)利用系數(shù)法相比，該方法計算出來的結(jié)果對等于同等燈具的數(shù)量要求稍多。事實上，由于比功率法只是一種比較粗略的估算方法，安裝14只篷頂燈將會造成主控室內(nèi)照度過高，既無法提供良好的照明環(huán)境，也造成燈具浪費。

圖2 核動力裝置主控室照明布置示意圖

3.3 逐點法

采用逐點法計算可以精確到每一個工作點的照度，但該方法需要將室內(nèi)所有燈具對該工作點上的照度進行疊加，此計算方法比較復(fù)雜且繁瑣，但可以借助計算機輔助軟件DIALux來實現(xiàn)。該軟件有其獨特的計算程序，自動使用逐點法進行照度計算。其具備外掛燈具數(shù)據(jù)庫插件，且系統(tǒng)開放性強，可實時導(dǎo)入所需燈具的光度數(shù)據(jù)文件。針對設(shè)計好的房間，采用動態(tài)布置照明設(shè)備的方式，在布置設(shè)備的同時看到并調(diào)整結(jié)果，并計算出水平與垂直照度、照度均勻度、功率密度、顯色指數(shù)等，可以用多種形式表達計算結(jié)果與效果。

以0.8 m處為工作面，采用DIALux進行照度計算的測光結(jié)果、3D效果圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 核動力裝置主控室測光結(jié)果

圖4 核動力裝置主控室3D視圖

4 計算方法比較

對以上三種照度計算方法進行比較：

1）采用利用系數(shù)計算法，計算方法簡單，由于結(jié)果與燈具布置無關(guān)，無法體現(xiàn)燈具距高比。此外，此計算方法需要燈具廠商提供利用系數(shù)表，但據(jù)實際了解，許多制作商并不提供相應(yīng)的利用系數(shù)表，因此，此計算方法在工程應(yīng)用上有一定的局限性。

2）采用比功率法計算，只是根據(jù)經(jīng)驗對所需要的照明燈具做出粗略估計，此計算方法略顯粗糙。

3）逐點法計算方法復(fù)雜且繁瑣，但可以借助計算機輔助軟件DIALux來實現(xiàn)，依據(jù)其特定的計算程序，自動進行逐點法計算，并可以動態(tài)布置照明設(shè)備，在布置設(shè)備的同時看到并調(diào)整結(jié)果。此計算方法更準(zhǔn)確、更快捷、更直觀。

5 結(jié)論

在海洋核動力平臺示范工程的照明設(shè)計中，可使用不同的計算方法進行照度計算，但在實際應(yīng)用中，利用系數(shù)法和比功率法也存在各自的不足，逐點法雖然復(fù)雜且繁瑣，但借助于DIALux計算機輔助軟件，此計算方法更適用于實際工程設(shè)計中的照度計算。

[1] 船舶設(shè)計實用手冊第3版電氣分冊[M]. 國防工業(yè)出版社. 2013.

[2] 北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會，照明設(shè)計手冊（第三版）[M]. 中國電力出版社. 2016.12(2018.5重印).

Illuminace Calculation in Design of the Demonstration Project of offshore Nuclear Power Platform

Liu Lin

（Wuhan Second Ship Design and Research Institute, Wuhan 430064, China）

U674

A

1003-4862（2021）09-0057-03

2020-12-02

劉琳(1980-)，女，工程師。研究方向：船舶電力系統(tǒng)。E-mail: 45303516@qq.com.