高大厂房照明设计的功率密度值限制研究材料

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1、高大厂房照明设计的功率密度值限制李鹏，张晓明，周宏（中船第九设计研究院工程有限公司，上海，200063）摘要：工业建筑领域的一些高大厂房照明设计中，经常存在无法同时满足照度标准和功率密度值要求的问题。为了解决这些问题，本文通过大量的照明仿真计算和对计算结果的分析处理，得出了在高大厂房照明设计中，照明功率密度值应该考虑建筑高度的结论。关键字：高大厂房，LPD值，DIALux照明仿真，MATLAB计算The Limitation of LPD Value in High and Large Plant Lighting DesignLi Peng, Zhang Xiaoming, Zhou Hon

2、gAbstract: There are always some contradictory problems between demand of illuminance and LPD value in industry building field. To solve the problem, this article dealt with many plants for lighting simulation and result analysis, and the conclusion is that lighting design in high and large plant sh

3、ould consider the height of plant.Keywords: high and large plant, LPD value, lighting simulation with DIALux, calculation with MATLAB1. 现行照明标准对高大厂房照明设计的影响工业领域建筑物内的活动通常是围绕产品的加工、制作进行的，是以生产和工人的活动为中心的。工业建筑内的一切设施应该保证工业生产活动的安全、高效和不间断地进行，保证足够高的劳动效率，降低生产的差错和废品率，节约能源和降低生产成本。工业建筑物与民用建筑物相比，通常层高较高，而有些有特殊要求的厂房，则

4、高度更大，比如船厂装焊车间、飞机装配车间等高大厂房，单层建筑高度一般都在20米以上。而即使同一类型的工业建筑，因用途不同也会出现高度的较大差异，比如船厂建筑中很多工厂厂房的高度为20米，有的可以达到50米。厂房的照明设计应该根据现行照明标准GB 50034-2004建筑照明设计规范的规定来进行，不仅需要满足规范对照度值的规定，而且应该满足国家规定的节能标准。该标准对建筑物节能标准的规定主要体现在功率密度值（简称LPD）的要求上，其中机械加工厂房的功率密度值可以在该标准第6.1.7节的表6.1.7工业建筑照明功率密度值中查到，如表1所示1。表1建筑照明设计规范GB 50034-2004对工业建筑

5、的照明要求场所功率密度值（W/m2）对应照度值（lx）现行值目标值机械加工粗加工87200一般加工，公差0.1mm1211300精密加工，公差0.1mm1917500建筑照明设计规范并没有对工业建筑的层高进行限制，因此很多高大厂房也必须遵守规范的规定来达到LPD值的要求。然而各种高度差异巨大的厂房使用同一种LPD值来要求是否合理呢？一些高度值十分巨大的厂房使用建筑照明设计规范的规定是否合适呢？这些问题对于高大厂房的照明设计而言都是十分现实的问题，值得进行讨论和研究。2. 典型高大厂房照明设计仿真计算针对一些案例进行仿真实验，对于不同高度的厂房进行合理的照明设计，可以得到相应的LPD值，从而给出

6、以上问题的答案。2.1 典型高大厂房的仿真实验船厂厂房是高大厂房的典型代表，以船厂厂房为例进行这类研究是有现实意义的。船厂厂房一般面积较大，这里使用60m80m的厂房为例进行仿真计算。船厂厂房的照明要求可以按照表1中粗加工或一般加工的规定进行LPD值和照度值的要求。这里使用DIALux照明设计软件进行仿真计算，并期待得到进一步的实验数据。DIALux软件是德国DIAL公司开发的照明设计软件，其特点之一是支持大量知名灯具厂商的产品信息，并遵循很多照明领域的国际标准，其计算结果也都经过CIE 171:2006的验证2。为了研究不同高度厂房的照明计算数据，这里使用9种高度值进行计算分析，分别是10米

7、厂房、15米厂房、20米厂房、25米厂房、30米厂房、35米厂房、40米厂房、45米厂房和50米厂房，对这些面积相同高度各异的厂房进行仿真研究。DIALux照明设计软件支持大量第三方公司的灯具插件，这里选用灯具生产厂家PHILIPS公司的两款金卤灯光源用于高大厂房的仿真计算，分别是HPI-P250W-BU和HPI-P400W-BU，表2是各种高度厂房分别使用型号为HPI-P400W-BU的400W金卤灯光源时选用的相应灯具资料。表2 各高度厂房应用的400W金卤灯灯具资料表厂房高度灯具型号功率（KW）光通量（lm）配光曲线10米Philips HPK380 1xHPI-P400W-BU P-W

8、B +GPK380 R D4654283250015米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-NB +GPK110 AR-L-WB4283250020米Philips HPK150 1xHPI-P400W-BU P-WB +GPK150 R4283250025米Philips MPK460 1xHPI-P400W-BUS P-D635-NB4283250030米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-WB +GPK110 R +ZPK110 GC4283250035米Philips OPTIBAY HPK225 NB CLOSED VERSION

9、 1xHPI-P400W-BU4253500040米Philips MPK110 1xHPI-P400W-BU P-MB +GPK110 R4283250045米Philips HPK150 1xHPI-P400W-BU P-NB +GPK150 R4283250050米Philips PHOENIX MDK900 AL (N) C 1xHPI-P400W-BU425350002.2 仿真过程 使用DIALux软件，首先建立各个厂房模型，其中面积皆为60m80m，高度按照前述分别设定。图1为10米厂房的建筑模型3。图1. 10米厂房建筑模型针对各种高度的厂房进行灯具选择，并合理布置，使之达到表

10、1中一般加工的照度要求，即300lx。图2为30米厂房选择Philips PHOENIX MDK900 AL (W) C 1xHPI-P250W-BU灯具后的照明设计方案。图2. 30米厂房建筑模型照明设计使用DIALux软件计算功能进行仿真计算便可得到各种照明计算数据，同时生成照明仿真模型。按照建筑照明设计规范的要求，船厂厂房维护系数应该选择为0.71。图3是50米厂房选择Philips PHOENIX MDK900 AL (N) C 1xHPI-P400W-BU灯具后的照明仿真模型。图3. 50米厂房照明仿真模型2.3 计算结果经过DIALux软件的计算，可以得到各个仿真模型计算出的相应照

11、明计算数据。表3是各仿真模型的平均照度值和功率密度值数据。表3 各仿真模型平均照度值与功率密度值厂房高度250W金卤灯光源400W金卤灯光源平均照度值（lx）功率密度值（W/m2）平均照度值（lx）功率密度值（W/m2）10米3058.223026.4215米3009.563027.1320米3089.703067.4925米30310.433048.1130米30710.832999.2735米30011.293119.5640米30111.823069.6345米30711.873069.8150米30312.5130310.36在表3中，使用250W与400W光源分别进行照明计算而得到的

12、LPD值有一定差异，可以使用灯具附带电器部件的情况进行解释。需要达到相同照明效果，使用250W光源的话必定需要更多的灯具，其附带电器部分的功率数据也就相应增大，从而导致了功率密度值的差异。3. 典型高大厂房照明仿真与分析计算由表3可以看出，各个高度的厂房，在使用同样的光源情况下，即使选择了配光曲线合理的各种灯具，在达到平均照度值的要求下，也会出现功率密度值的较大差异。3.1 计算数据分析MATLAB仿真软件具有强大的数据处理功能，使用MATLAB软件可以对一些数据进行处理，得到一些规律。这里针对表3中250W和400W光源的两组数据进行计算，令横坐标数据为厂房的高度，纵坐标为两种金卤灯光源的L

13、PD值，即数组x和数组y1，y2。x=10,15,20,25,30,35,40,45,50; （1）y1=8.22,9.56,9.70,10.43,10.83,11.29,11.82,11.87,12.51; （2）y2=6.42,7.13,7.49,8.11,9.27,9.56,9.63,9.81,10.36; （3）使用MATLAB函数库cftool命令即可在坐标系上得到相应坐标点。通过数据拟合，这些坐标点可以生成拟合曲线，从而容易找到一些必要的规律。这里使用一次函数式进行拟合，即在MATLAB软件中选择拟合函数linear polynomial，可以得到图4和图5所示两种曲线。y1(W/

14、m2)x(m)图4. 各种高度厂房使用250W金卤灯光源的LPD值拟合曲线x(m)y2(W/m2)图5. 各种高度厂房使用400W金卤灯光源的LPD值拟合曲线并且得到一次函数关系：y1=0.0973x+7.773 （4）y2=0.0984x+5.689 （5）3.2 结论分析根据数值分析的理论，式（4）和式（5）可以用作各个高度厂房应用相应光源时，厂房高度与LPD值的关系表示。由以上二式可见，LPD值与厂房高度值存在一次函数关系，随厂房高度值的增大，满足照度要求下的LPD值变大。同时，令式（4）和式（5）中函数值等于规范要求的LPD限制值，则可得到相应的厂房高度值：x=33.2m时，y1=11

15、W/m2x=54.0m时，y2=11W/m2即厂房高度为33.2m时，安装250W光源的厂房LPD为11W/m2；厂房高度为54.0m时，安装400W光源的厂房LPD为11W/m2。而一旦厂房高度值大于以上两个数据，为了满足照明要求，须对规范的相应要求进行修正。对于本文第1节提出的两个问题，这里可以得到一个初步的答案。由表3的数据可以看到，各个高度的厂房进行照明设计得到的LPD值并不相同；由式（4）和式（5）的计算结果可知，对于一些十分高大的厂房，按照规范规定的LPD值进行计算也不尽合适。4. 结束语高大厂房应用范围有限，属于相对稀少的建筑样式，相应标准的制定也就无法全面涵盖。同样，对于高大厂

16、房照明设计的研究也相应缺乏。因此，对于高大厂房照明设计的进一步研究除了填补一些原有工作的空白之外，还应该涉及更为合理的照明产品的研制上来。合理的照明产品包括适应高大厂房的配光曲线，合理的距高比数值，以及以先进科技为依托的高光效数值。参考文献1 中华人民共和国建设部. GB 50034-2004建筑照明设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，20042 Building Energy Software Tools Directory. U.S. Department of Energy http:/apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/softwre.cfm/ID=497/pagename=alpha_list3 肖辉. 电气照明技术. 北京：机械工业出版社，20097网络材料