某厂房一般照明的灯具布置方案探讨

2021-09-13朱亮亮

现代建筑电气 2021年8期

关键词：单灯功率密度均匀度

向橙, 朱亮亮

(重庆市设计院有限公司,重庆 400015)

0 引言

照明设计方案一般包含照明光学部分及电气部分,照明光学部分主要分为确定照明标准、选择光源及灯具、灯具布置方案及各类参数的计算和校验,电气部分主要为照明供配电系统、配电线路及保护电器、开关和控制方式等。

本文结合某厂家生产车间一般照明的设计,合理运用Dialux模拟软件,着重对照明光学部分的灯具布置方案制定全过程进行探讨。

1 项目概况

某厂某车间共4层,选择2F的生产车间作为模拟空间,该车间长300 m宽90 m,层高9 m,大部分区域为开敞的高大空间。该车间为智能化车间,对作业的照度要求不高,故全部采用一般照明。

2 照明标准及灯具选取

按照GB 50034—2013《建筑照明设计标准》[1](简称标准)表5.4.1要求并结合供应厂家提资,确定照度标准值为300 lx,功率密度限值按目标值确定为8 W/m2,照度均匀度(最小照度/平均照度)标准值为0.6。该车间属于正常环境场所,对灯具无特殊要求。高大厂房照明以前一般选用高压钠灯或金属卤化物灯,但随着LED光源的不断发展,LED灯具已逐步进入工厂照明领域。笔者通过咨询几大灯具厂家发现,目前厂房一般照明使用较多的为LED天棚灯,其不仅可选择的单灯功率多、光效高、配光曲线多样、安装形式灵活,还可满足防水防尘、防撞以及防腐要求,故该车间灯具选用LED天棚灯。8～10 m高厂房常用单灯功率为80 W、100 W及120 W,普通LED天棚灯的光效值一般为100 lm/W[2-4]。

3 灯具布置方案的制定

选取实际厂房的10跨(横向)为Dialux模拟空间,维护系数0.8,顶棚、墙面、地面反射比分别为0.7、0.5、0.2。灯具安装方式采用管吊,2F层高9 m,板厚及梁高合计约1.5 m,生产主管架按工艺及其他专业提资合计约0.8 m,灯具安装高度按6.5 m进行模拟。Dialux模拟平面如图1所示。

图1 Dialux模拟平面

选定的模拟区域中虽然有9 m(横)×14 m(纵)与9 m(横)×6 m(纵)两种跨度,但两种跨度横向间距相等,纵向间距约为2倍关系,可看做9 m(横)×14 m(纵)的单跨度厂房。根据灯具布置均匀对称且有规律的原则,采用先以一跨为基本单位选定布置方案,再推广至整个车间的方式制定灯具布置方案。对于该生产车间,选择9 m(横)×14 m(纵)为基本单位进行灯具布置方案的制定,9 m(横)×6 m(纵)按0.5跨计算,则模拟区域中跨度为9 m×14 m的总跨数K约为65跨。下面将分别对该车间在80 W、100 W及120 W 3种单灯功率下的灯具布置方案制定进行探讨。

3.1 单灯功率120 W(12 000 lm)灯具布置方案

制定灯具布置方案应先确定灯具数量,工程上常根据功率密度限值进行计算,此种方法计算出的灯具数量往往偏大,不可直接应用于最终的灯具布置方案。

本文采用先按功率密度限值初步确定灯具数量,再运用Dialux软件模拟分析对灯具数量逐步修正的方式来确定实际可行的灯具数量及灯具布置方案。

计算模拟过程如下:该车间功率密度限值为8 W/m2,模拟空间面积S=8 100 m2;灯具数N1≤功率密度限值×模拟空间面积/单灯功率≤540盏;每跨灯具数M1≤8.3盏;先按每跨灯具数8盏进行模拟分析。根据灯具布置均匀对称的原则,制定方案1(每跨4行×2列)。

Dialux模拟布灯平面如图2所示。

Dialux运行分析等照度图如图3所示。

图3 Dialux模拟布灯平面

图3 Dialux运行分析等照度图

Dialux模拟计算结果如下:每跨布置方式4行×2列,灯具数量520盏,平均照度648 lx,功率密度7.7 W/m2,照度均匀度0.638。

根据利用系数法计算平均照度:Eav=NΦUK/A。灯具数量N=520,单灯光通量Φ=12 000 lm,按照厂家资料及工厂实际情况利用系数U及灯具维护系数K分别取1.05、0.8,面积A=8 100 m2。此布灯方式下的平均照度Eav=647 lx。通过验证,Dialux软件模拟计算结果与利用系数法计算结果基本一致。

由模拟结果可知,每跨4行×2列布置方案下平均照度为648 lx,超过标准值300 lx 116%,远远超过标准中设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%的要求,所以按照功率密度限值计算灯具数量的方式会导致该空间平均照度过高,这样不仅不满足标准要求,还不节能经济。为使模拟空间的平均照度达到标准要求,现适当减少每跨灯具数,根据灯具布置均匀对称的原则,制定方案2(每跨3行×2列)。

方案2 Dialux模拟计算结果:每跨布置方式3行×2列,灯具数量380盏,平均照度475 lx,功率密度5.63 W/m2,照度均匀度0.614。可知,每跨3行×2列布置方案下平均照度为475 lx,超过标准值300 lx 58%,依然不满足标准要求,故继续减少每跨灯具数,再根据相同布灯原则,制定方案3(每跨2行×2列)。

方案3 Dialux模拟计算结果如下:每跨布置方式2行×2列,灯具数量260盏,平均照度327 lx,功率密度3.85 W/m2,照度均匀度0.614。可知,每跨2行×2列布置方案下平均照度为327 lx,超过照度标准值300 lx 9%,照度均匀度为0.614,功率密度为3.85 W/m2,均满足标准要求。故对于单灯功率120 W,最终布灯方案为每跨2行×2列。

3.2 单灯功率100 W(10 000 lm)灯具布置方案

采用上述相同的计算模拟方式,制定单灯功率100 W灯具布置方案:灯具数N2≤功率密度限值×模拟空间面积/单灯功率≤648盏;每跨灯具数M2≤9.9盏;先按每跨灯具数9盏进行模拟分析,然后按模拟结果逐步减少每跨灯具数至平均照度、照度均匀度均满足标准要求。根据灯具布置均匀对称的原则,Dialux模拟分析计算结果:方案1(3行×3列),灯具数570盏,平均照度540 lx,功率密度6.42 W/m2,照度均匀0.638;方案2(4行×2列),灯具数520盏,平均照度592 lx,功率密度7.04 W/m2,照度均匀0.615;方案3(3行×2列),灯具数380盏,平均照度396 lx,功率密度4.69 W/m2,照度均匀0.614;方案4(2行×2列),灯具数260盏,平均照度273 lx,功率密度3.21 W/m2,照度均匀0.614。可知方案1、方案2、方案3功率密度和照度均匀度均满足要求,但平均照度分别超标准值300 lx 97.3%、80%以及 32%,均不满足标准要求;方案4平均照度273 lx,低于标准值300 lx 9%,满足标准要求,照度均匀度及功率密度亦满足标准要求。故对于单灯功率100 W,最终布灯方案选定为每跨2行×2列。

3.3 单灯功率80 W(8 000 lm)灯具布置方案

采用上述相同的计算模拟方式,制定单灯功率80 W灯具布置方案:灯具数N3≤功率密度限值x模拟空间面积/单灯功率≤810盏;每跨灯具数M3≤12.5盏。

先按每跨灯具数12盏进行模拟分析,然后根据模拟结果逐步减少每跨灯具数至平均照度、照度均匀度均满足标准要求。根据灯具布置均匀对称的原则,最终对5种布置方式进行Dialux模拟分析,具体结果:方案1(4行×3列),灯具数780盏,平均照度627 lx,功率密度7.7 W/m2,照度均匀度0.621;方案2(5行×2列),灯具数640盏,平均照度515 lx,功率密度6.32 W/m2,照度均匀度0.640;方案3(3行×3列),灯具数600盏,平均照度483 lx,功率密度5.93 W/m2,照度均匀0.614;方案4(4行×2列),灯具数520盏,平均照度419 lx,功率密度5.14 W/m2,照度均匀度0.623;方案5(3行×2列),灯具数380盏,平均照度307 lx,功率密度3.75 W/m2,照度均匀度0.652。

可知方案1～方案4功率密度和照度均匀度均满足标准要求,但平均照度分别超标准值300 lx 109%、71.7%、61%以及39.7%,均不满足标准要求。方案5平均照度307 lx,超过标准值300 lx 2.3 %,照度均匀度及功率密度亦满足标准要求。故对于单灯功率80 W,最终布灯方案选定为每跨3行×2列。

综上所述,对于该生产车间,可选用的单灯功率及灯具布置形式有3种,分别为:单灯功率80 W,每跨3行×2列;单灯功率100 W,每跨2行×2列;单灯功率120 W,每跨2行×2列。3种布灯方案均能满足标准要求,但在实际应用中,照明设计不仅要满足标准要求,还能做到节能及经济,下面将从节能性及经济性上对上述3种方案进行对比分析。

4 3种布灯方案的对比分析

通过Dialux模拟计算3种布灯方案的平均照度、功率密度及照度均匀度等重要参数。3种布灯方案参数如表1所示。

表1 3种布灯方案参数

(1)节能性。3种方案均采用光效高、寿命长、更节能的LED天棚灯,功率密度值均8 W/m2的限值以下,满足节能要求。但三者功率密度有差别,下面将通过3种方案下该车间的年照明耗电量来进行节能上的对比。该车间总面积为27 000 m2,现按功率因素为0.9,投产后每天运行12 h进行计算,3种方案的年耗电量如表2所示。

表2 3种方案的年耗电量

由表2可知,对于年用电量,方案一>方案三>方案二,故节能性上方案二最优。

(2)经济性。照明安装投入主要为照明灯具,运行投入主要为电费。

照明灯具:方案一及方案二灯具数量260盏,方案三380盏,模拟空间占整个生产车间的3/10,则整个生产车间灯具数方案一及方案二约为866盏,方案三约为1 266盏。通过咨询照明厂家,普通80 W、100 W、120 W LED天棚灯单价分别为200元/盏、250元/盏、300元/盏。

电费:通过查询得知该地的工业电度电价约为0.6元/kWh,照明年电费=年用电量×电能电价。

3种方案照明灯具投入与年电费投入:方案一,单灯功率120 W,2行×2列,灯具投入25.98万元,年电费24.42万元;方案二:单灯功率100 W,2行×2列,灯具投入21.65万元,年电费20.18万元;方案三,单灯功率80 W,3行×2列,灯具投入25.32万元,年电费23.56万元。可知,方案二在灯具投入上最低,年电费也最低,经济性最优。

综上所述,方案二在节能性及经济性上都是最优的,且各项参数均满足标准要求,所以对于该车间,选择方案二为最终布灯方案。