1、浅谈基于利用系数法的灯数概算表的应用和照明节能探讨 徐晓晓 海工英派尔工程有限公司 摘 要： 随着照明节能措施被越来越多的企业重视, 国家标准也对照明节能作出规定。首先分析了 GB 500342013建筑照明设计标准相对于 2004 版在照明节能方面的更新, 论述了“照明功率密度”值对节能的重要现实意义, 然后以利用系数法为数学计算依据, 以实际工程项目作为模型, 对不同类型的灯具进行照度计算, 并进行结果分析。最后, 提出基于利用系数法的灯数概算表, 供设计人员参考, 提高照明设计效率。同时, 对照明节能的具体措施进行探讨和总结。关键词： 照明; 利用系数法; 灯数概算表; 照明功率密度;
2、节能; 收稿日期：2017-05-11Received： 2017-05-11徐晓晓 下载原图0 引言随着社会的发展, 国家大力提倡建设节约型社会, 企业对节能减排更加重视, 降低能源消耗成为重要研究内容。照明虽在总能源中所占比例不大, 但其节能依然是不可忽视的环节。2 0 1 4 年 1 2 月 1 日, 由建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的GB500342013建筑照明设计标准正式实施。与 2004 年版相比, 2013 版更加重视对节能的规定。第 6 章照明节能部分新增了第 6.1 节“一般规定”和第6.2 节“照明节能措施”。在第 6.2 节中针对光源和灯具作出进一步的限制,
3、达到节能的最终目的。同时第 6.3 节“照明功率密度限值”章节中, 照明功率密度值 (LPD) 也有了部分变更, 具体体现在表 6.3.3 中在照度标准值不变的情况下, LPD 的现行值和目标值均有小幅下调。由此可见, 国家对节能进一步重视。在工程项目设计过程中, 要严格按照规范条例, 进行照度计算, 设计出合理的照明方案, 选择合适光源, 控制灯具数量, 避免出现满足 LPD 要求却不满足照度要求, 或者满足照度却又 LPD 超标的情况出现。本文以实际工程为例, 详细论述采用不同灯具的照度计算, 并提出不同面积房间不同照度要求下灯数概算表, 总结照明节能的若干措施, 供设计参考。1 利用系数
4、法照度计算的目的是根据所需要的照度值和其他已知条件 (灯具型式和灯具布置、房间各个方向的反射条件以及灯具和房间的污染情况等) 来决定灯具的数量, 或在照明灯具型式、布置和光源容量都正确的情况下, 计算某点的照度。照度计算的方法有利用系数法、单位容量法和逐点计算法等, 本文采用常用的利用系数法进行照度计算。1.1 利用系数法公式利用系数法考虑直射光和反射光两部分所产生的照度, 计算结果为水平面上的平均照度。该算法适用于灯具均匀布置的一般照明以及利用墙和顶棚作光反射面的场合。根据 SH/T 30272003石油化工企业照度设计标准14.1 条, 利用系数法公式为式中, E 为照度值, lx; 为每
5、个灯具的光通量, lm;N 为灯具的数量; 为光通量利用系数;K 为灯具的维护系数;Z 为最小照度系数;A 为房间面积, m。当 Z=1 时, 计算出的 E 值即为房间的平均水平照度值。本设计中, 取 Z=1。经变换可求得灯具数量的计算公式为公式中涉及到利用系数、维护系数和光通量等参数的选取, 具体参数数值选取过程如下所述。1.2 利用系数利用系数 表示室内工作面上, 由于灯具的照射和墙、顶棚的反射而得到的光通量与光源发出的光通量的比值, 它与灯具类型、灯具效率、照明方式和房间内各表面的反射系数有关, 具体数值可根据顶棚、墙面和地面反射系数、室形指数确定2。(1) 墙面平均反射系数 w2由于墙
6、壁上有玻璃窗或其他装饰物, 墙面平均反射系数由墙面的反射系数经计算求得, 当建筑物无窗时, w= w1, 即式中, w1为墙面反射系数; p为玻璃窗的反射系数;A w为整个墙的面积;A p为玻璃窗的面积。(2) 顶棚空间有效反射系数 CC2光通量照射到顶棚空间后, 在空间内经多次反射, 一部分被吸收, 一部分重新射出空间照到工作面上。若灯具为吸顶或嵌入式安装, 则顶棚空间有效反射系数与顶棚反射系数相等。(3) 地面有效反射系数 FC2一般常将地面有效反射系数取为 20%, 以此查询利用系数。顶棚、墙面和地面反射系数近似值如表 1 所示。表 1 顶棚、墙面和地面反射系数 下载原表 (4) 室形指
7、数 RI3室形指数是表示房间或场所的几何形状的数值, 在 GB 500342013 中, 室形指数的计算方法较 2004 版发生改变, 计算公式为式中, S 为房间或场所的面积, m;C 为房间或场所水平面周长, m;H 为灯具安装高度与工作面高度的差, m。1.3 维护系数维护系数与灯具使用场地的维护、清洁次数有密切关系, 各种场所灯具的维护系数如表 2 所示。表 2 维护系数 下载原表 1.4 光通量光通量用以表示光源每秒发出可见光量的总和, 单位为 lm。不同的灯具具有不同的光通量, 本文中, LED 双管灯 18 W2 光通量为 3 600 lm, T 8-3 6 W 直管荧光灯的光通
8、量为 3 3 5 0 l m, 而 T12-40 W 普通荧光灯的光通量仅为 2 200 lm。2 工程实例本文以某化工有限公司 120 万 t/年高硫重油综合利用项目现场控制室中的不间断电源系统 (UPS) 室的照明为例, 详细阐述使用利用系数法进行照度计算, 并通过不同光源的对比得出工程中应用高效光源的重要节能意义。2.1 计算条件该 UPS 室室内净宽 3.4 m, 长 6 m, 吊顶高 3 m, 墙隔爆, 无窗, 铺设防静电地板, 工作面距地面 0.8 m, 灯具为嵌入式安装, 照度要求为 300 lx。通过照度计算确定该室的灯具数量及实际照度值。2.2 计算过程(1) 参数选取U P
9、 S 室室形为 6 m3.4 m3 m (长宽高) , 其室形指数为同时由表 1 可知, 该 UPS 室取墙面平均反射系数 0.7, 顶棚空间有效反射系数0.5, 地面有效反射系数 0.2, 根据以上数据并参照照明设计手册表 5-16, 表 5-17, 荧光灯和 LED 等分别取利用系数为 0.41 和 0.78。根据表 2, 取灯具维护系数为 0.8, 房间面积 A=3.4 m6 m=20.4 m, 本例采用 3 种光源进行照度计算, 过程如下。(2) 不同光源的照度计算采用 LED 灯具 18 W2, 光通量为 3 600 lm, 灯具数量计算如下从实际情况考虑, 该室取 N=3, 为 3
10、 套双管 18 W2 LED 灯, 此时室内照度计算如下为标准功率密度现行值 9 W/m 的 59%, 满足规范要求。采用 T8-36 W 荧光灯, 其光通量为 3 350 lm, 灯具数量计算如下从实际情况考虑, 该室取 N=6, 为 3 套双管 36 W2 荧光灯, 此时室内照度计算如下为标准功率密度现行值 9 W/m 的 116%, 超过 16%, 由于未超过规范规定的 20%, 满足规范要求。采用普通 T12-40 W 普通荧光灯, 其光通量为 2 200 lm, 灯具数量计算如下从实际情况考虑, 该室取 N=9, 为 3 套三管 36 W3 荧光灯, 此时室内照度计算如下为标准功率密
11、度现行值 9 W/m 的 196%, 超过 96%, 不满足规范要求。2.3 计算结果分析通过以上 3 种光源的照度计算可知, 该室采用 18 W2 LED 灯和 T8-36 W 直管荧光灯均满足规范要求, 是科学合理的, 而 T8-36 W 直管荧光灯由于经济和稳定性, 依然是目前工业建筑内经常采用的光源。由此可见, 在照明设计中, 普及高光效、低功耗的灯具, 推动“绿色照明工程”对能源的节约和环境保护是非常必要的。3 灯数概算表从以上的 UPS 室的照明设计可看出, 从参数的选取到详细的计算, 照度计算存在一系列复杂的过程。对于公共和工业建筑非爆炸危险场所通用房间或场所, 当建筑内存在多个
12、房间时, 重复计算量较大。为节约设计者的宝贵时间, 本文根据实际工程需求, 按照 GB 500342013建筑照明设计标准表 6.3.13 的照度标准值和照明功率密度的要求, 以灯具采用 T8-36 W 荧光灯为模型, 对不同的面积 (10100 m) 、不同照度要求 (100 lx、150 lx、200 lx、300 lx 和500 lx) 房间所需的灯具数量进行数据汇总, 编制灯数概算表, 如表 3 所示, 供照明设计参考。该表使用便利, 虽然考虑到小数位的取舍, 计算准确度并非完美, 必要时需要核算, 但是依然对大部分房型可以简化设计步骤, 节约设计时间。本表提出后, 已在笔者大部分工程
13、设计项目中实践使用, 简单便利, 优化可靠。表 3 灯数概算表 下载原表 需要说明以下几点。1) 表 3 数据基于以下数据:以 T8-36 W 单管三基色荧光灯做为光源;工作面高度为 0.8 m, 层高为 3 m;由于工业建筑内玻璃窗面积占总面积较小, 考虑利用系数时, 按照墙面平均反射系数 0.7, 顶棚空间有效反射系数 0.5, 地面有效反射系数 0.2 取值;室形指数按照正方形房间计算, 此时室形指数最大, 求得的灯具数量为满足该面积下的最小值。2) 设计中不同的灯具、不同室型指数和不同的反射比将导致灯管数量稍有不同, 以实际工程需求为准, 本表数据仅供参考。由于大部分房间平面非正方形,
14、 室形指数小于本表数据, 灯具数量可以上调, 具体上限为规范规定的照明功率密度限值。3) 另外, 由于工业通用房间面积一般不会特别大, 因此本表只针对 100 m 内进行概算统计, 小范围超过 100 m 的房间可进行灯具数量的累加。4) 实际使用中, 室内照明采用双管或三管照明的情况也很多, 此时需要将表 3数据优化组合, 使现场达到最佳的使用状态。5) 当采用 LED 光源时, 如果采用 18 W1 的 LED 灯作为光源, 由于利用系数的不同, 可按照表 3 数据 0.50.6 系数进行考虑。6) 光源种类有很多, 表 3 仅以化工企业通用房间内照明经常采用的 T8-36 W 荧光灯为计
15、算基准, 其他类型灯具易可通过理论计算得出相应的灯数概算表, 在此不一一赘述。4 照明节能措施的分析照明功率密度值是国家标准的强制性条文, 必须严格遵守, 但在实际工程中会出现房间照明设计超过照明功率密度现行值的情况, 无法达到标准的要求。规范中针对照明功率密度的调节作出一系列规定, 使照明功率密度在特定情况下可稍作调整, 满足现场的需要。详见 GB 500342013建筑照明设计标准中第 3.1.1.2 条、第 4.1.4 条、第 4.1.7 条和第 6.3.14 条等。除了规范上的规定, 实际工程设计中, 也有多项节能措施。(1) 光源的选择对荧光灯而言, 有很多规格型式, 主流的有 T5
16、、T8 和 T12 等, 现在 T12 已逐步被市场淘汰, T5 和 T8 成为市场主流。由于 T8 型荧光灯除管径收缩变细外, 灯管长度与镇流器均与 T12 通用, 所以改造工程中较多采用 T8 型荧光灯。但 T5型荧光灯与 T8 相比, 无论在光效、显色性、节能和寿命等方面都有进一步提高, 可推广作为新建项目的光源。LED 光源利用固体半导体芯片作为发光材料, 具有发光效率高、使用寿命长、发热量低和响应时间短等优点, 可以减少照明总功率, 降低照明功率密度值。同时, LED 也存在显色指数偏低、易眩光、谐波含量较大和优质产品价格高等不足, 在大范围使用时, 要满足严格的技术要求, 详见照明
17、设计手册第 3版 48 页。(2) 镇流器的选择镇流器也是照明节能一个措施之一, 节能型电感镇流器和电子镇流器相对传统电感镇流器在功耗、重量和起动等方面都具有一定的优势, 节能型电感镇流器在谐波、开机浪涌和使用寿命等方面更加突出。(3) 灯具的选择灯具的选择需要既满足功能和照明质量的要求, 又便于安装维护、长期运行费用低。照明设计时应考虑实际照明场所的实际特点, 采用相匹配的灯具, 安装方式上考虑吊装、顶装、嵌装、壁装和杆装等, 按照使用环境上分为多尘、潮湿、腐蚀、火灾和爆炸等, 达到尽量用最低的能耗满足工作面照明需要的目的。(4) 充分利用自然光与土建专业的双向沟通, 确定建筑物开窗方式方案
18、, 既满足结构稳定性的要求, 又能尽可能地把自然光引入室内, 减少室内照明压力。通过以上理论及实际中采用的措施, 可有效减少照明能耗, 降低照明功率密度, 达到绿色照明、降本增效的节能目的。5 结束语在经济急速发展的时代, 降低能源消耗成为迫切需要解决的难题, 作为一名设计工作者, 在工作过程中要尽量优化方案, 照明方面, 要积极选取高效低耗的光源, 领会照明设计标准的精神, 感悟绿色照明理念, 以自己的设计实践为社会节能作出一份贡献。参考文献1SH/T 30272003 石油化工企业照度设计标准S. 2戴瑜兴, 黄铁兵, 梁志超.民用建筑电气设计手册M.2 版.北京:中国建筑工业出版社, 2007. 3GB 500342013 建筑照明设计标准S. 4北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册M.3 版.北京:中国电力出版社, 2006.
