高大厂房照明设计的简化计算

　　1 工业建筑及高大厂房照明设计特点

　　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。工业建筑的照明设计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。

　　高大厂房是工业建筑的一种建筑类型，比如造船厂的船体车间、飞机制造厂的飞机装配车间等，通常建筑层高较大，一般高于10米，有的可以达到50米，甚至80米。基于相应特点，在照明计算过程中，通过建筑层高直接得到达到照明要求的灯具总光通量，从而帮助简化照明计算。

　　2 高大厂房照明计算简化公式的推导

　　2.1利用系数法计算高大厂房照明方法探讨

　　使用利用系数法计算照明数据，是现在建筑电气照明设计中最常用的照度水平计算方法之一。使用利用系数法来计算照明数据，关键是反映工作面上照明光通量对建筑空间内灯具光通量的利用程度。使用利用系数法，需要将房间分成三个空间，从上到下依次为顶棚空间、室空间和地板空间[1]，如图1所示。

　　图1. 房间空间的划分

　　房间内灯具光通量除了被工作面利用，还会被顶棚和墙壁利用。因此，把工作面和顶棚、墙壁的相应关系找到即可得到工作面上的光通量利用程度。高大厂房通常具有层高高，面积大的特点，并且由于厂房通风需要，其供照明反射的墙壁较少。一般而言，高大厂房顶棚空间高度 和地板空间高度 ，与室空间高度 的比值都很大，即 和 都很大，通常都大于10，因此使用利用系数法进行高大厂房照明设计时，二者都可以忽略以进行必要的估算。

　　天花板上的照度对于生产活动而言帮助不大，属于需要节约的部分。控制灯具的配光曲线，一般可以有效的减少灯具用于天花板上的光通量。因此，该研究中我们假定天花板照度为0，即灯具贡献的所有光通量都投射在墙壁和工作面上。

　　2.2 高大厂房照明计算简化公式推导方式

　　建立一个典型的室形空间，便于进行照明设计讨论。假设有高大厂房的建筑空间长度为a，宽度为b，高度为H，如图2所示。

　　图2. 高大厂房内空间示意图

　　假设地板总面积为Sfloor，所有墙壁总面积为Swall，则灯具光通量到达的总面积S为：

　　　忽略高度小于1米的地板空间，因此工作面照度水平Ework可看作等于地板照度水平Efloor，即：

　　若高大厂房内灯具总照度为Φ，其维护系数为Kx;工作面(同地板面)由灯具获得的光通量为Φfloor，墙壁由灯具获得的光通量为Φwall，则有：

　　　　则：

　　　通常，工作面照度Ework在现行照明规范GB 50034-2004《建筑照明设计规范》有相应照度要求[2]，因此可以认为Ework为定值。

　　对于层高不同的高大厂房，照明设计一般会针对性的选择配光曲线各异的灯具，通过控制所选灯具的配光曲线通常可以做到墙壁的平均照度相等。即一定高度范围内的高大厂房，经过照明设计之后墙壁获得的照度水平Ewall相等。

　　公式(10)中，对于面积一定、高度不同的高大厂房，建筑空间长度a、宽度b、工作面照度Ework、墙壁照度Ewall为定值，同一类高大厂房的维护系数Kx也应该相同，而高度H是变化的量，那么可以继续写成：

　　　　与 都是定值且都为正数，于是式(11)便是一个Φ与H间的一次函数式。因此可以得到一个结论：对于面积一定、用途相同、高度不同的高大厂房，高度越大，进行照明设计需要的灯具总光通量也越大。

　　3 计算方法总结

　　在高大厂房的照明设计中，使用简化计算公式(10)可以非常方便的进行照明计算。使用公式(10)进行高大厂房照明设计，需要针对设计对象来确定相应的照明参数，把相应参数代入公式(10)便可得到相应的光通量数据。最后根据照明设计对象特点来选择使用灯具的类型和数目，便可完成照明设计，步骤如下：

　　(1) 确定室形空间

　　针对典型的高大厂房，使用简化计算公式(10)，首先需要确定其室形空间，分析出建筑空间长度a、宽度b和高度H。

　　(2) 确定高大厂房照明数据

　　分析高大厂房的建筑类型，可以通过《建筑照明设计规范》得到其维护系数Kx和照度水平Ework。另外，通过对类似成功案例的分析可知，相同类型高大厂房墙壁照度Ewall一般相等，因此Ewall可以选用经验值进行计算。

　　(3)计算灯具总光通量

　　使用已经确定的数据，建筑空间长度a、宽度b、高度H、维护系数Kx、工作面照度Ework和墙壁照度Ewall，代入高大厂房照明设计简化计算公式(10)，便可得到高大厂房使用的灯具总光通量Φ。

　　(4) 确定灯具类型并完成照明设计

　　不同高度的建筑样式使用灯具的配光曲线不同，这一原则在高大厂房的照明设计中同样应该遵循。针对设计对象的高度选择合适的灯具配光曲线，需要注意选用灯具样本的相应数据。一般而言，高度较低时采用宽光束灯具，高度较大时使用窄光束配光的灯具。

　　使用灯具总光通量Φ除以选定灯具的单灯光通量 ，即得到选用灯具的数目n，即：

　　在建筑空间内合理布置计算数目的灯具可以达到规范规定的照度要求。

　　4 结束语

　　使用利用系数法进行照度计算可以得到精确的照明数据，但是需要大量的数据和繁琐的计算过程。因此在建筑电气的照明设计中反而不太常使用利用系数法，设计人员一般根据经验进行估算。这种估算出现的误差通常会比较大。

　　本文提出的简化计算方法在高大厂房中应用，忽略了一些数据的影响，因此也会出现一定的误差，但是这个误差由于高大厂房的建筑特点而基本被抵消。由于工程领域允许出现误差，而且误差也是不可避免的，因此该简化计算方法在工程实践中是具有实用价值的。