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单位容量法快速计算照度的研究

摘　要：照度计算是实现建筑光环境设计总体构想的重要手段。采用单位容量法计算,能较好平衡准确度与简便度,为照度计算的实际运用加大了可操作性。

关键词：照度计算 单位容量 利用系数 光通量

Research On Unit Capacity Method Of Quick Illuminance Calculation
                              Fu Min
Abstract: The illuminance calculation plays an important role in the whole conception of the architectural light environment.It can easily balance the accuracy and convenience,and make the maneuverability of illuminance calculation in pratice more than ever.
Key Words: illuminance calculation, unit capacity,utilization coefficent,luminous flux

一、照度计算基本方法简介及比较

　　照明计算是照明设计的重要内容,照度计算又是照明功能效果计算的重要组成部分。照度计算的目的是根据所需要的照度值,结合其它已知条件(如照明器型式及布置、房间各个面的反射条件及污染情况等)来决定灯泡的容量或灯的数量。
　　照度计算方法有利用系数法和逐点计算法(包括平方反比法、等照度曲线法、方位系数法等) 两大类,利用系数法用于计算平均照度与配灯数,逐点计算法用于计算某点的直射照度。现将这两种计算方法的特点及使用范围对比如下:

    特   点   适 用 范 围
利用系数法 利用系数计算 此法考虑了直射光及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 计算室内水平面上的平均照度,特别适用于反射条件好的房间
查概算曲线 一般生产及生活用房的灯数概略计算
逐点计算法 平方反比法 此法只考虑直射光产生的照度,可以计算任意面上某一点的直射照度 采用直射照明器的场所,可直接求出水平面照度
等照度曲线法方位系数法
使用线光源的场所,求算任意面上一点的照度

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以上这两种计算方法,各文章都介绍的较多了,这里不再复述。从实际使用效果来看,以上两种方法都存在计算繁琐，建筑专业条件众多，适用范围较小等不足之处，主要体现在：

利用系数法：

1.对众多不同光照特性的控照器，仅仅靠顶棚空间比CCR中的hcc简单划分成两种形式是远远不够的。
2．现有顶棚有效光反射比ρcc曲线不能满足当代建筑丰富多彩的室内装饰材料，而且维护系数的分类较粗糙。
3.它假设了工作面上所有计算点的照度均相同，无法满足一些特殊场合照度的计算。

逐点计算法：其计算结果仅为最小照度值，仅适用于大面积、高净空、维护结构反射比较低的室内空间。
　　在缺乏专门照明设计软件的条件下，以上方法很难做到高精确度。随着照明技术的发展、电子计算机的应用和建筑装饰的深入,照度计算已被人们广泛关注并为科学工作者所研究。从研究动向来看,照明计算主要向两个方面发展,其一是力求简单迅速,经常是将计算好的在各种可能条件下的结果编制成图表、曲线供设计人员查用,其二是力求准确。由于各种参数的不精确,计算结果有+20%至-10%的误差是允许的。针对非研究场合及一般施工设计,真正实用的方法应该是简便易算且有较高准确度的,比较而言,现推荐一种单位容量法或称为简化版利用系数法。

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附表1
室形指数   RI   直接型配光灯具 半直接型配光灯具 均匀漫射配光灯具 半间接型配光灯具 间接型配光灯具
S<0.9h S<1.3h
0.6   5.38 5.00 5.38 5.38 7.78 8.75
0.8   4.38 3.89 4.38 4.24 6.36 7.00
1.0   3.89 3.41 3.68 3.59 5.39 6.09
1.25 3.41 2.98 3.33 3.11 4.83 5.00
1.5 3.11 2.74 3.04 2.86 4.38 4.83
2.0 2.80 2.46 2.69 2.50 4.00 4.38
2.5 2.64 2.30 2.50 2.30 3.59 4.89
3.0 2.55 2.30 2.37 2.19 3.33 3.68
3.5 2.46 2.12 2.30 2.11 3.18 3.33
4.0 2.37 2.06 2.22 2.03 3.04 3.33
4.5 2.35 2.02 2.17 1.99 2.98 3.26
5.0 2.33 1.97 2.12 1.94 2.92 3.18
附注:S为灯具间距,h为灯具安装高度

                直接型照明器允许距高比分类
分类名称     距高比s/h
特狭照型 S/h≤0.5
狭照型(深照型,集照型)     0.5<S/h≤0.7
中照型(扩散型,余弦型) 0.7<S/h≤1.0
广照型 1.0<S/h≤1.5
特广照型 1.5<S/h

附表2
ρC     0.7   0.6   0.4
ρW     0.5   0.4   0.3
ρf     0.2   0.2   0.2
C1     1   1.08   1.27

附表3
灯具效率   0.7   0.6   0.5
  C2   1   1.22   1.47

　　通过以上表格能进行计算的第一步:查出φ0, C1, C2,第二步代入所需照度E及房间面积A,第三步选择合适的光源及其光通量。最后得出布灯数量。

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三、单位容量计算法设计实例

　　某厂房的尺寸为:宽X长X高=20mx50mx8m,顶棚反射比ρC=70%,墙面反射比ρW=50%,地板反射比ρf=20%,采用150W金属卤化物灯宽光束块板面照明灯具,光源光通量10809lm,灯具效率72.9%,现要求室内地面平均照度为100lx,试求室内布灯数?

第一步:求室形指数RI=W* L/H*(W+L),代入W=20m,L=50m,H=8m,得出RI=1.78。照明灯具为宽配光金卤灯,属于中照型灯具, 距高比S/h<1.0,查表1得出单位容量光通量最接近数值φ0=2.8。据灯具效率及各反射比可知修正系数C1,C2均为1。

第二步:要求照度标准E=100 lx,厂房面积A=1000m2。

第三步:光通量φ为10809lm,代入公式计算出灯具数量为N=E*A*φ0*C1*C2/φ=25.9<个>。

　　利用系数法首先要计算室空比、顶空比及地空比,再计算顶棚、墙面、地板有效反射比,确定利用系数加上维护系数。此法计算准确度虽较高,但步骤很繁琐,除非用计算机编程辅助计算,否则工作量很大。而单位容量法的计算结果与采用利用系数法结果(25个)相当接近,但计算步骤要简便许多。在实际设计中常常是灯具并不确定,需要不断计算调整型号及位置以达到满意的效果,此法手工计算花费时间较短,因此在实际中有较广泛的运用前景。



参 考 文 献
【1】．俞丽华 朱桐城 编.《电气照明》. 同济大学出版社,1999年.
【2】．詹庆旋 编.《建筑光环境》.清华大学出版社，1996年.         　　
【3】．赵振民 编.《照明工程设计手册》.天津科学技术出版社，1990年

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二、单位容量计算法的概念及步骤

　　单位容量法适用于均匀的一般照明计算,它主要计算每单位被照面积所需的灯具安装功率: W=P/S   P-全部灯具安装功率,瓦; S-被照面积,米2
或直接计算灯具数量N=E*A*φ0*C1*C2/φ,单位容量W决定于下列各种因素:需求照度E,房间面积A,单位面积每LX光通量φ0,修正系数C1、C2,照明灯具光通量Φ。

  我们给出一套速查表格以便使用。表格相关说明如下:

1. 室形指数RI=W* L/H*(W+L) W-房间宽; L-房间长, H-灯具至工作面高度,并据此室形指数结合灯具配光类型查表得出φ0。见附表1。

2. 室内顶棚、墙面及地面的反射系数分别为ρC、ρW、ρf,根据实际环境不同可加系数C1修正。见附表2。

3. 各灯具效率不同, 可加系数C2修正。见附表3。

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这里的方法不妨试一试。