别 睿，高 燕，姚 雯

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

发电厂集控室作为发电厂的生产控制中心，其不间断工作性质决定了需为值班人员提供优质的照明质量以及舒适愉快的光环境。室内照明设计需要考虑多方面的因素，而达到基本的照度要求需考量多方面的内容，不同的空间形式、不同的灯具配光、室内各表面有效反射率的差异都会影响室内照明一般照度的计算结果。如何快速且科学化地完成照明设计将是设计工作人员所面临的关键问题。

在具体的照明设计中，通常是借助以往设计经验来估算灯具数量和布置方式，常用的照度计算方法无法对照明设计结果进行检验。目前已被建筑行业广泛应用的DIALux照明设计软件，可相应地解决上述问题，为实际照明方案提供准确的照明指标，并作出相应的评价。

本文首先对常用照度计算方法进行了分析和比较，然后对DIALux照明计算软件的特点进行了介绍。并以某2×350MW燃煤机组工程集控室照明设计为例，通过采用DIALux照明计算软件对三个方案分别进行照度计算，并技术经济比较后得出最优方案，为同类照明方案的确定和优化提供了参考和借鉴。

1 常用照度计算方法分析

1.1 利用系数法

利用系数法计算比较准确，考虑了由光源直接投射到工作面上的光通量和经过室内表面相互反射后再投射到工作面上的光通量。其计算公式为：

式中：Ec为工作面平均照度(lx)；φ为光源光通量(lm)；N为光源数量；CU为利用系数，取决于室形指数和房间反射情况；K为灯具维护系数；A为工作面面积。

1.2 逐点计算法

逐点计算法是指逐一计算附近各个光源对照度计算点的照度，然后进行叠加，得其总照度的计算方法。

图1 逐点计算法计算示意图

逐点计算法利用距离平方反比定律(又称“照度定律”)：

任意倾斜面上的照度Eδ可以按下式(3)进行计算：

式中：E为照度计算点的水平照度；Iα为灯具照射方向的光强；l为光源与被照射点的距离；α为入射光线与垂直方向的夹角；δ为倾斜面与水平面的夹角；h为光源至水平面上的垂直距离；p为光源在水平面的投影至倾斜面与水平面交线的垂直距离。

1.3 单位容量法

单位容量法的依据也是利用系数法，是一种简单的计算方法，只适用于方案设计时的近似估算。其中照明光源的比功率值，是指单位面积上照明光源的安装功率，根据下式(4)进行计算。

还可以根据此方法，计算出灯具的数量，根据下式(5)进行计算：

式中：P0为光源的比功率；N为灯数；PN为每灯的额定功率；E为需求照度；A为受照房间面积；C1,C2为修正系数；φ为照明灯具光通量。

1.4 常用计算方法比较

根据前述对常用照度计算方法的分析，可以得出上述方法之间特点比较如表1所示。根据表中内容可以看出三种方法均有一定局限性：利用系数法及单位容量法无法反映具体照度分布，无法为方案优化提供参考；逐点计算法则只能计算直射照度，且每次只能计算某点照度。这些局限性限制了这些方法的深度应用。对于照明要求较高的场所，亟需一种简便灵活、准确专业、计算速度和精度均能满足要求的方法。

表1 常用照明计算方法特点比较

2 仿真案例研究

2.1 主要评价指标

根据DL/T5390－2014《发电厂和变电站照明设计技术规定》相关要求，得到集控室照明评价指标见表2。仿真建模中所设定的工作面为室内空间0.75 m水平面(办公桌高度)；根据规范中所推荐参数，选取集控室维护系数为0.8。另外，为便于统一判定UGR值，选取值班组人员座位处为眩光值检测点，方向选择面对电视机墙。

表2 集控室照明评价指标

2.2 方案特点分析

本文主要采用DIALux照明计算软件，该软件使用精确的光度数据库和先进专业的算法，计算结果十分接近于实际照明效果。以某2×350 MW燃煤机组工程集控室(长19.4 m×宽10.7 m×高4 m)为计算对象；并基于实际光源配光曲线信息，构建仿真环境。提出如下三个照明设计方案进行案例分析：

方案一：选用荧光灯光源(三管格栅灯具)，灯具布置采用图2布置方式；

方案二：选用LED光源(三管格栅灯具)，灯具布置采用图2布置方式；

方案三：选用LED光源(二管格栅灯具)，灯具布置采用图3布置方式。

根据规范中对功率密度的要求以及房间面积大小，通过单位容量法计算初步确定选用表3规格的格栅灯和筒灯，结合室内空间分布特点，最终确定布置方式一的灯具数量见表3。方案一与方案二主要比较相同布置方案下，不同光源对照度分布的影响；方案二与方案三主要比较在光源相同情况下，不同布置方式对照度分布的影响。

图2 布置方式一

图3 布置方式二

表3 方案布置及参数

2.3 方案技术比较

2.3.1 方案一

根据前述确定的方案，完成对方案的DIALux照度计算，得到其灯光模拟伪色图及照度等值线结果分别见图4和图5。照明指标计算结果见表4。

图4 方案一照度伪色结果图

图5 方案一照度等值线结果图

表4 方案一照明指标计算结果

在伪色效果图上可看出办公桌方向上有明显光带，光带间照度较弱，部分区域照度明显集中的情况。从等值线图可看出工作台附近的照度在560 lx以上，通道区域照度也在400 lx以上，平均照度为550 lx，满足规范规定。根据计算结果，均匀度为0.639，统一眩光值以及功率密度值均满足要求。

2.3.2 方案二

为比较荧光和LED光源效果，采取与方案一相同布置方式，并完成方案二的DIALux照度计算，可得到其灯光模拟伪色图及照度等值线结果分别见图6和图7。室内空间有关照明指标计算结果见表5。

图6 方案二照度伪色结果图

图7 方案二照度等值线结果图

表5 方案二照明指标计算结果

根据伪色图发现，由于本方案采用光角更宽的LED灯，照度区域更为柔和，且不存在方案一中部分区域明显集中的光带情况。集控室工作面最大照度为583 lx，较方案一其最大照度得到了良好地控制，从等值线分布情况可知整体均匀度更为良好。均匀度U0经过计算为0.664，满足规范要求；功率密度值仅为方案一的1/2；另外，观测点1和点2处UGR均为12，满足规范要求。

由上可知，方案二以方案一功率密度值的1/2，基本上实现了方案一的照度水平，且部分照明指标更为优良。

2.3.3 方案三

为进一步深化比较布置方案对照明的影响，考虑将灯具布置方案调整为纵列布置，单个灯具功率与方案二相同。根据仿真计算，得到方案三灯光伪色结果图和等值线结果图见图8和图9。室内空间各部分区域的有关照明指标计算结果见表6。

图8 方案三照度伪色图

图9 方案三照度等值线结果图

表6 方案三照明指标计算结果

根据伪色图可看出，在集控室内经常办公的值班员和值长工作台处，其照度范围均比较均匀。其控制电视墙上的区域无前述方案的明显光带区域，利于值班人员观测电视机屏幕上相关信息。

根据等值线结果可知，值班人员工作台照度主要集中在540 lx～640 lx之间。且工作面平均照度为552 lx，较方案二的整体光照有了更好的提升；均匀度、眩光值均满足要求。功率密度值得到了更好地优化，仅为6.97 W/m²。方案照度分布呈现出自室内中心往四周的环形辐射状特点。

方案三采用了多纵列的布置方式，使得灯具间距更小，且在格栅灯具之间布置有筒灯补充此部分光照；光照分布相对更为均匀，有助于提升运行人员视觉舒适度。

2.4 方案经济比较

结合上述三个方案，并综合灯具及安装调试费用，进行全寿命周期内经济性评价比较。经济评价主要从初期投资费用、后期维护费用以及长期用电费用三方面来进行分析。

2.4.1 初期投资费用分析

集控室的照明初期投资费用主要由选择的灯具市场价决定，初期投资费用计算结果如表7所示。根据结果可知，方案一与方案二均为三管格栅灯具，灯具单价较为接近，总费用差异不大；而方案三则总费用相对较低。

表7 初期投资费用计算结果

2.4.2 后期维护费用分析

集控室照明在正常使用之后，后续使用中存在后期维护费用。本文仅考虑正常使用过程中，因自然寿命因素所致的灯具或灯管更换所需费用。考虑可能的集控室另外翻新，整体照明方案重新设计，因此评价周期按10年进行分析。集控室工作时间按全年每天24小时不间断工作考虑，总周期时长87600 h。

方案一均为荧光光源，平均寿命为8000 h；方案二、三为LED光源，平均寿命为40000 h。但LED光源灯具采用的是一体化设计，需整体更换，因此单次维护费用即为单个灯具总费用。得到后期维护费用计算结果见表8。

虽然LED灯具单次更换费用高，但是其寿命更长，在计算评价周期内，其更换次数较荧光灯显著减小，因此采用LED光源方案较荧光灯多支出的费用已控制在1万元左右；方案二与方案三费用比较接近。

表8 后期维护费用计算结果

2.4.3 长期用电费用分析

集控室照明用电单价按发电厂上网电价为0.3250元/kWh(发改价格【2015】748号文)计算。为便于分析，总工作时间按计算周期87600 h考虑。长期用电费用计算结果见表9。

根据表中计算结果，全荧光灯的方案一由于功率较高，而方案二和方案三的功率一致且均较低，总用电费用差异明显。初期投资费用差异较小，而后期维护费用方案间差异在1万元左右，而用电费用在长周期内影响更大，LED灯的效益优势明显。

2.5 综合分析

结合前述三个方案的技术经济比较结果，进行综合性分析，见表10。

表9 长期用电费用计算结果

表10 方案综合分析比较结果

总地来说，上述三种方案的特点可归纳如下：

(1)方案一采用荧光灯，照度与均匀度满足规范要求，但部分空间照度过强并存在明显光带，视觉舒适度欠佳，且长期用电费用高昂。

(2)方案二以方案一的1/2的功率密度值，实现了更良好的照度分布，虽然初期设备费用及后期维护费用较高，但长期用电费用较方案一具有明显优势。

(3)方案三整体照度有了更好的提升，视觉舒适度更优，且初期投资和后期维护费用均更低，具有室内照明整体质量、节能环保特性以及综合费用多方面的明显综合性优势。

3 结论

(1)常用的照度计算方法，如利用系数法、逐点计算法与单位容量法，不便于设计人员掌握室内空间照明情况。

(2)方案一存在灯下部分空间照度过强并存在明显光带，方案二则采用方案一的布置方式，其空间内照度分布更良好，长期用电费用较方案一具有明显优势，但方案二初期费用和后期维护费用最高。

(3)方案三整体照度有了更好的提升，视觉舒适度更优，且初期投资和后期维护费用均更低，基本上实现了满足集控室照明要求前提下，照明质量在兼顾经济性基础上最优化。建议选择方案三作为最终方案。