一汽红旗工业厂房照明光环境的改造与评价

阮 程，黄耀伟，汪 洋，2

(1.长春希达电子技术有限公司，吉林 长春 130103；2.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130103)

引言

工业厂房环境对员工的身心健康具有很大影响，其中光环境作为重要的工厂工作环境要素之一，对营造人性化的、有益于员工身心健康发展的工作环境至关重要。由于国内目前没有系统完善的衡量和评价大空间工业厂房光环境优劣的体系，基本无法对工业厂房光环境进行全面评价[1-4]。

本文以中国第一汽车集团公司红旗M焊装车间(以下简称一汽红旗M焊装车间)为例，依据GB/T 51268—2017《绿色照明检测及评价标准》的设计、检测和评价标准，尝试设计工业建筑绿色照明评分表，从照明质量、照明节能、照明控制、照明环保和运维管理五个方面联合一汽红旗相关人员对厂房照明环境进行全方位检测评估，并制定人员视觉舒适度调查问卷对员工进行灯具使用情况的主观评价，对检测评估和主观评价中存在的问题进行逐一改善，确保实现最优质的工业照明光环境设计，并为后期工业厂房光环境优化设计提供参考。

1 一汽红旗工业厂房照明情况

一汽红旗M焊装车间原先采用450 W金卤灯作为主要照明光源，经过现场照明效果勘查，对比GB 50034—2013《建筑照明设计标准》，具体数据如表1所示。从对比的7项基本指标中可以看到，原有车间照明指标是不合格的，这将会给长期工作在此车间内的员工造成诸多不利影响。

表1 车间原有照明灯具参数指标与国家标准对比表

为实现工厂绿色、智能、安全、舒适的照明光环境的目标，我们对原有厂房进行全面的照明改造，保证照明质量的同时，提高人员的视觉舒适度和心理满意度，降低失误和事故的发生几率，改善工作质量。

根据现场勘查所得数据，通过DIALux照明设计软件模拟，采用240 W LED工矿灯替换450 W金卤灯，工作面的平均照度为631 lx，均匀度为0.82，如图1所示。

图1 照度模拟及伪色表现图Fig.1 Computation of illumination simulation and the illumination simulation map

本次改造方案采用希达公司自主研发的汽车厂房照明专用的低眩光深罩型可调光单光源LED工矿灯对原有金卤灯进行替换，并应用车间智能照明无线调光系统，实现项目照明功能按需分配和控制。

1)低眩光深罩型可调光单光源LED工矿灯。产品主要采用相变散热技术，均温性优越，散热器表面温差在±2 ℃以内；采用大功率COB光源，光学特性好，接近点光源，易于二次配光，消除光影虚化现象；透镜反光杯一体化非成像光学设计技术，实现精准配光，有效地减少眩光并提高出光效率，整灯最高光效达到130 lm/W，且使用显色指数大于80的高光效、高显色性的光源，营造绿色、智能、健康、舒适的工作环境。产品重量轻、安全性高。

图2 240 W工矿灯Fig.2 240 W high bay

图3 车间区域智能控制方案Fig.3 Intelligent control scheme in the workshop

2)厂房智能照明无线调光和监控系统。该项目在厂房、仓库区域使用智能照明技术，实现项目照明功能按需分配和控制，并根据环境变化和昼夜更替智能调节，满足工厂不同工作区域和工作需求的照明设计要求，同时避免工作区域的照度由于昼夜变化过高或过低，影响工作人员的工作效率、工作安全及健康[5-7]。通过智能照明技术提高员工舒适度和工作满意度，预防员工疲劳，减小出错和意外事故的发生几率，提升生产效率和工作质量。在LED照明产品节能50%的基础上，进一步降低工厂能耗20%～30%，降低单位制造能耗，实现绿色制造和节能减排。

照明改造前后现场对比如图4所示，可以看出改造后的照明环境照度有明显提高，光分布均匀，无不舒适眩光。改造前后实测数据对比如表2所示，参考平面及高度为0.75 m水平面，按改造后平均照度800 lx计算，最高提升216%，照度均匀性提升25%，眩光指数降低22.7%。一汽红旗M焊装工厂共采用369盏240 W LED工矿灯替换原有450 W金卤灯，按灯具日工作时间16 h、每年365天计算，年节能总功耗为538 740 kW·h。

图4 照明改造前后现场对比Fig.4 Comparison before and after lighting renovation

表2 照明改造前后参数和标准值对比

2 工业厂房照明光环境的评价方法

对于改造后车间光环境的检测和评价是衡量本项目成功与否的关键，系统全面的设计车间光环境检测和评价方法是评估照明系统优劣的核心，因此我们结合GB/T 51268—2017 《绿色照明检测及评价标准》、GB 50034—2013《建筑照明设计标准》和GB 50033—2013 《建筑采光设计标准》设计《工业建筑绿色照明评分表》，如图5所示，并分别从照明质量、照明节能、照明控制、照明环保和运维管理五个方面对照明环境进行检测和评价。照明质量和照明节能部分主要包括光学参数、建筑采光和节能指标的测量，排除其中一些对于原厂不可控项(既有采光系统和窗户类型)的改造，我们对现场工作区域的平均照度、色温、显色指数、频闪比和眩光指数进行测试，通过均匀选取空间点位进行照度测试，经过测试计算，工作面平均最高照度约为850 lx，灯具照度智能可调，满足客户600 lx平均照度需求，色温4 206 K，显色性R9为16，采用成像亮度计测试厂房内眩光指数UGR为17，相比于GB 50034《建筑照明设计标准》中对眩光限制的规定，有效提升了对眩光的控制。项目采用的240 W低眩光深罩型可调光单光源LED工矿灯替换传统450 W金卤灯，经过计算，产品效能提高46.7%。照明控制是对灯具智能控制的评价，主要包括厂房不同区域、不同工位、不同工作时间的照明智能控制。照明环保是对绿色照明的评价。运维管理是我们联合一汽红旗安全环保部门相关人员进行能源资源的管理及照明设计的定期检查和维护。加分项是项目实施中是否合理利用所处环境、资源和场地特征进行照明改造。

图5 工业建筑绿色照明评分表Fig.5 The evaluation form of green lighting for industrial buildings

对以上各项指标进行综合检测评估，具体得分值如表3所示，照明质量、照明节能、照明控制、照明环保、运维管理及加分项六部分加权得分分别为98.46分、100分、100分、100分、90分、5分，按照标准提出的绿色照明评价算法[8]，计算出绿色照明总得分为103.5分，绿色照明等级为三星级。

表3 人员满意度问卷调研汇总

3 工业厂房照明光环境的满意度调研

本次照明改造项目实现厂房基础照明的同时，更重要的是提高员工的工作效率，心理、生理和情绪的满意度。因此为检测员工对改造后光环境满意的程度，分别从视觉执行度(亮度、频闪)，视觉舒适度(光芒、反射、对比度)和视觉氛围性(颜色、照射方向、灯具布局)三个方面对工作人员进行灯具使用满意度问卷调查，图6是调查问卷现场测评情况，其中满意度分为非常不满意、不满意、一般、满意、非常满意五个等级。一期共发放问卷50份，参考表3对照明质量评价满意及以上的有45份，人员视觉体验和心理感受综合满意度大于90%，其中对工作区照明不满意最高的因素是日光不够，因此在工业厂房建筑设计过程中需要考虑充分引入天然光，提高人员对室内采光需求。

图6 一汽红旗员工视觉舒适度调查问卷现场测评图片Fig.6 Pictures of the questionnaire survey

4 结束语

一汽红旗工厂照明改造项目采用低眩光、深罩型可调光单光源240 W LED工矿灯替换传统450 W金卤灯，在照明质量、照明节能、照明环保方面都有极大提高，本项目引入工业照明智能控制技术，针对不同时间、区域、作业需求同时设置自动和手动两种控制方式，提高操作效率的同时降低能耗，节约用电成本，增加灯具使用寿命。本项目引入工业人本照明设计理念，240 W工矿灯的色温是4 000 K，显色指数大于80，相比于传统金卤灯(色温6 000 K，显色指数60～70)，能够为使用者提供更加舒适的工作光环境，降低工作疲劳度，减少事故的发生几率，较高的显指利于提高焊接的精准性，增加产品良品率。依据GB/T 51268—2017《绿色照明检测及评价标准》，我们设计了系统全面的检测和评价方案对照明改造后的光环境进行评估，并通过问卷调研方式了解员工主观体验和感受，总结照明改造的不足，在下一步的工业厂房照明改造过程中提出以下建议：

1)大空间工业照明设计需要与建筑采光相结合，充分利用天然光的同时，通过室内光源照度调节保证不同区域的恒照度需求；

2)大空间工业照明设计需要根据不同区域，不同工位进行特定的灯具光学性能(照度、显色、频闪、眩光)设计；

3)照明控制设计尽量方便简单，集成化、智能化。

结合以上建议，综合照明质量、照明节能、照明控制、照明环保以及运维管理各分项的标准，改进照明设计中存在的问题，可以为未来大空间工业照明设计提供参考。