高大厂房照明设计功率密度值限制的公式验证

孟坚

摘要：在一些高大厂房的照明设计中，时有功率密度值无法满足规范要求的情况。本文应用高大厂房照明计算简化公式，分析了功率密度值（LPD值）与高大厂房建筑高度的数学联系，得到了二者存在一次函数关系的结论，从而验证了现行照明规范对照明节能指标的限制，无法满足高大厂房的照明设计。

关键字：高大厂房照明计算简化公式，功率密度值，公式验证

Abstract： There are always some contradictory problems between demand of illuminance and LPD value in high and large plant lighting design. This article analyses the mathematics relation between lighting power density （LPD value） and building height with simplified formula of lighting computation on high and large plant， and the conclusion is that there is a function of first degree between them. Therefore， the conclusion verifies that there is limitation for the active lighting standard in lighting energy-saving index， which doesnt satisfy the lighting design of high and large plant.

Keywords： simplified formula of lighting computation on high and large plant， LPD value， formula verification

1 高大廠房照明设计的功率密度值限制

高大厂房是工业建筑的一种建筑形式，是船舶、航空制造等领域不可或缺的建筑样式。高大厂房通常具有面积大、高度高的特点，其单层建筑高度通常在10米以上，比如很多船厂建筑中厂房的高度接近20米，有的可以达到50米，甚至80米。

按照现行照明规范GB 50034-2013《建筑照明设计标准》的规定[1]，高大厂房可以依据机械加工对一般加工的要求，平均照度水平和功率密度值的现行值分别应该达到300lx和11W/m2。通过照明计算软件的仿真计算，高大厂房由于自身特点，并非所有厂房都可以达到相应的要求[2]。

另外，应用高大厂房照明计算简化公式，也可以对该问题进行论证。简化公式体现了高大厂房照明情况的各个影响因素[3]，可以直观地反映其功率密度值的限制情况。

2 简化公式验证过程

高大厂房照明计算简化公式是对利用系数法求解照度水平，在高大厂房中应用的简化。根据高大厂房的特点，简化公式忽略了室空间和顶棚空间的影响[3]，而这两者在利用系数法的求解过程中占用了大量的计算步骤。通过仿真验证，证明了简化公式对室空间和顶棚空间的忽略并不影响高大厂房的照明计算[4]，因此简化公式在高大厂房照明计算中可以简洁、方便和正确的应用。高大厂房照明计算简化公式[3]如公式（1）所示。

现行规范功率密度值对于高大厂房的限制，关键体现在高度上[2]，因此将公式（1）进行整理，视高度为自变量，可以得到公式（2）：

通常，工作面照度在《建筑照明设计标准》有相应照度要求[1]，因此可以认为为定值。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相等[5]。

公式（2）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、墙壁照度为定值，同一类高大厂房的维护系数也应该相同，而高度H是变化的量，那么公式（2）可以继续写成：

与都是定值且都为正数，于是公式（3）便是一个Φ与H间的一次函数式。因此可以得到结论：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。

由总光通量可以求得灯具数目。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：

对于既定灯具，光通量与功率p皆为定值，即其比值、灯具光效为定值，如公式（7）所示。相同建筑面积S的高大厂房，使用灯具数目越多，则灯具的总功率P越大，相应的功率密度值LPD也越大，如公式（8）所示。

将公式（1）、公式（6）和公式（7）代入公式（8）可以得到建筑高度与功率密度值的关系，如公式（9）所示。对于建筑面积一定的高大厂房，建筑高度越大，则其照明设计所需要的灯具总光通量越大，需要的灯具数目越多，使得功率密度值越大。

与都是定值且都为正数，于是公式（10）便是一个LPD与H间的一次函数式。即对于层高足够高的高大厂房，功率密度值将无法满足现行照明规范的要求。

3 结束语

以GB 50034-2013《建筑照明设计标准》对功率密度值的限制要求，某些高度的高大厂房经过严格的照明设计仍无法满足[2]，是有其内在原因的。于高大厂房照明设计中应用更为合理的照明产品的研发，可以部分解决相应的矛盾[2]。如果彻底界定高大厂房的照明节能要求，则可以从根本上化解功率密度值的限制情况。

参考文献

[1] GB 50034-20013 建筑照明设计标准[S].

[2] 李鹏，张晓明，周宏. 高大厂房照明设计的功率密度值限制[J]. 光源与照明，2013，36（2）：29-32.

[3] 李鹏，高小平，周宏. 高大厂房照明设计的简化计算[J]. 电气应用，2014，18期（396）：29-31

[4] 李鹏. 高大厂房照明计算简化公式的仿真验证. 2014年中国照明论坛论文集，杭州：2014年9月：309-313

[5] 李鹏，张晓明，周宏. 高大厂房墙壁照度值研究[J]. 现代建筑电气，2013，4（12）：9-12.