DIALux软件在照明优化中的应用及其精度验证

DIALux软件在照明优化中的应用及其精度验证摘要：针对以往火力发电厂与变电站的电气照明设计过程中,单纯依赖设计经验或手工粗略计算导致照明指标少、效果差、精度低的问题,以某火力发电厂主控室为例,介绍了运用DIALux软件建立三维仿真模型,进行多种照明方案仿真分析,优化照明设计的方法,并且通过比较实测值与仿真值的方法对软件的计算精度进行了验证。

研究结果表明:DIALux软件简单易用,建模符合真实场景,具有较高的计算精度,可快速准确地计算各项照明指标及帮助设计人员提高工作效率。

关键词：DIAlux;照度计算;照度优化;仿真验证
火力发电厂与变电站作为电网的重要组成部分,关系到国民生产，意义重大,而火力发电厂和变电站的建筑种类复杂,对照明要求较高,所以准确、规范、科学地对其进行照明设计显得尤为重要[1-2]。

在以往的照明设计中,灯具的布置方案主要依赖于设计人员的个人设计经验和粗略的手工计算,由于个人经验差异较大,粗略的手工计算仅仅能够估算房间的平均照度,对房间特定点的照度或形状不规则房间的照度很难估计;此外,手工估算没有考虑到房间内设备布置位置的特殊性,对统一眩光值、显色系数、色温、照明均匀度等指标也难以反映[3-6]。

由此可见,传统的照明设计流程已经越来越难以满足日益增高的照明需求。

随着计算机技术的发展与应用,各类照明软件的出现使软件计算照度成为现实,因此采用这些软件,设计人员能够根据照度计算结果,方便地修改照明方案。

2007年7月,国家正式发布新版《DL/T 5390-2007 火力发电
厂和变电站照明设计技术规定》[7],对火力发电厂和变电站的照明功率密度值等其他参数有了明确的要求。

所以为了更方便、更有效地进行照明设计,利用照明软件进行辅助设计的方法已经越来越多地被设计人员运用。

本文结合实例,运用DIALux软件建立了三维仿真模型,分析了多种照明方案,优化了照明设计方法,通过比较实测值与仿真值的方法验证了软件的
计算精度。

1 DIALux软件简介
DIALux是由德国DIAL GmbH公司所开发的一款专业用于照明分析计算的辅助设计软件，已在全球范围内获得了广泛的认可与应用。

该软件功能强大,可以进行室内、室外、道路照明等各种场合和类型的照明设计,用户可免费从DIALux的官方网站下载到该软件的最新简体中文版。

DIALux拥有简单便捷的工作界面,支持鼠标拖拽,易于入门并迅速应用于设计实践。

软件支持与AutoCAD、Microstation的交互,可通过载入DWG或DXF文件导入房间尺寸信息,避免了手工输入的繁琐和误差。

国内外主流灯具厂家基本都与DIALux合作发布了灯具库插件,目前已有200多款灯具库插件发布。

国外已发布灯具库插件的厂家包括Philips、OSRAM、BEGA、iGuzzini等,国内厂家包括雷士、上海亚明、三雄极光、史福特等。

用户可以通过厂商的官方网站免费下载到灯具库插件,并且可以根据产品系列、产品编号、安装方式、光源等不同类别对所需的灯具进行查找、添加和布置。

DIALux软件带有立方体、圆柱灯标准组件,以及家具、车辆等室内室外场景元素,更能导入.sat格式的对象文件,方便设计者模
拟更加逼真的现场环境。

DIALux软件还能提供强大的报表生成功能,所生成的报表将以PDF文件形式保存计算结果。

在进行报表生成前可以完善设计方案的信息,使得生成的报表更加规范美观。

生成的报表内容包括设计案封面、照明器具表、灯具资料表、输入协定、照明位置图、3D效果图、伪色表现图、各个空间表面的等照度图、灰阶等照度图、点照度图等几十项表单内容,用户可以根据自身需要自主选择生成PDF的内容。

2 照度计算分析
利用DIALux软件不仅可以进行照度计算,使设计人员对所布置的照明方案的效果有直观明确的了解,而且还可以帮助设计人员优化灯具布置,
合理选择灯具数量。

同时在提升运检人员使用舒适度,实现节能经济环保。

以某工程主控室为研究对象,该房间几何尺寸为10.12m×19.68 m×4.6 m。

在DIALux中设置参数时,根据《DL/T 5930-2007 火力发电厂和变电站照明设计技术规定》中规定,主控室的照度维护系数设定为0.7,工作面高度设定为0.75 m。

天花板选择为标准天花板,反射系数为70%,墙壁选择为标准墙壁,反射系数为50%,地板选择为标准地板,反射系数为20%。

2.1 初版照明设计方案
方案一:选择iGuzzini 5096 BOS range ceiling luminaires 1×100W 作为直流常明灯,共3盏,其排列如图1中的1号灯具;雷士 NDL482/1×36W T8 电感平盖支架荧光灯作为屏柜的照明灯具,共27盏,其排列如图1中的2号灯具所示;雷士NDL483/2×36W T8 电感平盖支架荧光灯作为C字形工作台的照明灯具,共有4行4列16盏,其排列如图1中的3号灯具所示。

图1 灯具布置方案一(单位：m) Fig.1 Lighting layout plan A
将初版的灯具排列方案导入到DIALux中,通过计算得到了方案一的照度计算报表，如表1所示。

从表1的计算数据可以看出,方案一的照明功率密度为14.28 W/m2高于《DL/T 5930-2007 火力发电厂和变电站照明设计技术规定》中所规定
的照明功率密度的最大值13 W/m2;平均照度达到423 lx,也与规定中所规定的主控室的照度标准值300 lx相差较大,一定程度上造成了电能的浪费。

2.2 照明设计方案的优化
方案二:将3号灯具减少为4行3列,共12盏,相比方案一减少了4盏雷士NDL483/2×36W T8 电感平盖支架荧光灯。

其他照明设备数量和位置
与方案一一致。

重新布置后的灯具排列方式如图2所示。

将方案二的灯具排列方案导入到DIALux中,通过计算得到照度计算报表，如表2所示。

两方案的数据对比如表3所示。

表1 方案一的照明报表
Tab.1 Plan A’ lighting report forms
表面ρ/%平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx最小照度/平均照度工作面/4231986830.468地板20306285870.091天花板703381535450.453墙壁(4)50347148649/
灯具表
编号数量名称(修正系数)Φ(灯具)/lmΦ(光
源)/lmP/W13iGuzzini5096BOSrangeceilingluminaires1×
100W8481380100.0227NVCNDL4821×36WT8电感平盖支架
(1.000)2870330042.7316NVCNDL4832×36WT8电感平盖支架
(1.000)5341660087.0总数1654921988402844.9实际效能
值:14.28W/m2=3.37(W/m2)/100(lx)(面积:199.16m2)
表2 方案二的照明报表
Tab.2 Plan B lighting report forms
表面ρ/%平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx最小照度/平均照度工作面/3601905420.527地板20261234740.088天花板702921344660.459墙壁(4)50309126629/
灯具表
编号数量名称(修正系数)Φ(灯具)/lmΦ(光
源)/lmP/W13iGuzzini5096BOSrangeceilingluminaires1×
100W8481380100.0227NVCNDL4821×36WT8电感平盖支架(1.000)2870330042.7312NVCNDL4832×36WT8电感平盖支架(1.000)5341660087.0总数1441271724402496.9实际效能值:12.54W/m2=3.48(W/m2)/100(lx)(面积:199.16m2)
图2 灯具布置方案二(单位：m)
Fig.2 Lighting layout plan B
通过对比数据可以看出,优化灯具排列后,照明功率密度由14.28
W/m2降低为12.54 W/m2,满足了《DL/T 5390-2007 火力发电厂和变电站照明设计技术规定》中对照明节能的要求。

平均照度虽然降为360 lx,但依然符合规定中对照度的要求。

此外,方案二照度均匀度由0.468升高至0.527,提升了运检人员的照明使用舒适度。

由此可见,照度计算软件可作为设计人员在照明设计时的辅助,在保证照明质量的同时实现节能增效目的。

3 软件精确度验证实验
为检验DIALux软件照度计算结果的精确度,分析DIALux对真实的照明环境的模拟水平,本文选取一真实办公室为研究对象进行了DIALux照度计算及实测验证。

具体的验证步骤:首先,依据真实的空间环境,在DIALux 中搭建三维仿真模型,输入维护系数、反射系数等参数,导入灯具,计算软件得到照度模拟值;其次,在尽量减小外界干扰因素的情况下,对办公室的照度情况进行实测;最后,将软件模拟值与实测值进行比较,验证软件精确度。

表3 方案一与方案二照明指标对比
Tab.3 Lighting index contrast Plan A and Plan B
方案总光通量/klm总功率/kW照明功率密度/(W/m2)平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx最小照度/平均照度最小照度/最大照度方案一165.52.8414.284231986830.4680.290方案二
144.12.512.543601905420.5270.351
3.1 软件计算
利用实际数据对办公室空间环境进行建模,经测量，办公室几何尺寸为12.6m×3.25 m×2.39 m。

照明布置方案包括5盏T8高效节能荧光灯管,每盏灯光通量为2400 lm,安装在靠门侧的墙壁上,安装高度为2.2 m。

根据DIALux软件范例提示,本办公室年使用率较低,为相对干净的空间,故取灯具维护系数取0.8。

桌、椅、柜子等家具直接从DIALux自带的家具库中拖取。

空间环境建立完毕后,在DIALux中插入高度为1.2 m,5行3列共15点的测量网格,网格与房间的相对位置如图3所示,通过DIALux计算可得到网格上15个测量点的照度计算模拟值。

图3 房间与测量点布局
Fig.3 Room and measurement point layout 3.2 现场实测
为了避免外界因素的影响,照度实测的测量时间选定为晚上7：30时,将室外光源对房间照度的影响减小到最低。

测量时,对每个测量点进行三次测量,取三次结果的平均值为照度实测值。

仿真数据和实测数据的对比如表4所示。

表4 仿真照度值与实测值的比较
Tab.4 Simulation illumination compare with the measured values
测量编号坐标/m计算照度/lx实测照度/lx绝对误差/lx相对误差/%10.9,3.158171.3-8.7-12.221.9,3.15182168.7-13.3-7.932.9,3.1532 8344.316.34.740.9,593113.720.718.251.9,5199179.3-19.7-11.062.9, 5342362.321.35.970.9,6.8596111.316.314.681.9,6.85201172.3-28.7-
16.792.9,6.85345353.08.02.3100.9,8.79071.7-18.3-25.5111.9,8.719 4138.7-55.3-39.9122.9,8.7342330.7-11.3-3.4130.9,10.556272.310.3 14.2141.9,10.55117103.3-13.7-13.3152.9,10.55200216.316.37.5平均照度191187.33.72.0
3.3 软件精确度分析
从分析数据可得,软件计算出的平均照度与现场实测的平均照度误差仅为3.7 lx。

15个测量点中,照度误差在20 lx以内的点共有11个,占总数的73.3%。

根据实测评估,±20 lx的误差仅相当于测量点周边10 cm范围的照度变化。

总的来说,利用DIALux软件进行的照度计算,照度分布趋势很接近实际值。

4 结语
在利用DIAlux软件对火力发电厂和变电站进行的照明设计过程中,先根据经验给出初版照明方案,通过对比该方案的模拟照度与设计规范值的差异,反复修改灯具的型号、数量和布置位置,确定最优布置方案。

最优方案的选择过程中,因遵循在满足规范要求的平均照度下,所以应尽量降低房间的照明功率密度,使得最终方案既能提供较高的照明质量,同时符合节能环保的设计目标。

软件精确度验证实验，证实了DIAlux模拟的计算数据和实测数据基本一致,保证了设计精度。

参考文献：
[1] 李辉.DIALux软件在水泥厂照度计算中的应用[J].中国水
泥,2014(1):91-92.LI Hui.Application of DIALux in illuminance calculation for cement plants [J].China Cement,2014(1):91-92.
[2] 黄旭.基于DIALux仿真分析的厂房照明设计[J].照明工程学
报,2013(6):120-124.HUANG Xu.Lighting design of factory building based on DIALux simulation analysis [J].China Illuminating Engineering Journal, 2013(6):120-124.
[3] 吴玥含,陈勇良.基于DIALux的公路隧道照明设计优化[J].四川建筑,2011,31(5):124-125.WU Yuehan, CHEN Yongliang.Optimimal design for highway tunnel illumination based on DIALux [J].Sichuan Architecture, 2011,31(5):124-125.
[4] 罗奕,付强.大专院校照明设计与DIALux软件应用[J].电气应用,2010,29(7):60-62.LUO Yi, FU Qiang.Illumination design for research institutes and application of DIALux [J].Electrotechnical Application, 2010,29(7):60-62.
[5] 樊烨.DIALux软件在铁路客运站房照明设计中的应用[J].电气应用,2014,33(2):25-32.FAN Ye.Application of DIALux in illumination design for railway passenger station [J].Electrotechnical Application, 2014,33(2):25-32.。