淺談基于DIALux evo軟件仿真的疏散照明設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用

【摘要】：《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》等給出了建、構(gòu)筑物設(shè)置照明燈具場(chǎng)所的地面低照度要求，而在日常設(shè)計(jì)中，通常按《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》（19D702-7）圖集中的平均照度計(jì)算法或點(diǎn)照度計(jì)算法計(jì)算照度，進(jìn)行燈具布置，或直接采用應(yīng)急照明燈具廠家的照度測(cè)試表進(jìn)行燈具布置。應(yīng)用燈具壁裝或吸頂安裝等方式實(shí)際能否達(dá)到《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》（19D702-7）圖集中要求的照度水平無法直觀驗(yàn)證。對(duì)此，文章通過 DIALux evo軟件仿真分析，對(duì)疏散照明設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。經(jīng)案例驗(yàn)證，DIALux evo軟件的疏散照明仿真設(shè)計(jì)結(jié)果可靠、有效。

【關(guān)鍵詞】：應(yīng)急照明；疏散照明；平均照度計(jì)算法；點(diǎn)照度計(jì)算法；DIALux evo軟件

0前言

應(yīng)急照明是因正常照明電源失效而啟用的照明，國(guó)家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)急照明設(shè)計(jì)有明確要求。其中，應(yīng)急照明燈具的照度是一項(xiàng)重要的燈具評(píng)判指標(biāo)。在日常設(shè)計(jì)中，常使用公式計(jì)算法和應(yīng)急照明燈具廠家的照度測(cè)試表、天正電氣自帶小程序等計(jì)算應(yīng)急照明燈具的照度。公式計(jì)算法中利用系數(shù)非一一對(duì)應(yīng)時(shí)，插值計(jì)算煩瑣；廠家的照度測(cè)試表中的安裝高度、方式有限；天正電氣自帶小程序的利用系數(shù)和光源參數(shù)無法對(duì)應(yīng)。此外，上述方法的計(jì)算結(jié)果均無法以等照度圖的形式直觀展現(xiàn)。

文章利用在照明設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的 DIALux evo軟件，對(duì)應(yīng)急照明中的疏散照明進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)結(jié)果以等照度圖的形式直觀展現(xiàn)，以驗(yàn)證公式計(jì)算的結(jié)果。本研究對(duì)豐富應(yīng)急照明設(shè)計(jì)的方法具有好的意義。

1.應(yīng)急照明概述

應(yīng)急照明包括疏散照明、安全照明、備用照明。其中，疏散照明用于確保疏散通道被有效辨認(rèn)和使用；安全照明和備用照明用于確保處于潛在危險(xiǎn)中的人員的安全。疏散照明照度指地面水平低照度，宜采用點(diǎn)照度法計(jì)算；安全照明和備用照明的照度均是指工作面上平均水平照度值，宜采用平均照度法計(jì)算。

疏散照明是應(yīng)急照明的重要組成部分，《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）10.3.2條、《消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51309—2018）第3.2.5條和國(guó)標(biāo)圖集《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》（19D702-7）表3.2.5中列出了不同場(chǎng)所疏散照明的地面低水平照度要求。同時(shí)，圖集《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》也給出了各典型場(chǎng)所疏散照明檢測(cè)范圍。上述規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)為疏散照明的設(shè)計(jì)指明了目標(biāo)和范圍。

2.疏散照明設(shè)計(jì)要求

疏散照明地面低水平照度根據(jù)場(chǎng)所不同而不同，可為 1lx、3lx、5lx、10lx。文章以非人員密集場(chǎng)所疏散通道的疏散照明設(shè)計(jì)為例，進(jìn)行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

選擇應(yīng)急照明光源時(shí)，應(yīng)滿足顯色性、啟動(dòng)時(shí)間等要求，并應(yīng)根據(jù)光源、燈具及鎮(zhèn)流器等的效率或效能、壽命等進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，然后確定照明方案。設(shè)計(jì)疏散照明時(shí)，除滿足特殊場(chǎng)所的照度要求外，宜采用LED光源燈具，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果；宜選用高色溫的燈具，可加快人員對(duì)周圍事件的反應(yīng)，提高應(yīng)急疏散的效率。照明光源設(shè)置在距地 8m及以下時(shí)，基于電擊防護(hù)的考慮，應(yīng)選擇A型應(yīng)急照明燈具，其工作電壓不大于DC36V。吸頂安裝的燈具材質(zhì)不應(yīng)采用玻璃，宜選用節(jié)能環(huán)保型材料，可降低燈具損壞對(duì)人員的人身威脅。在隧道、潮濕場(chǎng)所，燈具的防護(hù)等級(jí)不應(yīng)低于 IP65。

1. 照度計(jì)算方法

應(yīng)急照明的照度計(jì)算方法有平均照度計(jì)算法和點(diǎn)照度計(jì)算法。按國(guó)標(biāo)圖集《應(yīng)急照明設(shè)計(jì)與安裝》，疏散照明在走道的檢測(cè)范圍為走道的中間線兩側(cè)，寬度為走道寬度的一半（見圖1）。

圖1 走道應(yīng)急照明布燈和照度檢測(cè)范圍示意圖

3.1平均照度計(jì)算法

平均照度計(jì)算式為：

（1）

式中：Eav -工作面上的平均照度（lx）；

Ф -光源光通量（lm）；

N -光源數(shù)量；

U -利用系數(shù)；

A -工作面面積（m2）；

K -燈具的維護(hù)系數(shù)。

平均照度法可計(jì)算光源直射光通量和房間各表面反射光通量。通過工作面的平均照度和燈具利用系數(shù)等參數(shù)，可求得規(guī)定區(qū)域內(nèi)所需的光源數(shù)量，即滿足照度要求的燈具數(shù)量。具體計(jì)算方法如下。

（1）確定原始數(shù)據(jù)，包括燈具光通量 F，區(qū)域的長(zhǎng) L、寬 W、室空間高 hr，維護(hù)系數(shù) K 和反射率 ρ。

（2）計(jì)算室形指數(shù) Ri。

（2）

（3）求有效反射比，疏散照明暫不考慮反射比，即ρ=0。

（4）參考圖集 19D702-7 燈具維護(hù)系數(shù)表，確定燈具維護(hù)系數(shù)。

（5）利用圖集 19D702-7 燈具利用系數(shù)表，采用內(nèi)插法求利用系數(shù) Ui。

（6）計(jì)算燈具數(shù)量 N。

（3）

3.2點(diǎn)照度計(jì)算法

點(diǎn)照度計(jì)算式為：

（4）

式中： -點(diǎn)光源產(chǎn)生的水平照度（lx）；

-點(diǎn)光源在角度照射方向的光強(qiáng)（cd）；

h 為光源的安裝高度（或計(jì)算高度）（m）；

θ 為地面通過光源的法線與入射光線的夾角（見圖 2）

圖2 點(diǎn)光源的照射關(guān)系圖

點(diǎn)照度計(jì)算方法可以計(jì)算疏散照明區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)照度值，點(diǎn)照度僅基于來自燈具的直射光，不考慮房間表面相互反射的影響。該方法為圖集 19D702-7 推薦的疏散照明照度計(jì)算方法，具體如下。

（1）確定原始數(shù)據(jù)。包括光源的安裝高度 h，水平距離 r。

（2）計(jì)算角度 θ。

（5）

（3）查找燈具發(fā)光強(qiáng)度表，獲得對(duì)應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度值 。

（4）利用圖集 19D702-7 燈具維護(hù)系數(shù)表，確定維護(hù)系數(shù)。

（5）計(jì)算水平照度 。

4.案例分享

選取空間大小為 30 m×5 m×3 m（長(zhǎng) × 寬 × 高）的非人員密集型場(chǎng)所疏散走道作為布置區(qū)域，此區(qū)域的地面水平低照度要求為 1 lx。通過兩種照度計(jì)算法分別計(jì)算所需應(yīng)急照明燈具數(shù)量。

（1）平均照度計(jì)算法：選取 3 W 的應(yīng)急照明燈具，光通量為 360 lm，維護(hù)系數(shù)通過查表選取 K=0.7；按式（1）計(jì)算得 N=3 盞。

（2）點(diǎn)照度計(jì)算法：r=5 m 時(shí)，按式（4）計(jì)算得=1 lx；根據(jù)燈具間距布置圖（見圖 3），燈具按照間距D=10.5 m 布置，可使陰影區(qū)域的照度值為 1 lx。通過CAD 進(jìn)行燈具排布可得，疏散走道內(nèi)應(yīng)布置 3 盞 3 W的應(yīng)急照明燈。

圖3 燈具間距布置圖

利用 DIALux evo 仿真軟件對(duì)上述案例進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)區(qū)域內(nèi)應(yīng)急照明燈具的照度分布情況，直接判斷選定區(qū)域是否滿足要求的地面低水平照度，對(duì)兩種照度計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

4.1軟件特性

DIALux 是當(dāng)今市場(chǎng)上頗具功效的照明計(jì)算軟件，能滿足目前所有照明設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求。DIALux evo強(qiáng)化了建模和渲染功能，建模更方便、渲染效果更真實(shí)、計(jì)算更準(zhǔn)確。DIALux evo 軟件一方面內(nèi)置了國(guó)際相關(guān)的照明標(biāo)準(zhǔn)，可以提供符合標(biāo)準(zhǔn)的算法和指標(biāo)，提高計(jì)算的有效性；另一方面，DIALux evo 與眾多照明廠家合作，可直接將廠家提供的帶有完整參數(shù)的燈具插件融入軟件進(jìn)行照度計(jì)算，并模擬燈光分布，提高了仿真的真實(shí)性。

4.2仿真驗(yàn)證

選取我司 3 W 的 LED 應(yīng)急照明燈具，其光通量為 360 lm，滿足前述燈具的選型要求。在 DIALux evo 軟件中設(shè)置一個(gè) 30 m×5 m×3 m（長(zhǎng) × 寬 × 高）的走道空間，空間內(nèi)天花板、墻壁、地板的反射比均設(shè)置為 0%。在軟件中導(dǎo)入相應(yīng)的燈具，燈具采用吸頂安裝方式，安裝高度距地 3 m。調(diào)整燈具相關(guān)參數(shù)，按照不同計(jì)算方法布置燈具，并對(duì)空間進(jìn)行照度分析。

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，燈具在通道中間線兩側(cè)各 1.25m 范圍內(nèi)的照度值大于 1 lx，滿足規(guī)范要求（見圖 4）。

圖4 照度分布圖（照度單位：lx；長(zhǎng)度單位：mm）

5.安科瑞照度計(jì)算表與燈具選型

我司所有應(yīng)急燈具產(chǎn)品的配光曲線均完善，能使用DIALux evo快速模擬現(xiàn)場(chǎng)照度，選擇適合的燈具滿足要求。

除此以外，我司制作燈具照度計(jì)算表（如圖5），直接按安裝方式、燈具功率、安裝稿度進(jìn)行選擇，自動(dòng)計(jì)算等照度半徑值，同時(shí)選擇兩燈中間照度值可直接計(jì)算安裝間距，便于客戶更快速、直觀的進(jìn)行燈具選型。

結(jié)合以上照度計(jì)算結(jié)果已經(jīng)上述燈具照度計(jì)算表，我司對(duì)應(yīng)燈具選型如下：

6.結(jié)束語

文章分析了應(yīng)急照明的要求、燈具選型和計(jì)算方法，并以疏散走道應(yīng)急照明設(shè)計(jì)為例，通過 DIALux evo建模驗(yàn)證照度計(jì)算的結(jié)果。仿真結(jié)果表明，通過照度計(jì)算設(shè)計(jì)的應(yīng)急照明布置滿足規(guī)范要求，照度結(jié)果表達(dá)直觀，實(shí)際應(yīng)用中亦可使用 DIALux evo 軟件對(duì)應(yīng)急照明燈具選型和布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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