馬秀峰，王立雄

(天津大學(xué)建筑學(xué)院，天津 300072，China)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，公共建筑特別是辦公建筑的數(shù)量急劇增多。很多大型辦公建筑由于建筑進(jìn)深過大，導(dǎo)致天然采光不足，白天工作時(shí)間仍然依賴人工照明[1-11]。人工照明的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是根據(jù)公式計(jì)算照度，通過經(jīng)驗(yàn)選擇光源類型，確定照明燈具數(shù)量、照明方式等，照明效果圖也利用3D max軟件渲染后處理。這種設(shè)計(jì)方式在燈具安裝完畢后容易造成照度均勻度差、局部照度值過高、眩光值偏高等缺陷，不僅浪費(fèi)了能源，同時(shí)大大降低了辦公環(huán)境的視覺舒適度，給辦公人員的視力健康造成了很大的損傷。

本文第一作者有幸參與中國(guó)建筑文化中心C座辦公樓照明優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目，利用專業(yè)照明軟件DIALux Evo進(jìn)行辦公樓照明環(huán)境模擬，經(jīng)過數(shù)次調(diào)整參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并應(yīng)用，最后形成此文，意在幫助照明設(shè)計(jì)師開拓視野，并對(duì)辦公照明設(shè)計(jì)問題形成一定的參考性和實(shí)用價(jià)值。

1 辦公室照明環(huán)境現(xiàn)狀

本次照明設(shè)計(jì)優(yōu)化項(xiàng)目選取中國(guó)建筑文化中心C座標(biāo)準(zhǔn)層平面。經(jīng)實(shí)際測(cè)量統(tǒng)計(jì)，辦公區(qū)(本次研究范圍)為東西長(zhǎng)為11.55 m，南北長(zhǎng)為25.85 m，凈高為3.6 m的三維空間。照明面積為 257.85 m2，照明空間為 928.26 m3。辦公區(qū)分為綜合辦公區(qū)和總經(jīng)理辦公室(如圖1所示)。

圖1 辦公平面圖Fig.1 Office area plan

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合辦公區(qū)照明方式為直接照明，光源采用T5直管熒光燈，每3根燈管為一組，使用一枚鎮(zhèn)流器。燈具安裝高度為3.60 m(如圖2所示)；總經(jīng)理辦公室使用LED型面板燈具，燈具安裝高度為3.60 m(如圖3所示)。

圖2 綜合辦公區(qū)現(xiàn)狀Fig.2 Integrated office area status

1)照明能耗。綜合辦公區(qū)使用的燈管總數(shù)為36組(每三根為一組)，T5直管熒光燈單根燈管功能為28 W，每組使用一枚鎮(zhèn)流器，鎮(zhèn)流器功率為4 W,一組燈管總功率為28 W×3+4 W=88 W;總功率為88 W×36=3 168 W；總經(jīng)理辦公室共有3組型燈具，單組功率為18 W，總功率為54 W。因此，辦公區(qū)總照明功率為 3 168 W+54 W=3 222 W(包括綜合辦公區(qū)和總經(jīng)理辦公室)。

圖3 總經(jīng)理辦公室現(xiàn)狀Fig.3 General manager office status

2)工作面照度統(tǒng)計(jì)分析。綜合辦公區(qū)工作面共設(shè)置129個(gè)照度采樣點(diǎn)。工作面高度設(shè)置為0.85 m；總經(jīng)理辦公室工作面照度采樣點(diǎn)共設(shè)置6個(gè)，工作面高度設(shè)置為0.85 m。為避免其他光線對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)造成影響，選擇測(cè)量時(shí)間為夜間，并將窗戶用不透光材料遮擋，屏蔽室外光線，以保證工作面照度測(cè)量值的準(zhǔn)確性與有效性。

根據(jù)工作面照度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(如圖4所示)可知，綜合辦公區(qū)工作面照度統(tǒng)計(jì)中，300 lx以下的區(qū)間共有4組數(shù)據(jù)；300～400 lx區(qū)間共有12組數(shù)據(jù)；400～500 lx區(qū)間共有41組數(shù)據(jù)；500～600 lx區(qū)間共有42組數(shù)據(jù)；600～700 lx區(qū)間共有28組數(shù)據(jù)；700 lx以上的區(qū)間共有2組；平均照度為513 lx；最小照度為145 lx；最大照度為732 lx；最小值/平均值為0.28；最小值/最大值為0.20。

圖4 工作面照度測(cè)量值Fig.4 Face value measurement

總經(jīng)理辦公室工作面照度統(tǒng)計(jì)中， 50～100 lx區(qū)間共有2組數(shù)據(jù)；100～150 lx區(qū)間共有3組數(shù)據(jù)；150～200 lx區(qū)間共有1組數(shù)據(jù)；平均照度為120 lx；最小照度為87 lx；最大照度為153 lx；最小值/平均值為0.73；最小值/最大值為0.57。

3)照明現(xiàn)狀存在問題。根據(jù)照明環(huán)境實(shí)際測(cè)量值以及辦公人員視覺舒適度問卷評(píng)價(jià)表，可以總結(jié)出目前辦公區(qū)照明環(huán)境存在如下問題：綜合辦公區(qū)的工作面平均照度為513 lx，照度值偏高，造成能源浪費(fèi)；最小值/平均值為0.28，證明照度均勻度較低，導(dǎo)致視覺舒適度較差；柱子旁邊的局部照度為145 lx和265 lx，照度值偏低；總經(jīng)理辦公室工作面平均照度為120 lx，照度值偏低，造成室內(nèi)光環(huán)境偏暗，嚴(yán)重影響辦公人員正常工作。

2 基于DIALux Evo 軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)境

利用DIALux Evo軟件，根據(jù)辦公區(qū)測(cè)量的長(zhǎng)、寬、高等數(shù)值，將模型按照1∶1的比例建立起來。通過軟件的素材功能，將地面和墻面材質(zhì)選擇與辦公區(qū)現(xiàn)狀相同的材質(zhì)。將地面材質(zhì)設(shè)置為灰色地毯，單位尺寸為300 mm×300 mm，反射率為30%；墻面材質(zhì)設(shè)置為9010純白色，噴漆效果，反射率為86%；天花材質(zhì)設(shè)置為9003灰白色，噴漆效果，反射率為70%。

為提高光環(huán)境模仿精確度，考慮家具材質(zhì)的反射率，因此將建立好的辦公區(qū)模型內(nèi)添加桌椅等家具。綜合辦公區(qū)共有辦公桌54套；總經(jīng)理辦公室辦公桌1套(如圖5所示)。

圖5 家具布置效果Fig.5 Furniture layout effect

1)優(yōu)化過程。將模型建立完畢后，利用軟件布置燈具功能選擇燈具。原始燈具尺寸為1 200 mm×600 mm，在選擇新燈具時(shí)，考慮與原始燈具及吊頂形成模數(shù)并匹配，減少吊頂更換工作量，最終確定采用的燈具型號(hào)為NLED4204型辦公側(cè)發(fā)光燈盤(如圖6所示)，燈具功率為40 W，尺寸為1 200 mm×300 mm，色溫為5 700 K，顯色指數(shù)為86，單個(gè)燈具光通量3 200 lm，發(fā)光效率為80 lm/W。

圖6 NLED4204辦公側(cè)發(fā)光燈盤Fig.6 NLED4204 office side light panel

燈具布置過程中，利用DIALux照明計(jì)算精靈將綜合辦公區(qū)和總經(jīng)理辦公室照射區(qū)域分別限定后，軟件將根據(jù)光環(huán)境條件智能布置燈具。燈具布置完畢后，根據(jù)情況再進(jìn)行人工微調(diào)優(yōu)化，利用軟件計(jì)算出光環(huán)境分布，同時(shí)導(dǎo)出等照度圖、3D效果圖、光強(qiáng)度表等進(jìn)行分析。在多次改變燈具高度、局部調(diào)整燈具位置，多次對(duì)計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析后，最終確定了優(yōu)化方案(如圖7所示)。

圖7 燈具布置圖Fig.7 Luminaire layout

綜合辦公區(qū)在西側(cè)入口處設(shè)置橫向燈盤1枚，其他區(qū)域設(shè)置縱向燈盤37枚；南向數(shù)第五排和北向數(shù)第二排最東側(cè)燈管，為避免柱子干擾，沿南北軸向北平移600 mm；燈具高度設(shè)置為距地面3.5 m，總經(jīng)理辦公室采用燈具橫向布置，共設(shè)置2枚燈具。燈具高度設(shè)置為距地面3.5 m。

2)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果與分析。通過DIALux Evo軟件計(jì)算報(bào)表，得出0.85 m高度工作面垂直照度圖(如圖8所示)。根據(jù)工作面照度圖可知，綜合辦公區(qū)工作面照度數(shù)值中，300 lx以下的區(qū)間共有2組數(shù)據(jù)；300～400 lx區(qū)間共有28組數(shù)據(jù)；400～500 lx區(qū)間共有99組數(shù)據(jù)；平均照度為436 lx；最小照度為207 lx；最大照度為499 lx；最小值/平均值為0.47；最小值/最大值為0.42?？偨?jīng)理辦公室工作面照度統(tǒng)計(jì)中，平均照度為324 lx；最小照度為290 lx；最大照度為352 lx；最小值/平均值為0.90；最小值/最大值為0.82。

圖8 優(yōu)化后工作面照度Fig.8 Optimized illuminance of working face

優(yōu)化后的綜合辦公區(qū)平均照度對(duì)比原始照明狀態(tài)降低77 lx，照度均勻度由28%提高到47%，柱子旁邊的局部照度由現(xiàn)狀145 lx提升至478 lx；總經(jīng)理辦公室平均照度由120 lx提升至324 lx，照度均勻度由原始照明狀態(tài)73%提高到90%。在能源消耗方面，優(yōu)化后辦公區(qū)總照明功率為40 W×40=1 600 W，僅為現(xiàn)狀的總功率3 222 W的49.7%。優(yōu)化后軟件渲染出效果圖(如圖9所示)。

圖9 渲染效果圖Fig.9 Rendering chart

辦公環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)前后相關(guān)參數(shù)的對(duì)比如表1所示。從表1中可以看出，優(yōu)化方案相比原始照明狀態(tài)，辦公照明的工作面照度均勻度明顯提高，且優(yōu)化方案使用新型LED光源，提高了能源使用率。

表1 辦公環(huán)境照明優(yōu)化前后對(duì)比

圖10 天花等照度圖Fig.10 Ceiling illuminance map

3)室內(nèi)光環(huán)境舒適度的分析。通過DIALux Evo軟件計(jì)算出天花和墻體的直角照度，天花的表面平均照度為153 lx(如圖10所示)，照度均勻度良好；墻體的表面平均照度為161 lx(如圖11所示)，照度均勻度良好，視覺舒適度較高。

4)燈具控制設(shè)計(jì)優(yōu)化后的辦公區(qū)燈具控制由以前的2枚開關(guān)改變?yōu)?1枚開關(guān)，其中1～8號(hào)開關(guān)主要控制綜合辦公區(qū)主要作業(yè)面區(qū)域燈具；9～10號(hào)開關(guān)控制綜合辦公區(qū)作業(yè)面臨近區(qū)域燈具；11號(hào)開關(guān)控制總經(jīng)理辦公室燈具(如圖12所示)。

圖12 燈具控制圖Fig.12 Lamp control

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過利用DIALux Evo軟件對(duì)辦公建筑進(jìn)行光環(huán)境模擬，利用軟件智能設(shè)計(jì)功能對(duì)原始照明狀況進(jìn)行優(yōu)化提升，根據(jù)實(shí)際條件再進(jìn)行人工微調(diào)并對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終獲得最優(yōu)照明優(yōu)化方案。

將優(yōu)化方案與原始照明狀態(tài)對(duì)比評(píng)價(jià)，數(shù)據(jù)證明優(yōu)化后照明方案提高了辦公照明的照度均勻度，減少了柱子旁邊局部照明的盲區(qū)；優(yōu)化方案使用新型LED光源，提高了能源使用率，節(jié)約了能源。