教室照明灯具布置及选型

       教室照明质量对青少年的视力具有显著的影响,因此营造良好的教室照明光环境在照明工程设计中至关重要。目前,我国教室照明工程一般采用T5三基色荧光灯管作为照明光源,显色指数能达到80以上,实际照度、均匀度和功率密度的要求容易满足规范要求,但是设计中往往忽视了规范对眩光值的要求。  

       本文分析了工程设计中广泛使用的带罩支架灯和格栅灯的照度、功率密度和统一眩光值,以选择合适的照明灯具。 

1 .国内教室照明标准 

       GB 50034—2013《建筑照明设计标准》[1]、JGJ 310—2013《教育建筑电气设计规范》[2]对教育建筑电气照明指标作了相关规定。GB 7793—2010《中小学校教室采光和照明卫生标准》[3]对教育建筑电气照明设备及教室相关参数作了相关规定。目前,照明设计中一般以上述标准作为设计依据[1-3],在教室、阅览室,以课桌面为参考平面,照度标准值为300 lx,统一眩光值为19,照度均匀度为0.60,一般显色性为80,照明功率密度限值≤8.0 W/m2。  

       对教育建筑中不同房间或场所的参考平面进行定义,并对照明质量和室内反射面反射比作出定量规定。教育建筑室内反射比如表1所示。在教育建筑中房间或场所的照明质量一般从照度、统一眩光值、照度均匀度、一般显色性和功率密度方面几个方面衡量。  

表2 教育建筑室内反射比

2 照明光环境计算 

       以教室照明的实际工程为研究对象,分别计算使用带罩支架灯和格栅灯的照度、功率密度和统一眩光值。  

2.1 灯具选择  

       选择教室照明设计中广泛使用的带罩支架灯和格栅灯,黑板局部照明采用专用非对称配光黑板灯。灯具的相关参数如表2所示。  

表2 灯具的相关参数

       项目带罩支架灯格栅灯黑板灯光源YZ/HE28YZ/HE28荧光灯管T5光通量/lm247024703050功率/W30.730.036.0修正系数111数量12123 

灯具实物如图1所示。

图1 灯具实物  

配光特性曲线如图2所示。  

       带罩支架灯的配光特性与余弦配光类似,最大光强基本在灯下,光源辐射出的光通量基本集中在灯下部分,照明器外侧随着垂直角的增大而光强逐渐减小,但在高垂直角范围内仍有较强的光强,可能产生眩光。  

        格栅灯具有蝙蝠翼式配光特性,一般有较大的遮光角,相比带罩支架灯,最大光强不在灯下,光源辐射出的光通量较均匀地分布在垂直角0°～30°的范围内,在高垂直角范围内光强受到明显的抑制[4]。

图2 配光曲线  

2.2 教室空间参数  

      以实际工程的教室空间作为参考[5],教室空间的相关参数如表3所示。  

表3 教室空间的相关参数

       空间尺寸(长×宽×高)/m灯具安装高度/m反射比(表面材料)顶棚前墙侧墙、后墙地板8.84×6.84×3.002.720.78(石膏、水泥)0.60(石膏、水泥)0.78(石膏、水泥)0.40(大理石)  

       带罩支架灯、格栅灯电气照明布置平面如图3所示。  

2.3 教室照明光环境计算  

       教室照明的照度是表征教室照明光环境的基本参数[6],工作平面上的平均照度为

(1)  式中: φ——光源光通量,lm;

图3 带罩支架灯、格栅灯电气照明布置平面  

N——光源数量;  

U——利用系数;  

A——工作面面积,m2;  

K——灯具维护系数。  

功率密度是表征建筑节能的重要参数。教室照明功率密度为

(2)  式中: 

P——房间内装设光源(含镇流器)的总功率,W;  

S——房间面积,m2。  

当灯具发光面积为0.005～1.500 m2时[1] ,统一眩光值为

(3)  式中: 

Lb——背景亮度,cd/m2; 

ω——每个灯具发光部分对观察者眼睛所形成的立体角,sr; 

Lα——灯具在观察者眼睛方向的亮度,cd/m2;  

p——每个灯具的位置指数。  

教室照明光环境计算结果如表4所示。  

表4 教室照明光环境计算结果

参数带罩支架灯格栅灯标准值照度/lx317322300功率密度/(W/m2)7.347.20≤8  

由表4可知,带罩支架灯或格栅灯的照度和功率密度值都能满足规范的要求。  

3 仿真分析

 使用DIALux软件进行房间建模、灯具布置和仿真比较。带罩支架灯、格栅灯配光曲线模型

如图4、图5所示。

图4 带罩支架灯配光曲线模型

图5 格栅灯配光曲线模型  

      仿真结果如表5所示。统一眩光值测量结果中,纵向指观测人员站在A点视线与灯轴方向平行;横向指观测人员站在B点视线与灯轴方向垂直。  

表5 仿真结果

       参数带罩支架灯格栅灯照度/lx309316功率密度/(W/m2)7.347.20照度均匀度0.6010.648统一眩光值21(纵向)17(横向)<>  

照度分布如图6所示。

图6 照度分布  

       照度值与理论计算结果基本相符,使用不同灯具,教室照明照度和功率密度值基本没有区别。只要合理安排灯具,相对位置照度均匀度的影响也不大,主要区别在于统一眩光值的大小。在照度、功率密度及照度均匀度均符合国家标准的前提下,采用格栅灯照明能有效减少炫光的影响。  

4 结 语 

       本文通过理论计算和软件仿真,比较了典型教室空间的照明相关数据,得到以下结论:  

       (1) 适当调整灯具遮光角,能够有效减少眩光。 

       (2) 工程设计中使用带格栅片的荧光灯或更加密集的格栅片灯具,能有效地减少眩光。  

      另外,本文采用的方法可以用来分析LED光源应用在教室中时的照度、功率密度值及眩光值