淺談基于DIALux evo軟件仿真的疏散照明設計研究與應用

【摘要】：《建筑設計防火規(guī)范》《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》《應急照明設計與安裝》等給出了建、構(gòu)筑物設置照明燈具場所的地面低照度要求，而在日常設計中，通常按《應急照明設計與安裝》（19D702-7）圖集中的平均照度計算法或點照度計算法計算照度，進行燈具布置，或直接采用應急照明燈具廠家的照度測試表進行燈具布置。應用燈具壁裝或吸頂安裝等方式實際能否達到《應急照明設計與安裝》（19D702-7）圖集中要求的照度水平無法直觀驗證。對此，文章通過 DIALux evo軟件仿真分析，對疏散照明設計進行仿真驗證。經(jīng)案例驗證，DIALux evo軟件的疏散照明仿真設計結(jié)果可靠、有效。

【關鍵詞】：應急照明；疏散照明；平均照度計算法；點照度計算法；DIALux evo軟件

0前言

應急照明是因正常照明電源失效而啟用的照明，國家規(guī)范和行業(yè)標準對應急照明設計有明確要求。其中，應急照明燈具的照度是一項重要的燈具評判指標。在日常設計中，常使用公式計算法和應急照明燈具廠家的照度測試表、天正電氣自帶小程序等計算應急照明燈具的照度。公式計算法中利用系數(shù)非一一對應時，插值計算煩瑣；廠家的照度測試表中的安裝高度、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)無法對應。此外，上述方法的計算結(jié)果均無法以等照度圖的形式直觀展現(xiàn)。

文章利用在照明設計領域廣泛應用的 DIALux evo軟件，對應急照明中的疏散照明進行仿真設計，將設計結(jié)果以等照度圖的形式直觀展現(xiàn)，以驗證公式計算的結(jié)果。本研究對豐富應急照明設計的方法具有好的意義。

1.應急照明概述

應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和使用；安全照明和備用照明用于確保處于潛在危險中的人員的安全。疏散照明照度指地面水平低照度，宜采用點照度法計算；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算。

疏散照明是應急照明的重要組成部分，《建筑設計防火規(guī)范》（GB 50016—2014）10.3.2條、《消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)技術(shù)標準》（GB 51309—2018）第3.2.5條和國標圖集《應急照明設計與安裝》（19D702-7）表3.2.5中列出了不同場所疏散照明的地面低水平照度要求。同時，圖集《應急照明設計與安裝》也給出了各典型場所疏散照明檢測范圍。上述規(guī)范和標準為疏散照明的設計指明了目標和范圍。

2.疏散照明設計要求

疏散照明地面低水平照度根據(jù)場所不同而不同，可為 1lx、3lx、5lx、10lx。文章以非人員密集場所疏散通道的疏散照明設計為例，進行設計與驗證。

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

1. 照度計算方法

應急照明的照度計算方法有平均照度計算法和點照度計算法。按國標圖集《應急照明設計與安裝》，疏散照明在走道的檢測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 走道應急照明布燈和照度檢測范圍示意圖

3.1平均照度計算法

平均照度計算式為：

（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 -燈具的維護系數(shù)。

平均照度法可計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 L、寬 W、室空間高 hr，維護系數(shù) K 和反射率 ρ。

（2）計算室形指數(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 燈具維護系數(shù)表，確定燈具維護系數(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）計算燈具數(shù)量 N。

（3）

3.2點照度計算法

點照度計算式為：

（4）

式中： -點光源產(chǎn)生的水平照度（lx）；

-點光源在角度照射方向的光強（cd）；

h 為光源的安裝高度（或計算高度）（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 點光源的照射關系圖

點照度計算方法可以計算疏散照明區(qū)域內(nèi)的點照度值，點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）計算角度 θ。

（5）

（3）查找燈具發(fā)光強度表，獲得對應的發(fā)光強度值 。

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

（5）計算水平照度 。

4.案例分享

選取空間大小為 30 m×5 m×3 m（長 × 寬 × 高）的非人員密集型場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。通過兩種照度計算法分別計算所需應急照明燈具數(shù)量。

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

（2）點照度計算法：r=5 m 時，按式（4）計算得=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 進行燈具排布可得，疏散走道內(nèi)應布置 3 盞 3 W的應急照明燈。

圖3 燈具間距布置圖

利用 DIALux evo 仿真軟件對上述案例進行仿真實驗，根據(jù)區(qū)域內(nèi)應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，對兩種照度計算法的計算結(jié)果進行驗證。

4.1軟件特性

DIALux 是當今市場上頗具功效的照明計算軟件，能滿足目前所有照明設計及計算的要求。DIALux evo強化了建模和渲染功能，建模更方便、渲染效果更真實、計算更準確。DIALux evo 軟件一方面內(nèi)置了國際相關的照明標準，可以提供符合標準的算法和指標，提高計算的有效性；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行照度計算，并模擬燈光分布，提高了仿真的真實性。

4.2仿真驗證

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

根據(jù)仿真實驗結(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；長度單位：mm）

5.安科瑞照度計算表與燈具選型

我司所有應急燈具產(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算表（如圖5），直接按安裝方式、燈具功率、安裝稿度進行選擇，自動計算等照度半徑值，同時選擇兩燈中間照度值可直接計算安裝間距，便于客戶更快速、直觀的進行燈具選型。

圖5 安科瑞應急照明燈照度計算表

結(jié)合以上照度計算結(jié)果已經(jīng)上述燈具照度計算表，我司對應燈具選型如下：

6.結(jié)束語

文章分析了應急照明的要求、燈具選型和計算方法，并以疏散走道應急照明設計為例，通過 DIALux evo建模驗證照度計算的結(jié)果。仿真結(jié)果表明，通過照度計算設計的應急照明布置滿足規(guī)范要求，照度結(jié)果表達直觀，實際應用中亦可使用 DIALux evo 軟件對應急照明燈具選型和布置進行設計。

參考文獻

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