大空间照明设计

来源：同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司 作者：包顺强 甘招辉 陈水顺 浏览：193人次 发

布：2011-03-10

注：其他网站转载须注明出处，转载而不注明出处者，一经查实，将追究其法律责任 介绍了上海世博会主题馆几个高大空间的照明设计方案和实施方案, 包括光源和灯具的选择以及实施现场实测后的部分照度结果。并着重介绍了大空间智能照明控制系统, 以飨同类大空间建筑照明设计提供参考

引 言

主题馆作为2010年上海世博会永久保留建筑, 世博会期间将承担演绎、展示主题的重任, 会后将转为标准展览场馆, 可举办各类专业展会,其总建筑面积约12. 9万m2。其中地上8万m2,地下4. 9万m2, 建筑高度约24 m。

1 大空间照明设计 1. 1 大空间概况

主题馆中共有3处大空间展厅, 分别为西侧展厅、东侧展厅、地下展厅, 展厅均按综合性场馆进行照明设计。其中西侧展厅高度为24m, 面积为126m ! 180m, 灯具只能安装在东西向张弦桁架上, 张弦桁架间距为18 m, 底标高23. 3 m; 东侧展厅按世博会后要求进行照明设计( 两层展厅) , 每层高度均为12 m, 面积为90 m ! 180 m,一层展厅灯具可沿18 m ! 18 m 井字钢梁安装,二层灯具只能安装在东西向张弦桁架上, 张弦桁架间距为18 m; 地下展厅高度为9 m, 面积为90 m ! 126m, 灯具安装位置无特殊要求。

1. 2 展厅照明设计目标展厅照明设计目标如下: ( 1) 大空间全局照明, 不针对特定展示目标。 ( 2) 营造柔和、自然的光环境。

( 3) 满足参观者在此空间活动的基本视觉识别要求。 ( 4) 在不降低照明质量的情况下, 尽可能降低照明功耗。

按照∀世博会临时建筑物、构筑物设计标准(电气专篇) #的要求, 高档展厅地面照度标准值为300 lx, 普通展厅地面照度标准值为200 lx。该工程中地上展厅按高档展厅设计, 地下展厅按普通展厅设计。高度超过6 m 的展厅显色指数不低于60。展厅的照明光色选用白色, 色温约为4 000 K, 既能表现展品的本来色彩, 也能避免大空间的冷清感和空旷感, 让参观者能在相对自然的环境中将注意力集中在展品上。

1. 3 照明方式选择

由于该展厅为综合性展厅, 需适应日后多种类别的展示需要, 因此, 对展厅的照明只考虑一般照明、局部照明及混合照明, 在具体布展时根据展品特点及艺术要求进行灯光设计。

1. 4 光源及灯具选择

选择点光源需考虑以下几个方面的要求:

( 1) 使用要求, 如所要求的照度、显色性、色温、眩光限值等。 ( 2) 环境要求, 如电压波动状况、场所温度、维护难度等。 ( 3) 一次性投资及运行费用要求。

对各种电光源的技术指标进行分类对比, 如表1所示。

根据表1数据显示, 白炽灯、卤钨灯光效低,不适合大面积使用; 荧光灯适用高度一般在5 m以内, 荧光高压汞灯及高压钠灯的显色指数无法满足要求; 无极灯光效较低, 一次性投资较大, 性价比不高。只有金卤灯能够完全满足该工程展厅照明的各项要求。至于光源功率的选择, 一般在满足眩光限值的条件下尽可能地选择大功率灯具, 这样可以有效减少灯具安装套数, 节约投资, 也能减少运行维护的成本, 但会导致照明均匀度降低, 这就需要选择合适的配光曲线, 采用专业照明设计软件, 优化灯具布置方式, 将照明均匀度控制在可以接受的范围之内。灯具选直接型灯具或半直接型灯具, 以提高效率, 减少不必要的能耗。

根据以上设计原则, 该项目确定以下照明设计的方案:

( 1) 西展厅灯具安装高度为21 m, 采用1 000W金卤灯, 色温4 000 K, 显色指数70, 光通量120 000 lm, 使用玻璃棱镜反射罩灯具, 灯具采用开敞式顶部与底部便于空气流通, 散热和自我清洁, 减少维护次数。灯具效率经实测为87. 1% , 向上光通比为19. 7% , 向下光通比为67. 4% 。垂直面透光棱镜提供垂直照度, 平衡照明分布, 提高视觉舒适度。

( 2) 东展厅一层及二层灯具安装高度为11m, 由于统一眩光限值不能超过22, 因此不能选择1 000W金卤灯, 故采用400W 金卤灯。实际选用的光源色温为3 800 K, 显色指数为70, 光通量为42 500 lm, 灯具采用宽光束高亮铝质反射器, 可兼顾世博会期间及世博会后对照度及眩光限值的要求。灯具带毛面玻璃罩, 增加了散射,降低了表面亮度, 有效限制眩光并增加空间的垂直照度, 提高了环境亮度。

( 3) 地下展厅的高度为9m, 考虑风管、水管的安装要求, 灯具可安装的高度为6 m, 因此, 选择150W 金卤灯作为照明光源。其光源色温为4 200 K, 显色指数为85, 光通量为12 000 lm。

( 4) 所有展厅用金卤灯均自配有节能型电感镇流器, 补偿后灯具功率因数均在0. 9以上。

( 5) 为满足高大建筑空间应急照明的需要,部分金卤灯采用双灯头, 内设一个150W 卤钨灯作为应急光源, 由EPS 应急电源供电, 智能灯光控制系统及消防系统可同时对其进行控制。

( 6) 考虑到展厅照明为二级负荷, 结合ATS切换时间及金卤灯再启动时间, 展厅照明采用交叉供电方式, 避免由于断电而引起大面积展场无正常工作照明。

1. 5 灯具布置及照明计算

在灯具类型及规格选定后, 还需要对灯具的布置进行比较设计, 以期得到较为理想的照明效果。对于大空间展厅, 一般采用均布型或组团型布置方式, 选择何种布置方式以及灯具间距的确定不仅需要考虑灯具本身的特性, 还需要考虑多种外在因素, 如建筑风格、建筑材料的反射系数、可供安装灯具的结构件布置、结构件荷载能力等。在工程设计时, 需要与建筑、结构、给排水及暖通专业密切配合, 最终得到可实施的布灯方案。

设计过程中, 设计院和有关专业合作单位采用D IALux照明设计软件进行照明设计, 通过建立模型, 模拟了多种布灯方式。表2为其中一部分布灯方式的计算结果(维护系数取0. 7, 天花、墙壁、地板的反射系数分别取70% 、30% 、20% )。

根据表2的计算结果数据, 施工图设计采用以下方式: 西展厅按双灯组团方式、东展厅按四灯组团方式、地下展厅按均布型布灯方式考虑。后经业主公开招标, 确定两家单位中标, 其中一家美国公司中标西展厅, 一家欧洲公司中标东展厅和地下展厅。两家中标单位分别根据其灯具特性进行了灯光深化设计并提供了照明计算书,计算书主要结果如表3所示。 针对西展厅计算中采用0. 8 维护系数问题,设计院在审查时提出建议, 希望仍采用0. 7的维护系数, 同时增加一排灯具以达到设计要求的照度标准。但最终由于商务等方面的原因,

设计院的建议未被采纳。

1. 6 检测结果

在所有灯具安装完成后, 国家灯具质量监督检验中心对现场进行照度实测, 各展厅实际实测照度状况如下: 地下展厅平均照度为268. 3 lx; 西展厅平均照度为270. 2 lx; 东展厅平均照度为261. 5 lx。

实际测量结果显示: 地下展厅初始照度值( 268. 3 lx )大于计算值( 223 lx) , 能达到设计值(维持照度200 lx) 的要求; 西展厅初始照度值( 270. 2 lx)低于计算值( 308 lx ), 未能达到设计值(维持照度300 lx )的要求, 主要原因是厂家计算中采用0. 8维护系数产生的问题; 东展厅由于世博期间应为布展的需要, 1、2 层楼板打通为一高大空间的原因, 与原计算模型有较大差异, 实测结果不能反映真实情况, 只有待世博会结束恢复两层格局后才能得到准确验证。

2 大空间照明智能灯光控制系统

为满足展厅各种展览模式灯光控制以及节能管理的需要, 设计采用智能灯光控制系统。设置的区域主要有西侧展厅、东侧展厅、地下展厅和中部多功能厅、贵宾厅、中小会议区、办公用房和公共餐厅等辅助功能空间。经招标后确定采用DYNALITE全分布式结构智能照明控制系统,系统灯光控制模块按各功能区域进行配置, 实现模块的就地安装和就地控制; 各个模块之间通过1根5类四对双绞线连接即可。主干网络数据传输速率最大能达到57 600 baud, 提高了大型照明控制网络信息传输的可靠性, 从而实现对整个场馆的灯光进行智能化、丰富的场景控制, 同时提供便捷的本地控制面板控制及集中中央软件控制和时钟控制等功能。其系统网络结构如图1所示。

根据使用需求, 在现场设置了34块5键控制面板, 该控制面板操作功能多样, 按一下即可调用相应的场景。同时配置了1台DDTC001时钟控制器, 内有实时365 a天文时钟, 能够使系统各设备自动运行, 如每个区域内的灯具可根据使用日期的不同, 设置多种开关模式。通过智能照明控制系统, 不同功能区域可实现不同的照明场景, 今后还可根据实际需要进行变更和修改, 如不同形式的大型展会模式、学术交流模式等。展览区域开灯模式包括展览模式、阴天模式、日常维护模式、深夜模式、全关模式。办公区开灯模式包括上班模式、保洁模式、日常维护模式、深夜模式、全关模式。

同时, 该系统具有以下特点:

( 1) 信息在子网的传输速率为9 600 baud,每层子网都可以通过1 台网关与大楼主干网相连, 系统网络能有效地控制各子网和主干网之间的信息流通、信号整形、信号增强和调节传输速率, 大大提高了大型照明控制网络工作的可靠性, 网络规模也可灵活地随照明系统的大小而改变; 开关模块具有按序启动功能, 可避免灯具集中启动时的浪涌电流; 同时, 具有金卤灯延时启动功能, 即当金卤灯的回路关闭后, 指令它打开时, 可根据需要设置再启动延时时间, 在再启动延时时间内回路输出为关闭状态, 一直到延时时间后, 回路才打开, 这样可保护金卤灯。

( 2) 中央监控室安装全中文监控软件, 展厅与办公区灯光系统通过PC接口DTK622 接入该中央监控计算机上, 并可在其上面通过图形( AGI)控制方式控制整个主题馆照明以及室外景观照明。系统在总控中心的计算机能对整个照明系统进行监控, 包括操作各照明回路的开、关,显示各回路灯具的位置(图形显示)及其运行状态, 坏灯警告, 提供灯具运行时间和事件记录功能, 并具有事件发生时提示功能。同时, 系统还可以锁定应急照明仅在消防中心控制而禁止在该系统控制, 也可以解锁、开禁。系统控制软件可以根据用户权限级别设置不同的用户及口令,保证软件操作的可靠性。

3 结 语

作为2010年上海世博会主要场馆之一的主题馆在世博期间将着重展示地球、城市、人三个有机系统之间的关联和互动。世博会后, 它将转变为标准展览场馆, 与周边的中国馆、星级酒店、世博中心、世博轴和演艺中心等共同打造以展览、会议、活动和住宿为主的现代服务业聚集区。

主题馆室内大空间照明灯光及控制系统将为主题馆各项业务的正常开展提供良好的视觉条件。

[ 1] 俞丽华. 电气照明[M ]. 2版. 上海: 同济大学出版社, 2004.

[ 2] 国家经贸委/UNDP /GEF 中国绿色照明工程项目办公室. 绿色照明工程实施手册[M ]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.

[ 3] 任元会. 工业与民用配电设计手册[M ]. 3 版. 北京: 中国电力出版社发行, 2006. [ 4] GB 50133 1990 民用建筑照明设计标准[ S]. [ 5] GB 50034 2004 建筑照明设计标准[ S].