基於DIALux的劇場照明設計

汪小芃, 李 平

(浙江大學建築設計研究院有限公司, 浙江 杭州 310007)

摘 要：結合某學校劇場改造工程實例,運用DIAlux軟體建立三維模型,對劇場採用的LED照明方案進行了系統的模擬、計算及優化,以達到最佳照明效果,並與原照明方案在節能環保及性能方面進行了對比分析。測試結果驗證了LED照明改造方案的可行性。

關鍵詞：劇場建築; 照明設計; DIALux模擬軟體; LED燈具

近年來,隨著我國經濟的快速增長和文化產業繁榮,對劇場建築的照明提出了更高的要求,不僅需要滿足演出表演時的燈光需要,同時要求在電影放映、會議舉行等不同的燈光環境下滿足場景燈光的需求。因此,為響應國家綠色建築的節能政策,選用更高效的光源取代當前常用的傳統燈具,對可持續發展和環境保護都有著深遠的意義[1-2]。

本文結合某學校劇場LED改造工程,運用DIALux軟體模擬,對比分析了LED照明改造方案與原有照明方案在節能環保及性能方面的不同,驗證LED照明改造方案的可行性。

至2015年,某學校學生劇場投用已近10年,部分燈光設備老化,故障時有發生,平均照度實測只有50 lx,遠達不到規範的照度要求;晶閘管調光設備全部損壞,已無法滿足正常使用需求。因此,需要對該劇場進行優化改造,適應未來發展需要。改造設計依據GB 50034—2013《建築照明設計標準》,確定劇場不同區域的照度、照明光源、燈具類型、燈具布置及安裝方式等。改造方案選用大功率LED燈替換原有傳統照明燈具,以提高照度,並達到節能、改善照明質量等目的。照明燈具對比如表1所示。

表1 照明燈具對比

原照明燈具LED照明燈具100W白熾燈C21LP?N?60W32W環形節能燈C22DL?Q8?30W

DIALux是一款可模擬計算室內外照明的模擬軟體,為實際配置燈具提供比較準確的參考信息,可導入CAD文件,建模快速,能實現照明設計及模擬計算的要求,並提供完整的數碼報表及三維效果圖。採用DIALux模擬高大空間建築(劇院),可提高計算精確度,得到更優化、更合理的設計方案,提高工程質量。

LED改造方案中,劇場空間的三維視圖和燈具布置如圖1、圖2所示,可直觀地了解劇場的燈具布置情況和效果。經過多次方案調整,調節燈具功率等參數,並通過模擬模擬,確定燈具參數和布置方式。

圖1 劇場空間的三維視圖

圖2 燈具布置

DIALux模擬的照度效果如圖3所示,達到了劇場的照明要求。

圖3 DIALux模擬的照度效果

3 LED燈方案與傳統燈具方案的比較

3.1 光源性能比較

3.1.1 基本性能

白熾燈、環形燈與LED燈性能對比如表2所示。

表2 白熾燈、環形燈與LED燈性能對比

指標白熾燈環形燈LED燈光源功率/W1003230光效/(lm/W)10～2055～8080顯色性Ra≥80≥80≥80壽命/h10001000035000發熱量高高低頻閃度無頻閃有頻閃無頻閃啟動性能瞬時啟動差，低溫時難以啟動瞬時啟動光衰大大小

由表2可見,LED燈具的各項性能相較於傳統白熾燈和熒光燈更優越。LED燈具有穩定的電性能,晶元使用寬電壓、寬頻率輸入,無頻閃,能適應更大範圍的電壓波動。因此,市電的波動不影響LED燈具,而電源電壓高低波動會大大縮短傳統熒光燈和白熾燈的使用壽命,並造成頻閃,影響照明質量。LED燈具採用高效恆流驅動電路,通斷電響應時間短,適合頻繁開關的場合,在保證品質的條件下壽命已高達數萬小時。傳統熒光燈每啟動一次,燈管的燈絲受高壓衝擊,啟動時的電流是正常點燃時電流的2～3 倍,加速燈絲上電子發射物質的消耗,縮短使用壽命。

3.1.2 燈光控制

傳統燈具調光困難,需採用大型晶閘管調光設備,設備易損且佔用空間。LED燈具的光源和控制、驅動電源結合,直接使用220 V交流電源,並受DMX 512信號的控制,不再需要傳統的晶閘管調光器。改造前,劇場2F預留專用調光室,造價高,調光操作複雜,使用不到8 a全部損壞。改造後,LED燈光調光迴路控制線直接引至音響燈光控制室,與調光碟相連接,可根據不同應用環境快速調節劇場的燈光亮度,得到更好的使用效果[3]。

3.2 經濟節能性比較

3.2.1 燈具購置費用

燈具壽命及購置費用比較如表3所示。

表3 燈具壽命及購置費用比較

燈具壽命/h單價/元年更換數數量年成本/元100W白熾燈100088．791633332W環形燈10000400．87551914C21LP?N?60W350003280．25282296C22DL?Q8?30W350001680．251184956

由表3可見,原方案年成本為8 247元,改造後方案為7 252元。因此,LED燈具雖初期購置費用較高,但從長期使用角度上考慮是更加優化的選擇。

3.2.2 燈具維護費用

劇場燈光開閉頻繁,原方案燈具維修頻繁,維護成本高,且燈具安裝於馬道下方,維修困難,存在一定安全隱患。採用壽命更長的LED燈具,可解決因燈具損壞造成的諸多問題。

3.2.3 燈具能耗比較

年耗電量的計算方式是按劇場照明燈具每天工作時間4 h,每年工作120 d來計算的。原照明方案中,年耗電量為1 296 kWh,用電費用為1 036.8元;LED照明改造方案中,年耗電量為624 kWh,用電費用為504元。

3.2.4 經濟比較分析

通過對比劇場LED燈與傳統燈具的購置費用、燈具維護費用和用電費用,表明使用LED燈具的成本約是普通燈具的50%,在節能方面效果顯著。

自2011年以來,國家發展改革委員會提出要進一步加快發展和推廣節能燈,逐步淘汰家居、辦公、酒店等通用照明領域中被廣泛使用的白熾燈,同時加大對照明行業的財政補貼,支持半導體照明產業健康發展,顯示我國對照明能耗控制的決心。

3.3 環保比較

LED光源是一種發光顏色純正,不含紫外和紅外輻射的綠色光源。現階段,市面上大量使用的熒光燈、金屬鹵化物燈等含有害重金屬汞,生產過程和廢管的不當處理都會對環境造成污染。

劇場LED照明改造後,對現場燈光進行實地測試。改造後照度實測結果如表4所示。由表4可見,現場照度有顯著提高,燈光的控制更加便捷,滿足不同場景需求。現場實測數據與DIALux模擬結果相差不大,驗證了LED照明改造方案的可行性。

表4 改造後照度實測結果 lx

模式位置測試點1測試點2測試點3測試點4測試點5測試點6測試點7平均照度全亮1F地面(主席台)3553513723733623423633601F座位6796907117207106806506912F座位48148946050047049648648380%點亮1F地面(主席台)2752882902872872762802831F座位3874083984324253873904002F座位39140440440640240139540050%點亮1F地面(主席台)1791881871801811851801821F座位2272452612512432502322442F座位223240240256251241215238

劇場LED照明改造後效果如圖4所示。

圖4 劇場LED改造後效果

本文結合某學校劇場改造項目,進行了以提高照度、節能降耗為目的的照明系統研究及改造,並對改造前後的照明效果進行了比較分析,驗證了LED燈具在劇場照明改造方案中的可行性與優越性,可為類似新建劇場採用LED照明提供參考。LED照明方案具有一定的局限性,主要是當前LED照明產品沒有統一的規格,國內企業生產的LED照明產品的參數不統一,電氣設計人員無法正確選型。隨著科學技術的不斷發展,LED在劇場照明中的應用前景廣闊。

參考文獻：

[1] 竇林平.2016中國LED照明行業趨勢展望[J].照明工程學報,2016(1):44-48.

[2] 馮思偉.LED在工業廠房照明設計中的應用[J].照明工程學報,2015,25(3):28-29.

[3] 何偉,楊春宇.多功能報告廳舞檯燈光照明設計[J].燈與照明,2015,39(2):6-7.

Lighting Design of Theater Based on DIALux Software

WANG Xiaopeng, LI Ping

(The Architectural Design & Research Institute of Zhejiang University Co., Ltd., Hangzhou 310007, China)

Abstract：Combining by a school theater renovation project as an example,the three-dimensional model was established by using DIAlux software.The simulation,calculation and optimization of LED lighting solution were adopted,in order to achieve the best lighting effect.The energy conservation and environmental protection,performances between LED lighting solution and the original lighting solution were compared.The measurement results validate the feasibility of LED lighting solution.

Key words：theater building; lighting design; DIALux simulation software; LED lamp

汪小芃(1991—),女,從事建築電氣設計工作。

中圖分類號：TU 88

文獻標誌碼：B

文章編號：1674-8417(2017)03-0051-04

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2017.03.014

收稿日期：2016-10-23

李 平(1970—),男,高級工程師,從事建築電氣設計工作。

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