基于DIALux的剧场照明设计

GXF360 2017-06-02

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基于DIALux的剧场照明设计

汪小芃, 李平

(浙江大学建筑设计研究院有限公司, 浙江杭州 310007)

摘要：结合某学校剧场改造工程实例,运用DIAlux软件建立三维模型,对剧场采用的LED照明方案进行了系统的模拟、计算及优化,以达到最佳照明效果,并与原照明方案在节能环保及性能方面进行了对比分析。测试结果验证了LED照明改造方案的可行性。

关键词：剧场建筑; 照明设计; DIALux仿真软件; LED灯具

0 引言

近年来,随着我国经济的快速增长和文化产业繁荣,对剧场建筑的照明提出了更高的要求,不仅需要满足演出表演时的灯光需要,同时要求在电影放映、会议举行等不同的灯光环境下满足场景灯光的需求。因此,为响应国家绿色建筑的节能政策,选用更高效的光源取代当前常用的传统灯具,对可持续发展和环境保护都有着深远的意义[1-2]。

本文结合某学校剧场LED改造工程,运用DIALux软件仿真,对比分析了LED照明改造方案与原有照明方案在节能环保及性能方面的不同,验证LED照明改造方案的可行性。

1 工程概况

至2015年,某学校学生剧场投用已近10年,部分灯光设备老化,故障时有发生,平均照度实测只有50 lx,远达不到规范的照度要求;晶闸管调光设备全部损坏,已无法满足正常使用需求。因此,需要对该剧场进行优化改造,适应未来发展需要。改造设计依据GB 50034—2013《建筑照明设计标准》,确定剧场不同区域的照度、照明光源、灯具类型、灯具布置及安装方式等。改造方案选用大功率LED灯替换原有传统照明灯具,以提高照度,并达到节能、改善照明质量等目的。照明灯具对比如表1所示。

表1 照明灯具对比

原照明灯具LED照明灯具100W白炽灯C21LP?N?60W32W环形节能灯C22DL?Q8?30W

2 DIALux软件仿真

DIALux是一款可模拟计算室内外照明的仿真软件,为实际配置灯具提供比较准确的参考信息,可导入CAD文件,建模快速,能实现照明设计及仿真计算的要求,并提供完整的数码报表及三维效果图。采用DIALux模拟高大空间建筑(剧院),可提高计算精确度,得到更优化、更合理的设计方案,提高工程质量。

LED改造方案中,剧场空间的三维视图和灯具布置如图1、图2所示,可直观地了解剧场的灯具布置情况和效果。经过多次方案调整,调节灯具功率等参数,并通过模拟仿真,确定灯具参数和布置方式。

图1 剧场空间的三维视图

图2 灯具布置

DIALux模拟的照度效果如图3所示,达到了剧场的照明要求。

图3 DIALux模拟的照度效果

3 LED灯方案与传统灯具方案的比较

3.1 光源性能比较

3.1.1 基本性能

白炽灯、环形灯与LED灯性能对比如表2所示。

表2 白炽灯、环形灯与LED灯性能对比

指标白炽灯环形灯LED灯光源功率/W1003230光效/(lm/W)10～2055～8080显色性Ra≥80≥80≥80寿命/h10001000035000发热量高高低频闪度无频闪有频闪无频闪启动性能瞬时启动差，低温时难以启动瞬时启动光衰大大小

由表2可见,LED灯具的各项性能相较于传统白炽灯和荧光灯更优越。LED灯具有稳定的电性能,芯片使用宽电压、宽频率输入,无频闪,能适应更大范围的电压波动。因此,市电的波动不影响LED灯具,而电源电压高低波动会大大缩短传统荧光灯和白炽灯的使用寿命,并造成频闪,影响照明质量。LED灯具采用高效恒流驱动电路,通断电响应时间短,适合频繁开关的场合,在保证品质的条件下寿命已高达数万小时。传统荧光灯每启动一次,灯管的灯丝受高压冲击,启动时的电流是正常点燃时电流的2～3 倍,加速灯丝上电子发射物质的消耗,缩短使用寿命。

3.1.2 灯光控制

传统灯具调光困难,需采用大型晶闸管调光设备,设备易损且占用空间。LED灯具的光源和控制、驱动电源结合,直接使用220 V交流电源,并受DMX 512信号的控制,不再需要传统的晶闸管调光器。改造前,剧场2F预留专用调光室,造价高,调光操作复杂,使用不到8 a全部损坏。改造后,LED灯光调光回路控制线直接引至音响灯光控制室,与调光盘相连接,可根据不同应用环境快速调节剧场的灯光亮度,得到更好的使用效果[3]。

3.2 经济节能性比较

3.2.1 灯具购置费用

灯具寿命及购置费用比较如表3所示。

表3 灯具寿命及购置费用比较

灯具寿命/h单价/元年更换数数量年成本/元100W白炽灯100088．791633332W环形灯10000400．87551914C21LP?N?60W350003280．25282296C22DL?Q8?30W350001680．251184956

由表3可见,原方案年成本为8 247元,改造后方案为7 252元。因此,LED灯具虽初期购置费用较高,但从长期使用角度上考虑是更加优化的选择。

3.2.2 灯具维护费用

剧场灯光开闭频繁,原方案灯具维修频繁,维护成本高,且灯具安装于马道下方,维修困难,存在一定安全隐患。采用寿命更长的LED灯具,可解决因灯具损坏造成的诸多问题。

3.2.3 灯具能耗比较

年耗电量的计算方式是按剧场照明灯具每天工作时间4 h,每年工作120 d来计算的。原照明方案中,年耗电量为1 296 kWh,用电费用为1 036.8元;LED照明改造方案中,年耗电量为624 kWh,用电费用为504元。

3.2.4 经济比较分析

通过对比剧场LED灯与传统灯具的购置费用、灯具维护费用和用电费用,表明使用LED灯具的成本约是普通灯具的50%,在节能方面效果显著。

自2011年以来,国家发展改革委员会提出要进一步加快发展和推广节能灯,逐步淘汰家居、办公、酒店等通用照明领域中被广泛使用的白炽灯,同时加大对照明行业的财政补贴,支持半导体照明产业健康发展,显示我国对照明能耗控制的决心。

3.3 环保比较

LED光源是一种发光颜色纯正,不含紫外和红外辐射的绿色光源。现阶段,市面上大量使用的荧光灯、金属卤化物灯等含有害重金属汞,生产过程和废管的不当处理都会对环境造成污染。

4 照度测量结果

剧场LED照明改造后,对现场灯光进行实地测试。改造后照度实测结果如表4所示。由表4可见,现场照度有显著提高,灯光的控制更加便捷,满足不同场景需求。现场实测数据与DIALux仿真结果相差不大,验证了LED照明改造方案的可行性。

表4 改造后照度实测结果 lx

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

剧场LED照明改造后效果如图4所示。

图4 剧场LED改造后效果

5 结语

本文结合某学校剧场改造项目,进行了以提高照度、节能降耗为目的的照明系统研究及改造,并对改造前后的照明效果进行了比较分析,验证了LED灯具在剧场照明改造方案中的可行性与优越性,可为类似新建剧场采用LED照明提供参考。LED照明方案具有一定的局限性,主要是当前LED照明产品没有统一的规格,国内企业生产的LED照明产品的参数不统一,电气设计人员无法正确选型。随着科学技术的不断发展,LED在剧场照明中的应用前景广阔。

参考文献：

[1] 窦林平.2016中国LED照明行业趋势展望[J].照明工程学报,2016(1):44-48.

[2] 冯思伟.LED在工业厂房照明设计中的应用[J].照明工程学报,2015,25(3):28-29.

[3] 何伟,杨春宇.多功能报告厅舞台灯光照明设计[J].灯与照明,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