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浅析工业厂房电气照明设计

发表时间：2020/11/26 来源：《基层建设》2020年第22期作者：梁星基

[导读] 摘要：我国制造业已经站在世界的前列，随着经济的不断发展，为满足国民的需求日益增长，工业厂房依然不断兴建。

        中国轻工业广州工程有限公司 511447
        摘要：我国制造业已经站在世界的前列，随着经济的不断发展，为满足国民的需求日益增长，工业厂房依然不断兴建。与此同时，工业厂房的需求也变的更高，照明技术也不断进步，更高效，节能环保的光源、灯具供使用，赋予工业厂房照明设计新的思路。以下根据工业厂房的特点结合当前的国家规范、相关政策要求，做工业厂房照明设计方案探讨。
        关键词：工业厂房；照明设计；
        1 工业厂房的特点，工业厂房照明的一般要求
        工业厂房一般都是赋予的生产工艺需求，具有明显的生产流线特性，由不同的功能区域根据生产工序整合组成。不同的生产工艺有着不同的需求，有着不同的照明要求，这也决定了工业厂房的建筑结构型式。工业厂房按建筑结构型式分：单层工业建筑，多层工业建筑。单层厂房的，一般情况下属于高大空间，层高高，跨度大，如：电缆厂房，变压器厂房，汽车，机械加工等；多层厂房，一般层高不算很高，如手工加工类型：制药厂，电子厂，珠宝厂等。
        生产工艺的多样性，决定了厂房的功能的多样性，也存在较多的特殊环境场所。比如：洁净场所，爆炸危险环境场所，火灾危险场所，高温，潮湿，震动，腐蚀等。这些因素都影响的照明设计方案的选择。
        工业厂房照明的要求应做到：安全、可靠，高照明质量，绿色节能环保。以下根据工业厂房的特点，结合这些要求对普通的照明（生产需求的照明）做具体分析，应急照明等不在此论述。
        2光源、灯具的的选择
        光源的选择：应先考虑生产的需求，根据显色性、色温、频闪，启动时间等要求选，在满足其生产的基本要求情况下，综合考虑能效，寿命，维护等综合考虑经济分析比较后选择。一般的工业厂房的生产车间的显色指数（Ra）不少于80，具体可参照规范《建筑照明设计标准》相关的要求。目前常用的在厂房光源：荧光灯，金属卤化物灯，高压钠灯，LED灯。这些灯具都具有光效高，寿命长的特点。在目前的技术，这几种光源各有的特点，设计时，应根据工程实际情况来选用。天然光是一种节能环保的光源，需与建筑专业做深入的配套设计，加强天然光的利用，提高采光系数，适当增加采光窗，天面采光板，导光系统采用。在当前的国家的政策下，绿色建筑推行加快，未来工业项目也必将往此方向发展，对天然光利用也必然增强。
        灯具的选择，光源是一重要因素，还需考虑安装高度，生产场所的环境等。为安全，灯具的选用必须与其所在生产环境相适应的。比如食品加工的蒸煮潮湿场所，应采用防水型，不低于IP44的灯具。面粉车间的多尘场所，属于粉尘爆炸危险环境。选择灯具时应考虑粉尘的分类，以及判断爆炸性粉尘环境出现的频繁程度和持续时间。经查找相关的规范可知，面粉粉尘属于Ⅲ B，面粉车间属于21区。因此应采用粉尘防爆的灯具防护灯具不低于IP6X，灯具类别不低于Ⅲ B、Db。比如饮料厂，香精房属于爆炸危险性气体环境，同样需判断爆炸危险物的特点，根据爆炸危险性环境的划分，爆炸性气体混合物分级，温度组别，选择相应的防爆灯具。有洁净要求的区域，应根据其洁净度灯具，选用满足其洁净度的灯具。洁净区的灯具多采用吸顶安装的灯具。
        根据场所的高度选择灯具：一般荧光灯灯具配光穿透力弱，功率小，适合低空间场所，金属卤化物灯，高压钠灯，LED天棚灯，其功率大，且穿透力强，适合高大空间场所。高大空间的场所灯具选择需综合考虑场所的高度，照度值要求，均匀度要求，灯具的功率，灯具的配光曲线（宽配光曲线、中配光曲线，窄配光曲线等），初投资，运行，维护等因素。这些因素都是相互联系，只有多做几个方案，并进行经济分析，才能得到较优的方案。特别对于高大空间厂房，选择灯具时注重考虑日后的维护，厂房使用后车间里面布上的生产设备，维修的登高车也没法进场工作，此种情况下，维护是比较困难，因此减少灯具维护是十分重要的，可优先考虑采用寿命长的灯具。在满足照明质量的要求的情况下，尽量减少灯具类型，可以在整个项目中节省成本。
        表4.3.1直接型灯具的遮光角

        灯具的选择应考虑眩光限制：根据《建筑照明设计标准》GB 50034-2013中4.3.1条要求：长期工作或停留的房间或场所，选用的直接型灯具的遮光角不应小于表4.3.1的规定。
        3照明方式，照度的确定
        照明方式的选择应要安全，经济合理。针对不同的生产工段，可采用分区一般照明。随着工业厂房生产自动化程度高，现场的操作人员会越来越少，应多考虑采用混合照明的照明方式，即是一般照明加局部照明的方式。由于生产工艺的特殊性，一般设计人员不完全了解生产现场实际情况，不如使用者的生产经验丰富，设计时应咨询他们的意见后综合考虑。在本人设计的某电缆厂项目，属于搬迁项目，设计中采用的分区一般照明，比如厂房A：高大空间区域采用150lx的照度，低空间区域采用300lx。生产车间（高大空间区域）按规范要求是做到300lx，而业主要求使用150lx，原因是：电缆厂的自动化程度提高了，空间范围的大，工作位置密度不大，可以通过岗位照明来提高部分区域的照度。在150lx的照度下，厂房A（高大空间部分面积：284.4mx84m），布置了192盏400W的金卤灯，厂房B（高大空间部分面积：112mx54m），布置了78盏同样的灯具，整个项目节省的270盏400W的金卤灯，同时也节省了日后运行，维护费用。现在根据现场的情况回访及业主的反应，目前晚上加班作业时的灯光效果良好，白天视室外的日照情况开启照明。
        4灯具的布置、控制照明配电
        照明灯具的布置、控制、配电是一个相互联系的整体。灯具的布置应综合考虑：（1）工艺功能分区、流线，（2）建筑结构的型式，（3）日照，自然光的利用。以下同样以某电缆厂项目为例，其简单布置示意如下：

        由于生产流线很明显，灯具的布置沿流线方向成行分布，24x8盏分布，回路配电、控制同样按此原则分组。这样，可根据实际情况决定靠近外窗的灯是否开启，实际使用的反应，基本是不用开外窗的灯具，靠自然光都能满足使用，起到节能的作用。在同一流线中，也有着不同的功能分区，比如流线1，存在的6个功能分区，照明回路的配电，控制同时结合了功能分区。厂房的灯具布置应避免碰撞及遮挡，利用钢结构的梁，网架等固定，与行车保持一定的安全距离，并避开建筑上气楼，采光带，躲开各种管道和高大设备等。高大空间的灯具的安装还需考虑日后的维护问题，，厂房使用后车间里面布上的生产设备，维修的登高车也没法进场工作。
        照明的回路控制：目前工厂项目，普遍用的是就地控制和现场配电箱控制。通过控制现场的开关（或按钮控制主回路的控制器）或控制现场配电箱的配电开关（或加接触器按钮）控制。此方式直接，方便，根据需求，人工操作控制。随着技术的发展，智能控制系统是一种趋势，将会更多地应用在工业厂房的照明控制中。
        照明回路的配电应做到安全可靠。照明回路的配电箱与动力配电回路分开设置，生产动力的用电负荷变化大，减少电压波动和闪变的影响，配电出线回路应做到三相保持平衡。为减少气体放电灯的频闪效应：配电回路时考虑采用相邻灯具分接在不同相序。配电的线路不宜太长，一般不超过50米，由于线路长，单相接地故障电流小，需校验，可通过调小断路器、加大电缆、电线的截面或采用剩余电流动作保护器作接地故障保护。
        照明的回路额开关特性选择，一般功率小的可采用C特性，启动长，启动电流的是可考虑采用D特性躲过启动电流，对应大功率的LED灯，谐波较大，可考虑采用专门LED灯保护断路器。超过12m的高大空间中照明回路需设置具有探测故障电弧功能的电气火灾监控探测器。爆炸性环境的线路保护，采用2P开关保护，同时保护相线和中性线，并同时断开。
        爆炸危险区域灯具配电线路安装需满足：远离释放源，防爆区内采用电气线路沿墙、沿梁明敷，穿保证质量的低压流体输送用镀锌焊接钢管，为了防腐蚀，钢管连接的螺纹部分应涂以铅油或磷化膏。在可能凝结冷凝水的地方，管线上应装设排除冷凝水的密封接头；2.防爆场所布线用的钢管采用低压流体输送用镀锌焊接钢管，其管与管，管与设备以及钢管与配件的连接采用螺纹连接时，螺纹的啮合应是严密的，钢管螺纹旋合不得少于5扣。
        洁净区的灯具当灯具嵌入顶棚暗装时，安装缝隙应有可靠的密封措施，做好防静电措施，其保护管控制在吊顶内，当在洁净区明敷时，采用不锈钢管保护。
        4结论
        工业照明的发展历程，白炽灯→荧光灯→金卤灯→LED技术。无论照明技术的如何发展，基本的原则还是不变的：安全，保证照明质量，经济合理，节能环保。LED照明的采用低压的开关电源供电，可控性很强，会是未来照明的重点。随着国家对LED技术的大力推进，伴随着控制软件系统，硬件的开发，配合5G技术的应用，智能化在工业照明中将起越来越重要的作用，未来将看到越来越先进的照明技术。绿色节能的照明技术将会是工业4.0的革命时代其中一个亮点。
        参考文献：
        [1].《建筑照明设计标准》GB 50034-2013 中国建筑工业出版社
        [2] 《照明设计手册》（第三版）中国电力出版社