錢 群，宿天賦

(天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院，天津 300384)

引言

常見的傳統(tǒng)照明計(jì)算方法有利用系數(shù)法、概算曲線法、逐點(diǎn)計(jì)算法等，這些方法基本上依賴燈具廠商提供的燈具信息或產(chǎn)品規(guī)格書，在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)，采用上述方法不僅復(fù)雜繁瑣，而且計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，計(jì)算機(jī)照明輔助設(shè)計(jì)成為照明設(shè)計(jì)師在進(jìn)行光學(xué)照明設(shè)計(jì)時(shí)所采用的主要手段之一，因此，照明燈具的光強(qiáng)分布曲線文檔是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中燈具數(shù)據(jù)來(lái)源的重要組成部分，本文主要介紹以北美照明學(xué)會(huì)推出IESNA LM-63的文檔中(簡(jiǎn)稱IES文檔)各部分表述的含義，以及在計(jì)算機(jī)照明輔助設(shè)計(jì)軟件DIALux中的應(yīng)用[1-4]。

1 燈具的光強(qiáng)分布曲線定義

1.1 燈具配光

在光源發(fā)光時(shí)，光線的傳播方向可能與實(shí)際希望達(dá)到的方向不符，就需要人為地設(shè)計(jì)特定的結(jié)構(gòu)來(lái)改變光線的傳播方向，對(duì)光線傳播的空間分布進(jìn)行重新調(diào)整，使光線在空間的分布達(dá)到所需的狀態(tài)，這種對(duì)光線傳播方向進(jìn)行控制的方式叫做燈具的配光。

1.2 燈具的光強(qiáng)分布曲線

燈具的光強(qiáng)分布曲線俗稱為配光曲線，它是表述燈具的發(fā)光強(qiáng)度在空間上分布的圖形，通常獲取到燈具的光強(qiáng)分布曲線一般有兩種途徑，一種是使用分布光度計(jì)對(duì)燈具進(jìn)行測(cè)量后直接導(dǎo)出燈具的光強(qiáng)分布曲線，另一種是通過(guò)聯(lián)系該燈具的生產(chǎn)廠商獲得[5]。

1.3 配光曲線的表示方法

配光曲線一般有三種表示方法，分別是極坐標(biāo)法、直角坐標(biāo)法和等光強(qiáng)曲線法。

1.3.1 極坐標(biāo)配光曲線

在通過(guò)光源中心的測(cè)光平面上，測(cè)出燈具在不同角度的光強(qiáng)值。從某一方向起，以角度為函數(shù)，將各角度的光強(qiáng)用矢量標(biāo)注出來(lái)，連接矢量頂端的連接就是照明燈具極坐標(biāo)配光曲線。如果燈具是有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸，則只需用通過(guò)軸線的一個(gè)測(cè)光面上的光強(qiáng)分布曲線就能說(shuō)明其光強(qiáng)在空間的分布，如圖1所示。

圖1 極坐標(biāo)配光曲線Fig.1 Polar coordinate light distribution curve

1.3.2 直角坐標(biāo)配光曲線

對(duì)于聚光型的燈具，由于光束集中在十分狹小的空間立體角內(nèi)，很難用極坐標(biāo)來(lái)表達(dá)其光強(qiáng)度的空間分布狀況，就采用直角從配光曲線表示法，如圖2所示，以豎軸表示光強(qiáng)，以橫軸表示光束的投角，如果是具有對(duì)稱旋轉(zhuǎn)軸的燈具則只需一條配光曲線來(lái)表示，如果是不對(duì)稱燈具則需多條配光曲線表示。

圖2 直角坐標(biāo)配光曲線Fig.2 Rectangular coordinate light distribution curve

2 燈具的光強(qiáng)分布曲線格式解析

2.1 光強(qiáng)分布曲線LM-63-2002格式解析

本文主要介紹的燈具光強(qiáng)分布曲線是以北美照明學(xué)會(huì)推出IESNA LM-63的文檔(簡(jiǎn)稱IES文檔)為主，IESNA LM-63格式的配光曲線，都是以“.IES”擴(kuò)展名結(jié)束，采用的是ASCⅡ文本文檔，文件的首行一般為IESNA91、IESNA：LM-63-1995、IESNA：LM-63-2002或ANSI/IES LM-63-19開頭，代表IES文件的不同版本，截止到目前ANSI/IES LM-63-19為最新版，但目前市場(chǎng)主流的檢測(cè)設(shè)備還是采用的IESNA：LM-63-2002版本，所以本文以IESNA：LM-63-2002版本為例進(jìn)行舉例說(shuō)明，在IESNA：LM-63-2002后面，直到“[TILT]=”之前，是燈具、實(shí)驗(yàn)室和檢測(cè)信息等的關(guān)鍵信息部分，每個(gè)關(guān)鍵信息都加上方括號(hào)“[ ]”,其格式如下：

IESNA:LM-63-2002

[TEST]<檢測(cè)報(bào)告編號(hào)>

[TESTLAB]<實(shí)驗(yàn)室名稱>

[TESTDATE]<檢測(cè)時(shí)間>

[ISSUEDATE]<燈具制造商發(fā)行IES文件日期>

[OTHER]其他信息

[MANUFAC]<燈具制造商>

[LUMCAT]<燈具產(chǎn)品代碼>

[LUMINAIRE]<燈具描述>

[LAMPCAT]LED<燈管型錄號(hào)碼>

[LAMP]LED<用在光度測(cè)定報(bào)表中的燈管描述>

TILT=NONE<光輸出無(wú)變化>

<光源數(shù)> <每個(gè)光源的光通量> <光強(qiáng)的乘數(shù)因子> <垂直角度個(gè)數(shù)> <水平角度個(gè)數(shù)><光度測(cè)定法形式 1:Type C,2:Type B,3:Type A><燈具光通量度量單位類別> <光源的寬><長(zhǎng)><高><鎮(zhèn)流器系數(shù)> <未來(lái)使用系數(shù)> <功率><垂直角度數(shù)列>< 水平角度數(shù)列>

<第一行水平角度光強(qiáng)值數(shù)列>

……

<最后一行水平角度光強(qiáng)值數(shù)列>

2.2 LED 100W路燈的IES文檔實(shí)例

以一款100W LED路燈的光強(qiáng)分布曲線檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的IES文件為例，c、γ角的采樣間隔為15°，通過(guò)IES文檔數(shù)據(jù)可以看出，該燈具的光通量為15512.0 lm，根據(jù)IES文件中各角度光強(qiáng)值結(jié)合環(huán)帶光通法可計(jì)算出燈具的環(huán)帶光通量和總光通量，IES文件格式如下：

IESNA:LM-63-2002

[TEST] LED-100W

[TESTLAB] EVERFINE

[TESTDATE] 2018-08-20

[ISSUEDATE] 2017-09-17 11:51:45

[OTHER] EVERFINE GO-R5000_V2 SYSTEM

[MANUFAC]

[LUMINAIRE]

TILT=NONE

1 15512.0 113 25 1 2 0.320 0.510 0.200 1.000 1 104.1

0.0 15.0 30.0 45.0 60.0 75.0 90.0 105.0 120.0 135.0 150.0 165.0 180.0

0.0 15.0 30.0 45.0 60.0 75.0 90.0 105.0 120.0 135.0 150.0 165.0 180.0 195.0 210.0 225.0 240.0 255.0 270.0 285.0 300.0 315.0 330.0 345.0 360.0

4998.10 5471.94 5305.97 3331.53 851.05 295.37 3.30 17.07 23.96 23.87 16.40 11.47 12.41

……

4998.10 5471.94 5305.97 3331.53 851.05 295.37 3.30 17.07 23.96 23.87 16.40 11.47 12.41

在光通量的計(jì)算中，Φ為光通量(lm)，I(θ,φ)為發(fā)光強(qiáng)度(cd)，θ、φ為空間角，公式如式(1)：

(1)

3 IES文檔在照明設(shè)計(jì)軟件中的應(yīng)用

3.1 DIALux簡(jiǎn)介

DIAL公司成立于1989年，原名為德國(guó)應(yīng)用照明技術(shù)研究機(jī)構(gòu)，DIAL公司的總部位于德國(guó)的呂登沙伊德，同時(shí)也是全德國(guó)照明產(chǎn)業(yè)中心。DIALux是DILA公司開發(fā)的一款專業(yè)的照明設(shè)計(jì)軟件，此軟件可免費(fèi)獲得，并適用于所有燈具廠家提供的燈具。DIALux是當(dāng)今市場(chǎng)上最具功效的照明計(jì)算軟件，它能滿足目前所有照明設(shè)計(jì)及計(jì)算的要求。為了保持它特有的市場(chǎng)地位，DIALux一直在不斷地更新發(fā)展。同時(shí)，它所有的更新升級(jí)版都供每個(gè)用戶免費(fèi)使用。

3.2 照明環(huán)境的搭建

以一種道路照明設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)搭建的道路照明環(huán)境為雙向4車道，路寬6 m，模擬路面為CIE R3瀝青混凝土路面，平均亮度系數(shù)為Q0，如圖3所示。

圖3 道路模型設(shè)計(jì)參數(shù)Fig.3 Road model design parameters

3.3 IES文檔的導(dǎo)入

以100W LED路燈的IES為例，在DIALux軟件中選擇“插入-燈具-導(dǎo)入燈具文件-打開100W LED路燈的IES文檔”后，燈具被添加到軟件中的“現(xiàn)用燈具”內(nèi)，如圖4所示。

圖4 導(dǎo)入燈具文件Fig.4 Import lamp file

3.4 燈具布置

根據(jù)CJJ45—2015《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中5.1照明方式及選擇燈具的配光類型、布置方式與燈具的安裝高度、間距關(guān)系的要求需滿足各項(xiàng)要求[6-8]，如表1所示。

表1 路燈布置要求

在DIALux軟件建模中，模擬道路路燈的布置要求，設(shè)計(jì)LED燈具的布置方式為燈高10 m，燈間距30 m，仰角15°，燈具的懸挑長(zhǎng)度1.5 m，采用雙側(cè)對(duì)稱排列方式，如圖5所示。

圖5 模擬路燈設(shè)計(jì)Fig.5 Analog street lamp design

3.5 計(jì)算

當(dāng)在DIALux中設(shè)置好各項(xiàng)參數(shù)后，就可以進(jìn)行軟件的模擬計(jì)算了，點(diǎn)擊“開始計(jì)算”，DIALux會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)場(chǎng)景的復(fù)雜程度來(lái)評(píng)估計(jì)算時(shí)間，計(jì)算完成后會(huì)顯示出計(jì)算結(jié)果[9]，如圖6所示。

圖6 模擬計(jì)算Fig.6 Simulation calculation

3.6 結(jié)果

計(jì)算完成后，在DIALux軟件的報(bào)表界面，選擇“顯示完整報(bào)表”即可查看各項(xiàng)的照明結(jié)果，例如：“路面的平均輝度、均勻度、Ti、照度、等照度曲線”等各項(xiàng)結(jié)果均可查看，如圖7所示。

圖7 計(jì)算結(jié)果Fig.7 The calculation results

4 結(jié)束語(yǔ)

光強(qiáng)分布曲線的電子文檔是燈具性能的數(shù)字化表現(xiàn)形式，其特有的數(shù)據(jù)格式可以將燈具的各項(xiàng)參數(shù)及性能完全的展示出來(lái)，我國(guó)的照明燈具生產(chǎn)廠家、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)、軟件開發(fā)及燈具照明設(shè)計(jì)等產(chǎn)業(yè)都應(yīng)該熟悉燈具的光強(qiáng)分布曲線及其標(biāo)準(zhǔn)化的格式，以便推進(jìn)整體行業(yè)的快速發(fā)展。