船舶舱室内部光照的设计

船舶舱室内部光照的设计徐晗滔江苏科技大学船海系，江苏张家港(215600)E-mail：[e-mail]摘要：本文给出了船舶内部舱室全天候的照明条件，主要是由是由天然采光和人工照明两部分组成。天然采光在室内是借助于窗户来实现的；舱室人工照明则按不同功能可分为：舱室照明（一般分明视照明和艺术照明）和应急照明两种。关键词：采光、照明、视觉、舒适。1.引言人的生活离不开光。光辐射引起人的视觉，人才能看清周围的环境，获得信息。无论白天和夜间，舒适的光环境对任何人都是至关重要的。船舶内部的天然采光是极不理想的。主船体由于有水密要求，只能设置透光面积很小而且数量有限的舷窗，白天舱内光线昏暗，不得不依靠灯光照明来补充。上层建筑则要好一些，但与陆上建筑相比，采光窗小，采光效果差，尤其是部分远离舷侧的中部舱室，没有面向外部空间的壁面，无法设窗获得天然光照。船上的人工照明，由于受到船舶电站功率的限制，无法按照陆上照明设计的标准进行。在紧急情况下的应急弱视照明，通常由蓄电池或应急电站供电，供电量有限，光照条件也不理想。如何从人的视觉特性出发，合理设计光环境，改善船内光环境条件，也是改善船舶适居性提高工作效率的重要方面。舱室内光照环境分为天然采光与人工照明两种。2.系统介绍2.1天然采光天然采光在室内是借助于窗户来实现的。由于天然光线的照度和光谱性质，以及它与室外自然景色的联系，故可以提供人们所关心的气候状态，三维体的空间定时、定向及其它动态变化信息。因此，通过各种不同形状窗户的天然采光可以在室内创造出富于情感的气氛。而天然采光的设计，必然是窗户形状及其位置排列的设计。窗的设置主要用来采光，有时兼备眺望、自然通风。在大、中型船上，还要求公共舱、住舱、办公舱室等人员逗留场所的窗可兼作应急逃生口。从上述功能要求看，窗面积愈大愈好。然而，窗太大，取暖空调的能耗势必增大，航行于热带或严寒地区的船，尤其应注意这点。设在干舷甲板以下船壳上及封闭上层建筑内的舷窗还应保证水密和结构坚固的要求，规范对舷窗的大小也有规定。这里，主要从采光的角度讨论窗的设置问题。2.1.1窗的类型船上的窗按其设置部位、形式、结构、材料和功用等有多种分类窗分类【舷窗（sidescuttle）、矩形窗（squarewindow）、甲板窗（decklight）、天窗（skylight）】舷窗有固定式和活动式，前者不能开启，后者可开启，按水密承压能力分重型（7~10m水柱），普通型（5~10m水柱），轻型（2m，以下水柱）。在水密区域里的窗，设有防暴盖，这样的窗在风暴天气时无法保持采光。从采光角度，窗数量愈多，直径愈大愈好，但往往受限制。矩形窗用于无水密要求的上层建筑内，承压小于5m水柱，透光尺寸（宽*高）愈大承压愈低。甲板采光窗安装与甲板平面齐平，透光面用棱形玻璃，使甲板下的空间接受的不是直照阳光，而时均匀柔和的散射光，通常作公共舱、通道等顶部采光用。天窗窗盖可开启，盖上圆形或矩形透光玻璃，除采光外还兼作自然通风之用，一般在机舱、炉舱、厨房或小船舱室顶上设置。窗形及其位置排列的设计必须注意以下几点。（1）窗户的采光面积以及窗户的数目应根据室内光照所需而定。（2）当窗户横向排列时，从船舶结构的功能条件出发，应尽可能少地切断横向肋骨，以免影响船舶局部强度。（3）不同形状的窗户给人以不同的情感气氛。必须结合总体外形及舱室主题思想给予合适地选择。譬如，水平方窗可以使人感到舒展、开阔。垂直方窗可以取得条屏挂幅式的景观和大面积的实面。圆形的水密舷窗，在海轮中给人以封闭、稳定、安全感。大型落地窗在小型的旅游客船中可以获得亲切的感觉以及从舱室向外延伸与室外紧密联系的感觉。前倾的平行四边形窗给人一种运动感，适于在内河快速客轮和游艇上使用。透过天窗，可以看到天光云彩并提供时光信息，消除了置身于六面体盒子结构中的窒息感觉。至于在游船的公共舱室中的各种漏窗、花格窗，由于光彩交织、似透非透、虚实对比，投射到舱壁地面上的更是变化多端、生动活泼。2.1.2窗的配备一般船员舱设一扇窗，高级船员起居室设二扇窗的较多。餐厅、吸烟等公用舱室视外舷壁的地位设2~4扇窗。若结构加强不受限制，则限界线以下的人员住舱应设采光舷窗，只是数量应减到最少。舷窗，小船一般用300，最小250，大中型多用300以上。方窗，同样根据肋骨间距大小配以合适的窗，另考虑水密承压要求。透光尺寸300*400可承5m(水柱压力，350*50、400*550、450*600窗承压2m(水柱。在上层建筑内的一般舱室之窗，大规格的（550*600、600*700、800*900）窗用于要求视野广阔的驾驶室。2.1.3窗的布置窗的设置和布局对室内采光、舱室布置及船的外观都关系极大。首先，窗布局应有利于室内较合理而均匀地采光。天然光照度沿室进深的分布：近窗口处照度高，室中却已降低较多，到室进深尽头已极弱。因此，若舱室相邻两壁都是外壁时，同时在两壁上都开窗，并偏离于两壁交角，有利于整个室内照度的均布。实际上相对两壁开窗能使光分布较为理想，但船上除大厅室或统舱外，一般空舱或居室这样设置的可能性较小。而且相邻两壁都能开窗的室也不多。窗仅能一侧布置时，一扇窗最好在室长中部。两扇窗应适当拉开，使两侧也能有一定光照。其次应配合室内的布置。窗口附近的照度较高，一般总是把需要光照条件好的家具（如写字台）布置在靠窗处。有时室内布置难以变更时，有的也适当移动窗位置以便照顾部分采光的需要。最后还应审视全船门窗的设置对船外观美的影响，每一层甲板的窗的大小、高低、型式要尽可能统一，窗高连线应平行于弧线，使窗的间隔分布富有韵律感。人站立时眼睛高度范围为1300-1700mm。一般舱室窗的中心线高度可设在1500mm或1650mm处，游览船则要求在坐位时也能观赏外景者例外。2.2人工照明舱室人工照明按不同功能可分为：舱室照明（一般分明视照明和艺术照明）和应急照明。舱室设计所关注的是舱室照明，关心在明视照明下室内照度是否充分，视感是否舒适。而艺术照明在船上，特别是客船上已成为美化环境所不可忽视的手段之一。应急照明涉及船舶遇难时人员安全逃生的问题。因此，应急照明的设计还应充分考虑逃生线及登艇场所等。人工照明与自然采光不同。自然光线的光谱中光色是固定的，由红、橙、黄、绿、蓝、紫等色彩组成。人工照明光的冷暖、强弱，光的色相均可以随需要而选取，随时间而变化。倘若配之以色彩的感情象征意义，则在室内可以创造出丰富多变的光照环境。然而，在船舶舱室中不可能像城市建筑那样广泛地运用人工照明的方法去创造室内的环境气氛。作为探讨，某些陆上建筑的室内光照环境的设计方法还是可以借鉴和学习的。2.2.1舱室照明1.电光源人工照明采用的电光源有白炽灯、荧光灯、高压汞灯和高压钠灯等，船舶舱室照明常用的电光源为白炽灯和荧光灯。（1）白炽灯。白炽灯依靠灯丝加热后辐射发光。色温2700-2900K,呈暖色调，显色性较好。但光效低（20lm/w），有效寿命短（约1000h）。起动迅速，直接接电源无需附件，故船上使用较多，特别是启闭频繁处及应急照明。另一种反射型白炽灯，即在玻壳内表面镀金属形成反射面，能聚光或泛光，用于室内或露天甲板作投射照明。（2）荧光灯。荧光灯系气体放电发光的光源。由于其光效比白炽灯高3-5倍且寿命也较长，已广泛用作舱室和通道照明。然而不足之处是，常用的普通荧光灯光色比白炽灯差，在荧光灯照亮下，物色失真，人脸色呈青灰。因此，用于人际活动的公用舱是不理想的。荧光灯大约有四类：①冷光型荧光灯（色温4300K）②日光型荧光灯（色温6500K）③暖白光型荧光灯（色温2900K）对照人或暖色调的舱室用暖白光荧光灯或白炽灯较好。冷色调舱室用冷光荧光灯较佳。而要强调视觉清晰时用日光型为宜。④目前常采用新型三基色窄带荧光灯，这种灯的灯管比普通荧光灯灯管细。最大的特点是光效高（90lm/W）和显色性好（指数）。另外，常用的还有几种节能小型荧光灯———如H型、U型、双D型荧光灯。这类灯的特点是：色温2700K左右接近白炽；显色性好；光效为白炽灯的4—6倍；寿命为白炽灯的5倍，启动和镇流附件组装成一体，可像白炽灯泡那样直接插在普通灯座上使用。但目前生产的这类灯功率较小，不宜作大面积的舱室照明，但可用于台灯、床头灯、梳洗灯等局部照明。2.照明灯具照明灯具是指灯与灯罩的组合。灯罩的作用除保护灯泡，遮挡光源眩光和用来装饰外，更重要的在于控制配光，提高光通利用率。灯具类型，按安装分式分，有吊灯、吸顶灯、嵌入式灯、壁灯、落地灯、台灯等。其中，船上受层高限制，吊灯一般不用。舱室的一般照明多用吸顶灯、嵌入式灯、台灯等。壁灯、台灯、落地灯仅作局部照明，兼装饰和调节环境气氛。嵌入式暗灯大都结合室顶结构构成艺术照明。2.照明装置以灯与舱室内结构或家具组合的照明方式，将光源陷蔽在构件中即成为照明装置。其发出的光照度均匀、光线柔和，无眩光和带阴影的光带、光环或光面，并将光扩散到室内各处，从而改善光环境。船上常用的照明装置有反光顶棚、反光柱、反光梁等反光式照明装置，以及发光带、反光槽之类的透光照明装置。反光顶棚在船上一些公共舱室用得较多，灯隐装在四周檐槽内，光照亮整个顶棚再反射到室内，光线淡雅柔和可形成和谐平静气氛。室内大面积亮顶尤如头顶天空，有自然光感，光环境效果极佳。槽光灯布置合理可以比用单个筒接灯具效率高。缺点是容易积灰。采用这种照明装置时，应注意光源的绝对隐蔽，不可被视见；提高顶棚反光系数；灯布置要避免产生明暗不均的亮斑。灯具布置还与顶棚高h与顶棚大小小有关，当舱室大而室顶空间有限时，可分设二个以上面积较小的顶棚更合适。在一些面积大的公共舱室内，往往设有很多支柱，若采用反光柱式照明，则既提高了支柱装饰性，又解决了照明装置的安装，且光环境效果也不差。反光梁也是一种充分利用结构空间的照明方式。锦江号的登离船门厅就是强横梁暴露，灯隐藏其中，光由顶甲板内面反射而下，一行行光影别有情趣，且增高了空间感。对有些船上由于甲板间高较低，采用大面积发光顶棚是不适宜的。对有一定光照要求的环境可采用光带或光片式发光顶棚。如光带式顶棚用于坐席客舱，顺沿着座位间走道顶上安装入光带，既重点照明了走道，又成了醒目的导向标志。光片尤如把光带切断拉开成间断布置或分散组成的图案，这对希望室内各处都散布光照的餐厅、娱乐室等处可采用这种形式。光带或光片式发光顶棚，是将灯隐藏在天花板之内，在天花板平面上装漫射光玻璃或梭镜透光玻璃，或用格栅片（有金属的塑料的，构图有圆孔，六角孔，万孔等多种网孔状格板），灯槽内设反光材料。此外，运用一定数量的吸顶灯，或嵌入暗灯散布在天花板上构成闪闪繁星状或形成由中心向四周辐射的光芒或光环，也可以创造良好的大厅照明氛围。4.明视照明（1）明视照明的任务。舱室明视照明的任务主要是确保室内工作面有足够的照度，以便清晰地识别对象，了解环境。并使室内形成一个亮度适宜、视感舒适的光环境。工作面，对卧室、休息室、通道、梯道等处是指地面，对会议室、餐厅、办公室、乒乓室、弹子房等是指桌面。这种以照亮大面积工作面为主的照明称一般照明。仅局限于小范围的特殊照明称局部照明，如海图桌、书写桌、镜前、床头等处的专用照明。明视照明包括一般照明和局部照明。明视照明和局部照明的共同的特点是都以工作面或照明对象的照度为主。有的舱室仅设一般照明，有的室兼备两种照明方式（称混合照明方式），视各类舱室用途的需要而定。（2）明视照明的设计要求。为达到视觉清晰、视感舒适，照明应满足量和质两者要求，即配备一定数量的配光合理、光效高的灯具，并能得到合理的布局，以求得：①工作面有足够的照度E，且照度稳定而均匀；②视野范围内亮度差不宜过大，无耀眼的眩光；③特殊场合，如技术台、桌球台等工作面上还要求无阴影；④光色柔和，显色逼真。（3）一般照明设计计算。照明设计方法很多，此处仅介绍较简便而可靠的“光通量法（又称流明法）”。5.艺术照明（1）功用。体现装饰效果：壁灯、雕塑坐地灯、蜡烛灯等灯具照明作用不大，主要在于灯具造型的装饰效果。此外，还可运用投向壁面的光斑光色、投向物体的光影造型来装饰室内空