光导照明系统分析

光导照明系统分析

摘要：自然光导照明系统是一种健康、节能、环保型照明产品，是一种新型的绿色照明方式。它的工作原理是将室外的自然光线通过采光罩导入照明系统内进行重新分配，经特殊制作的光导管道传输，再由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地漫射到室内需要光线的地方，得到由自然光带来的舒适照明效果。本文简要介绍了自然光导照明系统的系统组成，说明了自然光导照明系统的特点。通过具体工程案例，将自然光导照明系统与传统电气照明系统进行了比较。利用模拟软件，计算了传统电气照明系统及自然光导照明系统的照明效果，在得到相似的照明效果的前提下，对二者的经济性进行了比较分析，包括照明系统初投资、维护费用、使用费用等成本，从而确定了自然光导照明系统及传统电气照明系统的安装规模，保证了该工程主要功能区域的正常使用功能。得出了在进行合理的设计后，比较容易达到节能、环保、经济的绿色目标，若合理地提高自然光导照明使用区域面积，经济及社会效益将更加显著的结论。

关键词：光导照明系统、频闪、全光谱、导光率、传输衰减

能源是当前全球关注的焦点，我国目前的能源状况不容乐观，因此节约并合理分配使用能源已经成为我国实现可持续发展的重要手段。自然光导照明系统为我们提供了一种绿色的照明方式，科学合理地在建筑中应用该系统可大大节约电气照明成本。

自然光导照明系统(也称导光管照明、自然光照明、无电照明、管道式天窗照明等)是一种健康、节能、环保型照明产品。它的工作原理是将室外的自然光线通过采光罩导入照明系统内进行重新分配，经特殊制作的光导管道传输，再由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地漫射到室内需要光线的地方，得到由自然光带来的舒适照明效果。

该系统的主要部件包括：采光罩、防雨板、光导管及弯管、固定环、装饰环、漫射器、密封圈等。

1自然光导照明系统特点简述

1.1有效节约能源

自然光导照明系统在运行时本身不需要使用电能，如果在建筑内合理应用，可以在保证照明质量的同时，提供8小时以上的白天照明，从而可以减少白天室内照明能耗。但自然光导照明系统会受天气情况影响，黎明黄昏或阴雨天气会对该系统照明效果产生不利影响。

1.2良好的照明质量

自然光导照明系统出射光为全光谱，光线柔和，照度分布均匀，显色性好且属于无频闪，光谱连续分布在人眼可见范围内，所以不仅视觉效果好，而且长时间观察不易疲劳。大量的实验证明：自然光照明条件下的视觉对比灵敏度高于电力照明的5%～20%以上。而传统电气照明所采用的高显色性三基色光灯和金属卤化物灯显色性Ra可达到90以上，但仍无法与日光的显色性相比。白炽灯的显色性Ra可达到100，但白炽灯发光效率很低，寿命短，不利于节能，除特殊场所外室内外照明基本不采用普通照明白炽灯。

2 自然光导照明系统设计举例

2.1实际工程概况

本工程位于北京市四环内，建筑功能为地下车库及相关配套工程，钢筋混凝土框架结构，地上2层，地下3层，地上部分主要为食堂及配套厨房，局部设档案室及阅览室等办公空间；地下室部分均为汽车库。总建筑面积为8839.14平方米，其中地上总建筑面积1499.09平方米，地下总建筑面积7340.05平方米（地下人防建筑面积2433.2平方米）。建筑高度：主要檐口高度11.2米，局部最高高度13.3米。地上每层层高约为4.5米，地下层高为3.6~3.9米，室外覆土深度约为1.5m。见图1车库剖面示意图，拟在地下一层局部设置自然光导系统，地下其他部分照明采用传统电气照明，光源选用T5直管三基色荧光灯。

2.2照明系统设计依据

1.《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008；

2.《建筑照明设计标准》GB50034-2004；

3.《消防安全疏散标志设置标准》DBJ01-611-2002；

4.《建筑采光设计标准》GB/T 50033-2001；

5.《汽车库建筑设计规范》JGJ 100-98；

6.甲方及其它专业提供的有关资料。

2.3照明系统设计标准

1.照度标准：车库75Lx。

2.光源：自然光导照明系统，T5三基色直管荧光灯及紧凑式荧光灯。

3.灯具及附件：车库内主要采用开敞式灯具，开敞式灯具效率不低于75%，透明罩灯具效率不低于65%。配普通的电子式镇流器，功率因数不低于0.95。

4.照明控制：在设置光导管区域，除应急照明外，普通照明回路设置时间控制器集中控制。未设置光导管区域照明在人员出入口设置翘板开关分回路控制。

5.自然光导系统：选用内径为350mm的导光筒；长度为1.5m。共计31套。

6.由于该车库需要照明时间为24小时，因此照明灯具点位布置按常规设计。

7.照明控制：在设置了自然光导照明系统区域的灯具回路在照明配电箱中设置了定时开关，定时开启、关闭。考虑到光导照明系统本身受天气因素影响较大，因此在装设自然光导系统区域灯具也可根据实际照明效果由该项目物业人员手动分回路开启部分或全部灯具。其他部分电气照明在人员主要出入口设置翘板开关，有该项目物业公司人员控制灯具的开启、关闭。由于该车库需要24小时持续照明。因此，除检修灯具外基本不需要关闭灯具[4]。

3 自然光导照明系统与传统电气照明系统比较

3.1自然光导照明系统与电气照明效果比较

自然光导照明系统的优势主要在于该系统本身不需用电，避免了上述电气照明系统存在的缺陷，但是自然光导照明系统由于受室外光线以及导光筒材料的导光率的制约。因此注定该系统无法完全替代电气照明系统，因为该系统导光筒设计距离越长，转角越大、弯曲数越多对光的衰减会越大，最终无法满足建筑功能场所照明的需求；而且该系统无法在夜间工作，在日出与日落时，进入导光筒的总光通量也会受到影响。所以，该系统合理地结合传统电气照明系统的照明方式才是应该提倡的。

为考察自然光导系统的照度分布，使用软件Ecotect 5.2，采用CIE全阴天模型对车库中布置自然光导系统区域进行了采光效果的模拟计算。其天空对亮度分布符合下式：

式中：—为天顶亮度；

—为地面成角的天空亮度。

室外照度按5000lx，考虑光导管自身衰减：标准管每米的传输衰减是6％～8％，为保守起见，标准管每米衰减取8%。折算到室内每根光导管可按一个光通量为4400lm光源进行模拟计算。模拟结果见图2 4400lm装设自然光导照明系统区域照度模拟图[6]。

图2 4400lm装设自然光导照明系统区域照度模拟图

为考察传统人工照明系统的照度分布，使用软件Ecotect 5.2，对车库中布置传统电气照明区域进行了照明效果的模拟计算。

光源设置为T5直管荧光灯，光通量设为2600lm，吸顶安装。模拟结果见图3电气照明系统区域照度模拟图。

图3电气照明系统区域照度模拟图

通过图2可看出装设了自然光导照明系统区域在室外照度5000lx的全阴天模型条件下进行模拟基本可全部达到GB50043《建筑照明设计标准》中对车库地面平均照度75lx的要求。照明效果较传统电气照明效果相近。但鉴于本建筑地上部分限制，无法将自然光导照明系统应用于整个车库。在无法设置太阳能光导系统区域电气照明系统是不可缺少的。因此传统电气照明控制应与自然光导照明系统有机结合才能收到良好的照明效果[3]。

3.2车库地下一层自然光导照明与传统电气照明社会效益比较

通过对该工程经济性分析，可以估算出该项目如均采用传统电气照明系统在建筑使用寿命50年中共耗电近1800000（kWh）；而该项目部分采用了自然光导照明系统在建筑使用寿命50年中耗电量约1500000（kWh），相较传统照明系统，该项目部分采用了自然光导照明系统可节约电能约300000（kWh），相当于节约标准煤37吨。

因此该项目部分采用光导照明系统，相较全部采用传统电气照明系统可减少对能源消耗量，同时可有效减少温室气体排放量。为节能减排做出贡献。

结 论 及 建 议

通过上述分析，我们可以看出：光导照明系统应用于本项目，在进行合理的设计后，比较容易达到节能、环保、经济的绿色目标；若合理地提高自然光导照明使用区域面积，经济及社会效益将更加显著。同时，还需注意要通过光导照明系统将自然光引入地下比较深空间的时候，必须结合具体项目进行非常仔细、全面的研究才能判断。无论光导照明系统引入地下是浅或是深，按照研究出的可行方案进行设计时，都应注意必须要平衡好每个专业的设计指标，不能顾此失彼。

参 考 文 献:

[1] 马新慧.自然光光导照明在建筑采光中的应用[J].建筑电气.2007（4）.

[2] 周萌.太阳能光导采光的设计方法[J].新能源，2007（8）

[3] 段旺等.奥运中心区地下车库导光管系统[J].照明工程学报. 2008（3）

[4] 姚家祎.照明设计手册（第二版）[M].中国电力出版社.2006

[5] 王爱英，沈天行.天然光照明新技术探讨[J].灯与照明. 2002（5）

[6] Autodesk, Inc.主编.Autodesk Ecotect Analysis绿色建筑分析应用[M].电子工业出版社.2011