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大型交通建筑照明节能问题研究

2018-03-20    

来源:照明工程学报

   作者:林晨怡,刘刚,魏宏,于小明,党睿  

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导语: 针对目前我国大型交通建筑照明能耗过高的问题进行研究,以高铁客运站作为研究样本,通过对京沪线和京广线 11 座高铁站候车厅的人工光环境进行现场调研,根据调研结果建立照明数字化标准模型,采用模拟方法得到照明能耗数据,进而提出现存问题和改进建议,从而为相关研究提供数据基础,并为高铁站候车厅照明节能设计提供支持。

大型交通建筑照明节能问题研究

林晨怡1 ,刘刚1 ,魏宏2 ,于小明 2 ,党睿1

(1. 天津大学 天津市建筑物理环境生态技术重点实验室,天津 300072; 2. 天津市环境建设投资有限公司,天津 300072)

  摘 要: 针对目前我国大型交通建筑照明能耗过高的问题进行研究,以高铁客运站作为研究样本,通过对京沪线和京广线 11 座高铁站候车厅的人工光环境进行现场调研,根据调研结果建立照明数字化标准模型,采用模拟方法得到照明能耗数据,进而提出现存问题和改进建议,从而为相关研究提供数据基础,并为高铁站候车厅照明节能设计提供支持。

  关键词: 交通建筑; 高铁站; 照明节能

  中图分类号: TU 113 文献标识码: A DOI: 10. 3969j. issn. 1004-440X. 2015. 01. 008

Research forQuestions of SavingLightingEnergyin Large-scale

Transportation Building

Lin Chenyi 1 ,Liu Gang 1 ,Wei Hong 2 ,Yu Xiaoming 2 ,Dang Rui 1

(1. Tianjin University,Tianjin Key Laboratory of Architectural Physics and Environmental Technology,Tianjin 300072,China;2. Tianjin Environment Investment Group,Tianjin 300072,China)

  Abstract: The energy-saving model of the waiting hall of high speed rail station was built to solve theproblem of that recent waiting halls of China’s high speed rail stations consume too much lighting energy.According to the field researches of the artificial lighting luminous environment in 11 typical high speed railstations,standard model of architectural lighting was built. The amount of current energy consumption wascalculated using computer simulation technique. By adjusting the architectural space,lighting design,lighting source and control system etc. ,the model was improved. The lighting energy consumption wascalculated by simulation,and compared with the previous energy consumption.

  Key words: large transportation building; railway station; saving lighting energy


  引言

  我国公共建筑面积仅占城镇建筑总面积的 4%,但耗电却占 22%,其耗电量为 70 ~300kWh/m 2 ,是普通住宅的 10 ~20 倍。高铁客运站作为典型的大型公共建筑,具有建筑空间大、运行时间长、存量且建设量大等特点,是建筑节能的重点类型[1] 。同时高铁站的照明能耗约占建筑总能耗的 30% 以上[2] ,但由于其自身建筑特点,以及在光源灯具、照明方式、控制系统等方面存在的问题,致使目前照明能耗居高不下。为研究高铁站在照明节能中的关键问题和解决策略,课题组选取我国京沪线和京广线上的 11 座典型高铁站候车厅进行现场调研,得到建筑平面、空间形式、照明方式、照明数量和照明质量数据,通过对调研结果的分析,提取出高铁站候车厅在建筑和照明方面的关键参数并建立数字化模型。以该模型为研究对象,采用软件分析方法计算照明数量、照明质量以及照明能耗数据,通过数据分析并结合实际照明功能要求,得到在照明节能方面现存的关键问题并提出解决策略。

  1 模型的提出

  所调研的 11 座高铁站候车厅在建筑及照明设计中具有较高的相似性,存在普遍规律,因此,通过对调研结果的数据类比分析,可从中提取出建筑及照明标准模型,该模型具有如下特点:

  (1) 建筑: 候车厅平面均为长方形布局,地上二层,建筑高度25.4m。主入口位于首层一侧,在首层和二层另一侧设有乘车检票口。候车厅一层长 102m、宽48m、净高6m,其中入口大厅为两层通高设计,通高部分17m。乘客可由位于首层平面中部的自动扶梯到达二层,二层长102m、宽25m、净高9m,如图1 所示。

微信截图_20180320152807.png

图 1 候车厅平面图

Fig. 1 Waiting hall plan

  (2) 照明: 候车厅照明全部采用筒灯,在一层和二层顶部进行嵌入安装,行列式排布,下射直接照明,同时均为一般照明方式,未设置分区和重点照明。其中一楼为 6 行 16 列共 96 组灯具,采用70W 高色温金属卤化物光源,二楼为 11 行 16 列共176 组灯具,采用 150W 高色温金属卤化物光源。建筑中并未安装照明系统的自动开启及分区控制装置,而是在规定时间进行人工开启或关闭全部光源。光源和灯具统计情况如表 1 所示。

表 1 光源灯具汇总表

Table 1 Number and type of the lamps

微信截图_20180320152907.png

  根据调研结果,可提取出高铁站候车厅照明标准模型,如图 2 所示。

微信截图_20180320152948.png

图 2 候车厅照明模型

Fig. 2 Lighting model of waiting hall

  2 照明模拟

  基于所提出的照明模型,采用 DIALux 软件模拟建筑室内照明的水平照度、照度均匀度、照明能耗等指标。计算对象包括: 候车厅一层地面、一层工作面、二层地面、二层工作面,其中工作面为距离地面 0. 8m 处的平面。模拟情况如图 3 所示。

微信截图_20180320152955.png

图 3 DIALux 模拟情况

Fig. 3 The building model in DIALux

  关于水平照度及照度均匀度的模拟结果为: 一层地面平均照度197lx,均匀度0. 318; 一层工作面平均照度203lx,均匀度0. 497; 二层地面平均照度 312lx,均匀度 0. 408; 二层工作面平均照度 316lx,均匀度0. 330。各计算面的等照度图如图 4 所示,计算数据见表2。照明系统总功率为44160. 8W,候车厅面积为6974m 2 ,因此照明功率密度为 6. 32 W/m 2 ,如表3 所示。

微信截图_20180320153126.png

图 4 等照度图

Fig. 4 Illumination contours

微信截图_20180320153202.png

表 2 模拟计算数据表

Table 2 The summery of the simulation results

  3 结果分析

  对于候车厅照明数量、照明质量、照明能耗分析,依据 《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)(以下简称 《标准》) 进行。 《标准》中关于交通建筑的相关限制指标见表 4 和表 5 [3] 。在上述研究内容基础上,从照明数量、照明质量、照明方式三个方面进行分析:

  3. 1 照明数量

  候车厅整体的地面照度与工作面照度均偏高。

表 4 交通建筑照明标准值

Table 4 Lighting standardof traffic building

微信截图_20180320153215.png

  (1) 一层平均照度接近 200lx,明显高于 《标准》所规定的 150lx 限定值,说明灯具功率过高,且灯具排列过于紧密,因此可选择功率较小的光源,并且适当调整灯具排布间距。

  (2) 二层平均照度值达到了 300lx 以上,远高于标准值,原因主要为二层顶部安装了统一型号的150W 金属卤化物光源,同时为一层入口大厅通高部分地面和二层地面提供照明,从图 4 的等照度图48 照明工程学报 2015 年 2 月模拟结果可以看出,通高处一层地面照度已达到250lx,因此对于照射距离更短的二层地面来说,照度更是达到 350lx,照度过高是必然结果。因此一方面应适当降低二层顶部光源的功率,并且在满足照度均匀度的条件下减小灯具排布间距,另一方面应根据照明对象不同采用分区照明设计,对于只为二层提供照明的光源应进一步降低其功率。

表 5 照明功率密度限制

Table 5 Lighting power density limit

微信截图_20180320153419.png

  3. 2 照明质量

  在照明质量方面主要存在如下两个问题:

  (1) 模拟结果表明,一层地面的照度均匀度只有0. 318,一层工作面为0. 387,均低于 《标准》中所要求的 0. 4,造成该问题的主要原因是通高部分的照度明显高于非通高部分,导致整体均匀度下降,同时非通高部分的照度值已满足 《标准》中的规定,因此应减小通高部分光源的功率,同时可根据不同的灯具安装高度选择不同的灯具配光形式,以保证较好的照度均匀度。

  (2) 连接一层与二层的自动扶梯在一层的照度值为200lx,而二层处为360lx (如图4 所示),旅客在乘坐扶梯快速移动到二层时,照度骤然增加160lx,环境亮度也随之变大,而亮度在空间和时间上的突然变化是造成眩光的重要因素之一。因此对于垂直交通区域,在照明设计上应对光源进行适当调整,尽量减小由于高度变化造成的亮度差,从而降低眩光所带来的视觉不适。

  3. 3 照明方式

  第一,目前候车厅全部采用内嵌式筒灯均匀布置的照明方式,这种设计方法一方面具有设计和施工效率高,以及维修和更换灯具方便的优势,但另一方面没有根据平面功能进行有针对性的设计,影响某些区域的照明使用功能,并且在不需要高照度的区域也使用同样功率的光源严重影响照明节能,因此应根据不同使用功能进行分区照明设计,例如由于候车区乘客滞留时间较长,且有阅读等需求,需要单独设置照明设施; 安检、检票、进站口等特殊区域需进行重点照明; 楼梯口和电梯间应增强指示性照明标识等。

  第二,灯具安装高度较大,致使光源所发出的光通量在高大空间中损失严重,到达使用面的光通量已大量衰减,而为保证使用面的照度要求必须加大光源功率,这对于照明节能十分不利。因此,在建筑高度不变的情况下,对于部分区域的灯具可利用吊杆等形式减小安装高度,同时除在顶部吊装以外,还可以依托柱子、挑檐、墙壁建筑构件进行安装,或直接在地面设置灯具。

  4 结语

  根据照明功率密度值计算结果 (表 3),该高铁站候车厅模型的照明功率密度为 6. 32 W/m 2 ,满足《标准》中对于现行值小于或等于 7W/m 2 的要求。基于 3. 1 ~3. 3 小节的分析,对于照明节能还有很大的改进空间,为实现 《标准》中小于或等于 6W/m 2的目标值,可采用的照明节能方法如下:

  (1) 在满足照度要求的基础上降低光源功率,特别是大幅减小只为二层提供照明的光源功率。

  (2) 根据照度和均匀度要求,并结合灯具的合理配光,增大灯具排布间距,从而减少灯具数量实现照明节能。

  (3) 根据候车厅平面使用功能,采用分区一般照明方法,保证功能区域的照度要求,设置标识和知识性照明,同时降低对照明要求不高区域的照度。

  (4) 利用吊杆等构件降低一般区域的灯具安装高度,同时由于高度减低可适当增大灯具配光角度,这样不仅可以降低光源功率,同时由于单灯照明范围变大还能够减少灯具数量。对于特殊区域还可以依托柱子等建筑构件进行灯具安装,实现提高照明利用率的目的。

  (5) 采用照明控制系统,根据天然光变化情况和旅客使用特点,在时间上和空间上对照明进行自动调节。第一,在候车厅内不同进深位置安装照度传感器,当天然光照度不足时灯具可自动打开,以满足天然光照不足区域的光环境使用需求。第二,基于列车时刻,并根据乘客在不同时段的活动区域及活动规律,通过安装人流监测传感器,进行照明设施的调节。第三,始终保持检票区和安检区等重点照明区域,以及安全照明、标识照明的正常开启。

  参 考 文 献

  [1] 李仕国,王烨. 中国建筑能耗现状及节能措施概述[J]. 环境科学与管理,2008,33 (2): 6-9.

  [2] 李琴波,王立雄,党睿,等. 基于热舒适度的火车站候车厅节能设计与改造方法 [J]. 建筑节能,2014,42 (277): 97-101.

  [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫局. 建筑照明设计标准 GB50034—2013 [S]. 北京: 建筑工业出版社,2013.


编辑:梁洁莹

标签:交通建筑  高铁站  照明节能  

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