林晨怡，劉 剛，魏 宏，于小明，黨 睿

(1.天津大學(xué) 天津市建筑物理環(huán)境生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.天津市環(huán)境建設(shè)投資有限公司，天津 300072)

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大型交通建筑照明節(jié)能問題研究

林晨怡1，劉 剛1，魏 宏2，于小明2，黨 睿1

(1.天津大學(xué) 天津市建筑物理環(huán)境生態(tài)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.天津市環(huán)境建設(shè)投資有限公司，天津 300072)

針對(duì)目前我國大型交通建筑照明能耗過高的問題進(jìn)行研究，以高鐵客運(yùn)站作為研究樣本，通過對(duì)京滬線和京廣線11座高鐵站候車廳的人工光環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)調(diào)研結(jié)果建立照明數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)模型，采用模擬方法得到照明能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而提出現(xiàn)存問題和改進(jìn)建議，從而為相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，并為高鐵站候車廳照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供支持。

交通建筑；高鐵站；照明節(jié)能

引言

我國公共建筑面積僅占城鎮(zhèn)建筑總面積的4%，但耗電卻占22%，其耗電量為70～300kWh/m2，是普通住宅的10～20倍。高鐵客運(yùn)站作為典型的大型公共建筑，具有建筑空間大、運(yùn)行時(shí)間長、存量且建設(shè)量大等特點(diǎn)，是建筑節(jié)能的重點(diǎn)類型[1]。同時(shí)高鐵站的照明能耗約占建筑總能耗的30%以上[2]，但由于其自身建筑特點(diǎn)，以及在光源燈具、照明方式、控制系統(tǒng)等方面存在的問題，致使目前照明能耗居高不下。

為研究高鐵站在照明節(jié)能中的關(guān)鍵問題和解決策略，課題組選取我國京滬線和京廣線上的11座典型高鐵站候車廳進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研，得到建筑平面、空間形式、照明方式、照明數(shù)量和照明質(zhì)量數(shù)據(jù)，通過對(duì)調(diào)研結(jié)果的分析，提取出高鐵站候車廳在建筑和照明方面的關(guān)鍵參數(shù)并建立數(shù)字化模型。以該模型為研究對(duì)象，采用軟件分析方法計(jì)算照明數(shù)量、照明質(zhì)量以及照明能耗數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析并結(jié)合實(shí)際照明功能要求，得到在照明節(jié)能方面現(xiàn)存的關(guān)鍵問題并提出解決策略。

1 模型的提出

所調(diào)研的11座高鐵站候車廳在建筑及照明設(shè)計(jì)中具有較高的相似性，存在普遍規(guī)律，因此，通過對(duì)調(diào)研結(jié)果的數(shù)據(jù)類比分析，可從中提取出建筑及照明標(biāo)準(zhǔn)模型，該模型具有如下特點(diǎn)：

(1)建筑：候車廳平面均為長方形布局，地上二層，建筑高度25.4m。主入口位于首層一側(cè)，在首層和二層另一側(cè)設(shè)有乘車檢票口。候車廳一層長102m、寬48m、凈高6m，其中入口大廳為兩層通高設(shè)計(jì)，通高部分17m。乘客可由位于首層平面中部的自動(dòng)扶梯到達(dá)二層，二層長102m、寬25m、凈高9m，如圖1所示。

圖1 候車廳平面圖Fig.1 Waiting hall plan

(2)照明：候車廳照明全部采用筒燈，在一層和二層頂部進(jìn)行嵌入安裝，行列式排布，下射直接照明，同時(shí)均為一般照明方式，未設(shè)置分區(qū)和重點(diǎn)照明。其中一樓為6行16列共96組燈具，采用70W高色溫金屬鹵化物光源，二樓為11行16列共176組燈具，采用150W高色溫金屬鹵化物光源。建筑中并未安裝照明系統(tǒng)的自動(dòng)開啟及分區(qū)控制裝置，而是在規(guī)定時(shí)間進(jìn)行人工開啟或關(guān)閉全部光源。光源和燈具統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 光源燈具匯總表Table 1 Number and type of the lamps

根據(jù)調(diào)研結(jié)果，可提取出高鐵站候車廳照明標(biāo)準(zhǔn)模型，如圖2所示。

圖2 候車廳照明模型Fig.2 Lighting model of waiting hall

2 照明模擬

基于所提出的照明模型，采用DIALux軟件模擬建筑室內(nèi)照明的水平照度、照度均勻度、照明能耗等指標(biāo)。計(jì)算對(duì)象包括：候車廳一層地面、一層工作面、二層地面、二層工作面，其中工作面為距離地面0.8m處的平面。模擬情況如圖3所示。

圖3 DIALux模擬情況Fig.3 The building model in DIALux

關(guān)于水平照度及照度均勻度的模擬結(jié)果為：一層地面平均照度197lx，均勻度0.318；一層工作面平均照度203lx，均勻度0.497；二層地面平均照度312lx，均勻度0.408；二層工作面平均照度316lx，均勻度0.330。各計(jì)算面的等照度圖如圖4所示，計(jì)算數(shù)據(jù)見表2。照明系統(tǒng)總功率為44160.8W，候車廳面積為6974m2，因此照明功率密度為6.32 W/m2，如表3所示。

圖4 等照度圖Fig.4 Illumination contours表2 模擬計(jì)算數(shù)據(jù)表Table 2 The summery of the simulation results

平均照度/lx最小照度/lx最大照度/lx照度均勻度一層地面197622970.318一層工作面203812960.387二層地面3121273760.408二層工作面3161293890.407

表3 照明功率密度Table 3 Lighting power density

3 結(jié)果分析

對(duì)于候車廳照明數(shù)量、照明質(zhì)量、照明能耗分析，依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)(以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》)進(jìn)行。《標(biāo)準(zhǔn)》中關(guān)于交通建筑的相關(guān)限制指標(biāo)見表4和表5[3]。

在上述研究內(nèi)容基礎(chǔ)上，從照明數(shù)量、照明質(zhì)量、照明方式三個(gè)方面進(jìn)行分析：

3.1 照明數(shù)量

候車廳整體的地面照度與工作面照度均偏高。

表4 交通建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值Table 4 Lighting standardof traffic building

(1)一層平均照度接近200lx，明顯高于《標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的150lx限定值，說明燈具功率過高，且燈具排列過于緊密，因此可選擇功率較小的光源，并且適當(dāng)調(diào)整燈具排布間距。

(2)二層平均照度值達(dá)到了300lx以上，遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)值，原因主要為二層頂部安裝了統(tǒng)一型號(hào)的150W金屬鹵化物光源，同時(shí)為一層入口大廳通高部分地面和二層地面提供照明，從圖4的等照度圖模擬結(jié)果可以看出，通高處一層地面照度已達(dá)到250lx，因此對(duì)于照射距離更短的二層地面來說，照度更是達(dá)到350lx，照度過高是必然結(jié)果。因此一方面應(yīng)適當(dāng)降低二層頂部光源的功率，并且在滿足照度均勻度的條件下減小燈具排布間距，另一方面應(yīng)根據(jù)照明對(duì)象不同采用分區(qū)照明設(shè)計(jì)，對(duì)于只為二層提供照明的光源應(yīng)進(jìn)一步降低其功率。

表5 照明功率密度限制Table 5 Lighting power density limit

3.2 照明質(zhì)量

在照明質(zhì)量方面主要存在如下兩個(gè)問題：

(1)模擬結(jié)果表明，一層地面的照度均勻度只有0.318，一層工作面為0.387，均低于《標(biāo)準(zhǔn)》中所要求的0.4，造成該問題的主要原因是通高部分的照度明顯高于非通高部分，導(dǎo)致整體均勻度下降，同時(shí)非通高部分的照度值已滿足《標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，因此應(yīng)減小通高部分光源的功率，同時(shí)可根據(jù)不同的燈具安裝高度選擇不同的燈具配光形式，以保證較好的照度均勻度。

(2)連接一層與二層的自動(dòng)扶梯在一層的照度值為200lx，而二層處為360lx(如圖4所示)，旅客在乘坐扶梯快速移動(dòng)到二層時(shí)，照度驟然增加160lx，環(huán)境亮度也隨之變大，而亮度在空間和時(shí)間上的突然變化是造成眩光的重要因素之一。因此對(duì)于垂直交通區(qū)域，在照明設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)光源進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，盡量減小由于高度變化造成的亮度差，從而降低眩光所帶來的視覺不適。

3.3 照明方式

第一，目前候車廳全部采用內(nèi)嵌式筒燈均勻布置的照明方式，這種設(shè)計(jì)方法一方面具有設(shè)計(jì)和施工效率高，以及維修和更換燈具方便的優(yōu)勢(shì)，但另一方面沒有根據(jù)平面功能進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，影響某些區(qū)域的照明使用功能，并且在不需要高照度的區(qū)域也使用同樣功率的光源嚴(yán)重影響照明節(jié)能，因此應(yīng)根據(jù)不同使用功能進(jìn)行分區(qū)照明設(shè)計(jì)，例如由于候車區(qū)乘客滯留時(shí)間較長，且有閱讀等需求，需要單獨(dú)設(shè)置照明設(shè)施；安檢、檢票、進(jìn)站口等特殊區(qū)域需進(jìn)行重點(diǎn)照明；樓梯口和電梯間應(yīng)增強(qiáng)指示性照明標(biāo)識(shí)等。

第二，燈具安裝高度較大，致使光源所發(fā)出的光通量在高大空間中損失嚴(yán)重，到達(dá)使用面的光通量已大量衰減，而為保證使用面的照度要求必須加大光源功率，這對(duì)于照明節(jié)能十分不利。因此，在建筑高度不變的情況下，對(duì)于部分區(qū)域的燈具可利用吊桿等形式減小安裝高度，同時(shí)除在頂部吊裝以外，還可以依托柱子、挑檐、墻壁建筑構(gòu)件進(jìn)行安裝，或直接在地面設(shè)置燈具。

4 結(jié)語

根據(jù)照明功率密度值計(jì)算結(jié)果(表3)，該高鐵站候車廳模型的照明功率密度為6.32 W/m2，滿足《標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)于現(xiàn)行值小于或等于7W/m2的要求。基于3.1～3.3小節(jié)的分析，對(duì)于照明節(jié)能還有很大的改進(jìn)空間，為實(shí)現(xiàn)《標(biāo)準(zhǔn)》中小于或等于6W/m2的目標(biāo)值，可采用的照明節(jié)能方法如下：

(1)在滿足照度要求的基礎(chǔ)上降低光源功率，特別是大幅減小只為二層提供照明的光源功率。

(2)根據(jù)照度和均勻度要求，并結(jié)合燈具的合理配光，增大燈具排布間距，從而減少燈具數(shù)量實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能。

(3)根據(jù)候車廳平面使用功能，采用分區(qū)一般照明方法，保證功能區(qū)域的照度要求，設(shè)置標(biāo)識(shí)和知識(shí)性照明，同時(shí)降低對(duì)照明要求不高區(qū)域的照度。

(4)利用吊桿等構(gòu)件降低一般區(qū)域的燈具安裝高度，同時(shí)由于高度減低可適當(dāng)增大燈具配光角度，這樣不僅可以降低光源功率，同時(shí)由于單燈照明范圍變大還能夠減少燈具數(shù)量。對(duì)于特殊區(qū)域還可以依托柱子等建筑構(gòu)件進(jìn)行燈具安裝，實(shí)現(xiàn)提高照明利用率的目的。

(5)采用照明控制系統(tǒng)，根據(jù)天然光變化情況和旅客使用特點(diǎn)，在時(shí)間上和空間上對(duì)照明進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。第一，在候車廳內(nèi)不同進(jìn)深位置安裝照度傳感器，當(dāng)天然光照度不足時(shí)燈具可自動(dòng)打開，以滿足天然光照不足區(qū)域的光環(huán)境使用需求。第二，基于列車時(shí)刻，并根據(jù)乘客在不同時(shí)段的活動(dòng)區(qū)域及活動(dòng)規(guī)律，通過安裝人流監(jiān)測(cè)傳感器，進(jìn)行照明設(shè)施的調(diào)節(jié)。第三，始終保持檢票區(qū)和安檢區(qū)等重點(diǎn)照明區(qū)域，以及安全照明、標(biāo)識(shí)照明的正常開啟。

[1] 李仕國，王燁.中國建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能措施概述[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33(2):6-9.

[2] 李琴波,王立雄,黨睿,等.基于熱舒適度的火車站候車廳節(jié)能設(shè)計(jì)與改造方法[J].建筑節(jié)能，2014，42(277)：97-101.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局.建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50034—2013[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2013.

國際先進(jìn)照明學(xué)術(shù)會(huì)議(ALST 2015)會(huì)議通知

首屆國際先進(jìn)照明學(xué)術(shù)會(huì)議將于2015年3月21-22日在復(fù)旦大學(xué)舉辦。

一、會(huì)議主要內(nèi)容

本屆ALST會(huì)議邀請(qǐng)了照明領(lǐng)域享有國際聲譽(yù)的科學(xué)家及國內(nèi)知名專家進(jìn)行大會(huì)報(bào)告。與會(huì)者將有機(jī)會(huì)分享他們?cè)谡彰黝I(lǐng)域最具前瞻性、創(chuàng)造性的成果。會(huì)議議題包括LED材料與創(chuàng)新結(jié)構(gòu)；LED在農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、白光通信等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用等。大會(huì)將報(bào)告在這些議題的的最新技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)。

大會(huì)語言為中文。對(duì)國際報(bào)告人的報(bào)告配備專業(yè)的現(xiàn)場同聲翻譯，對(duì)會(huì)議期間的其它交流配備英語流利的大學(xué)生自愿者。

二、會(huì)議時(shí)間、地點(diǎn)

主辦單位： 國際電光源委員會(huì)(FAST-LS) 復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)照明技術(shù)教育部工程研究中心

承 辦:中國照明電器協(xié)會(huì)中國之光網(wǎng)

協(xié) 辦:中國照明學(xué)會(huì)《照明工程學(xué)報(bào)》

時(shí) 間：2015年3月21-22日，會(huì)期二天

*22日下午為國際演講者定向交流會(huì)，請(qǐng)會(huì)議期間與組委會(huì)預(yù)約。

地 點(diǎn)：上海市邯鄲路220號(hào)復(fù)旦大學(xué)光華樓東輔樓202吳文政報(bào)告廳

三、參會(huì)費(fèi)用

2015年3月5日(含)之前報(bào)名費(fèi)：1500元；

2015年3月5日之后報(bào)名費(fèi)：2000元。

*會(huì)務(wù)費(fèi)包括：會(huì)議期間的會(huì)議費(fèi)、資料費(fèi)、用餐費(fèi)。

四、參會(huì)報(bào)名

請(qǐng)參會(huì)單位于2015年3月15日之前將參會(huì)人員回執(zhí)表以電子郵件的方式發(fā)送到ALST@cali-light.com郵箱，以便辦理代表證及住宿預(yù)訂有關(guān)事宜。

五、聯(lián)系方式及聯(lián)系人

聯(lián)系人：錢老師

地址：江蘇無錫濱湖區(qū)錦溪路100號(hào)山水科教產(chǎn)業(yè)園9號(hào)樓706室

郵編：214125 電話：0510-85188298

聯(lián)系人：徐老師、杜老師

地址：上海市楊浦區(qū)邯鄲路220號(hào) 復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)照明技術(shù)教育部工程研究中心

郵編：200433 電話：021-65642771

Research forQuestions of SavingLightingEnergyin Large-scale Transportation Building

Lin Chenyi1, Liu Gang1, Wei Hong2, Yu Xiaoming2, Dang Rui1

(1.TianjinUniversity,TianjinKeyLaboratoryofArchitecturalPhysicsandEnvironmentalTechnology,Tianjin300072,China；2.TianjinEnvironmentInvestmentGroup,Tianjin300072,China)

The energy-saving model of the waiting hall of high speed rail station was built to solve the problem 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 rail stations, standard model of architectural lighting was built. The amount of current energy consumption was calculated 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 was calculated by simulation, and compared with the previous energy consumption.

large transportation building; railway station; saving lighting energy

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目 (項(xiàng)目編號(hào)：51338006)，天津城投集團(tuán)科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：TJCT2013-05)

黨睿，E-mail：dr_tju@163.com

TU 113

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.01.008