林承鑫, 吳 揚(yáng), 任國成

(中國建筑第八工程局有限公司 設(shè)計管理總院, 上海 201206)

0 引 言

隨著城市用地緊張的矛盾日益突出及居民對居住環(huán)境舒適度要求的提高,地下污水廠數(shù)量越來越多、規(guī)模越來越大。地下污水廠由于其構(gòu)筑物均集中于地下,體量較大,相比于地上污水廠,其照明系統(tǒng)復(fù)雜,對采光照明的要求加倍提高,照明能耗急劇上升,照明系統(tǒng)將直接影響到運(yùn)維費(fèi)用以及運(yùn)維安全,降低照明能耗是降低地下污水廠能耗的主要方式之一[1-2]。封閉的地下污水廠缺乏自然光的照射,使得地下污水廠單調(diào)而且缺乏變化,往往會使人感覺不適。目前,我國地下污水廠照明大多采用人工光源,這顯然不利于建筑節(jié)能。因此,在地下污水廠照明設(shè)計中,要充分合理利用自然光照明。采用自然采光,不僅能滿足照度和降低照明能耗的要求,而且能為地下污水廠提供一個更為舒適的視覺環(huán)境[3]。

光導(dǎo)管采光技術(shù)是一種綠色健康、節(jié)能環(huán)保的自然采光技術(shù),無需消耗電能,通過采光裝置聚集室外的自然光,再由經(jīng)過特殊制作的導(dǎo)光裝置將聚集的自然光強(qiáng)化與高效傳輸后,通過系統(tǒng)底部的漫射裝置將其均勻地導(dǎo)入到室內(nèi)光線不足的地方。它不僅具有節(jié)約能源,清潔無污染的優(yōu)點(diǎn),還可以避免采用自然光照明的系統(tǒng)由于直接獲得太陽光存在的炫目和潛在熱等問題,目前已經(jīng)列入各類建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中[4]。本文主要研究光導(dǎo)照明系統(tǒng)在地下污水廠的運(yùn)用,為其他地下污水廠工程提供經(jīng)驗(yàn)及借鑒。

1 工程概況

某地下污水廠建設(shè)規(guī)模為40萬m3/d,污水廠上部作為公共綠地,地下箱體平面尺寸約為350 m×350 m,在地下箱體南北2個主要通道設(shè)置光導(dǎo)照明系統(tǒng),單個通道尺寸為350×8 m,一共設(shè)置119套光導(dǎo)系統(tǒng)。

2 光導(dǎo)系統(tǒng)方案設(shè)計

CJJ-T 120—2018《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電氣與自動化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,地下污水處理廠的工作場所宜采用光導(dǎo)照明等利用自然光的照明裝置。雖然光導(dǎo)照明效果良好,但是容易受建筑、結(jié)構(gòu)、時段及天氣狀況的影響,考慮到污水廠運(yùn)行的要求,一般必須設(shè)置照明燈具作為補(bǔ)充。因此,該項目在地下箱體主要通道上方設(shè)置光導(dǎo)照明系統(tǒng),在光導(dǎo)照明兩側(cè)設(shè)置兩組LED燈,共四個回路。光導(dǎo)照明及LED燈布置圖如圖1所示。在通道地面附近設(shè)置2個照度傳感器,傳感器安裝在墻上或柱子上,感應(yīng)面以上沒有任何障礙物,同時要避免受到電氣照明的照射,以免出現(xiàn)照度判斷誤差。污水廠地下箱體主要通道平均照度設(shè)計值按50 lx考慮。

光導(dǎo)照明裝置組成如圖2所示。光導(dǎo)照明裝置主要由采光罩、導(dǎo)光管和漫射器三部分組成,采光罩高出地面0.3 m,漫射器底部離地4.0 m。

光導(dǎo)照明裝置主要技術(shù)參數(shù):產(chǎn)品型號DS750,管道直徑750 mm,開孔尺寸820 mm,照射面積100～150 m2,標(biāo)準(zhǔn)管長度610 mm,有效采光長度25 m。

3 光導(dǎo)管布置

根據(jù)GB 5033—2013《建筑采光設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》及JGJ/T 374—2015《導(dǎo)光管采光系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》,該污水廠位于上海,屬于Ⅳ區(qū),室外天然光照度值為13 500 lx。該項目導(dǎo)光管管徑參照工業(yè)廠房、地下車庫等,采用DS 750 mm,根據(jù)《照明設(shè)計手冊》(3版),導(dǎo)光管的有效采光面積為0.44 m2,地下污水廠箱體污染程度一般,維護(hù)系數(shù)取0.8,利用系數(shù)按0.8考慮,采光罩可見光透射比為0.9,漫射器可見光透射比為0.956,傳輸效率取0.944。

綜合考慮室外景觀、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)、箱體內(nèi)工藝管線布局、通道走向等多方面的因素,在箱體主通道上方設(shè)置119套光導(dǎo)照明,采用“每跨一點(diǎn)”的原則進(jìn)行點(diǎn)位布置,即光導(dǎo)管之間的間距約為6 m,光導(dǎo)照明采光罩設(shè)置在綠化帶上,綠化帶附近沒有高大的樹木,以保證日光充分引入箱體內(nèi)。經(jīng)計算,地下箱體地面照度約66 lx。光導(dǎo)系統(tǒng)平面布置如圖3所示。

4 主通道照明控制方案

本項目箱體主通道設(shè)置光導(dǎo)照明和LED燈具混合照明,同時還設(shè)置了智能照明控制系統(tǒng),利用照度傳感器探測主通道地面附近的照度,通過預(yù)先設(shè)定的程序,來控制光導(dǎo)管兩側(cè)的照明回路。在白天光照充足時,關(guān)閉主通道上方的LED燈,利用光導(dǎo)照明系統(tǒng),將自然光引入到地下箱體主要通道。當(dāng)白天光照不足或者夜間時,根據(jù)照度傳感器探測到的照度,按需開啟25%、50%、75%、100%的LED燈具。這種照明方式控制簡單,光導(dǎo)照明和LED燈照明相結(jié)合能達(dá)到很好的節(jié)能效果。

5 光導(dǎo)照明節(jié)電及節(jié)能減排分析

該工程一共設(shè)置119套光導(dǎo)照明,考慮到陰雨天氣采光不足等因素,光導(dǎo)照明以每天工作9 h計算。污水廠地下箱體主要通道設(shè)置548套34 W的LED三防燈。

考慮到施工費(fèi)用及光導(dǎo)照明防水成本,按照廠家報價,每套光導(dǎo)照明約為5 000元。光導(dǎo)照明系統(tǒng)便于清潔清理,可以利用雨水,風(fēng)吹等將采光罩上方的灰塵沖刷干凈,產(chǎn)品可達(dá)到自潔效果,免去人工定期清潔的費(fèi)用,同時,光導(dǎo)系統(tǒng)無需繳納電費(fèi),其年運(yùn)行費(fèi)用為零。因此,光導(dǎo)照明的總投資為595 000元。

夜間或光照不足時,LED燈均要開啟,當(dāng)白天光照充足時,光導(dǎo)照明提供的照度滿足地下箱體主要通道的照明需求,因此可以關(guān)閉箱體主要通道LED燈,每天以9 h計,年照明時間為3 285 h,工業(yè)電費(fèi)按照峰時用電0.976元/kWh測算(上海),LED驅(qū)動電源功率損耗以10%計算,不考慮線路損耗等因素,年節(jié)約電費(fèi)約為65 711元。

傳統(tǒng)照明燈具根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)壽命,一般為3年,按某廠家報價,LED三防燈的單價為250元。由于設(shè)置光導(dǎo)照明,LED燈具減少點(diǎn)亮?xí)r間,減少燈具更換頻率而節(jié)約的成本為17 125元/年。

根據(jù)以上測算,采用光導(dǎo)照明系統(tǒng)投資回收期為7.2 a,約7 a。

節(jié)能環(huán)保方面,電的生產(chǎn)過程中會耗費(fèi)大量的非可再生資源,同時會釋放二氧化碳等有害物質(zhì),并伴隨著熱污染。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)計算,每節(jié)約1 kWh用電,相當(dāng)于節(jié)省0.36 kg標(biāo)準(zhǔn)煤,同時也減少了因煤炭燃燒所排放的0.272 kg碳粉塵、0.997 kg二氧化碳(CO2)、0.03 kg二氧化硫(SO2)、0.015kg氮氧化物(NOx)[5]。該項目地下箱體主要通道采用光導(dǎo)管采光,1年時間節(jié)能減排效果顯著:節(jié)約電67 327 kWh,節(jié)省煤24 237.7 t,減少CO2排放67 125.0 t,減少SO2排放2 019.8 t,減少NOx排放1 009.9 t,減少碳粉塵排放18 312.9 t。

雖然光導(dǎo)照明系統(tǒng)應(yīng)用于地下污水廠的成本回收時間并不短,但是光導(dǎo)照明技術(shù)應(yīng)用所產(chǎn)生的生態(tài)效益難以用金錢來衡量。

6 光導(dǎo)照明系統(tǒng)安裝注意事項

(1) 屋面防水要求。防水施工方做墩座防水后,再做屋面整體防水,使得頂部防水成為一個系統(tǒng),確保不產(chǎn)生滲漏。墩座防水應(yīng)做至防水帽下邊緣。

(2) 密封防塵要求。導(dǎo)光管連接必須對接吻合且完全密封,導(dǎo)光管與屋面孔洞之間必須有密封保溫措施,密封圈具有抗老化、使用壽命長的特點(diǎn),并能達(dá)到節(jié)點(diǎn)美觀的要求。光導(dǎo)照明密封裝置如圖4所示。

(3) 防冷凝結(jié)露要求。導(dǎo)光管系統(tǒng)須采用良好的連接工藝和保溫工藝,有較好的防結(jié)露措施,確保系統(tǒng)無結(jié)露。

(4) 采光罩設(shè)置在綠化帶或者空曠的位置,與周圍景觀相結(jié)合,不能出現(xiàn)不連續(xù)的地段。采光罩不能設(shè)在大樹或者建筑物附近,以免影響采光效果。

(5) 在箱體結(jié)構(gòu)頂板澆筑成型前,需要預(yù)留光導(dǎo)管的孔洞,孔洞應(yīng)避開梁,下方不能有工藝管線通過。

(6) 采用直徑750 mm的導(dǎo)光管,在頂板預(yù)留820 mm的孔洞,采用局部小梁加固孔洞的方式,保證光導(dǎo)管的順利實(shí)施,同時未對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成明顯影響。

7 存在的問題

(1) 光導(dǎo)照明系統(tǒng)只能應(yīng)用于白天,不能存儲和轉(zhuǎn)換,在陰雨天或夜間,需要采用電力照明措施,因此,除了安裝光導(dǎo)照明系統(tǒng)外,還要設(shè)置電力照明裝置,并且宜采用自動控制。

(2) 光導(dǎo)照明在土建施工階段需要在地下箱體頂板預(yù)留孔洞,同時要考慮結(jié)構(gòu)梁、工藝管線、風(fēng)管、除臭管道等因素,預(yù)留孔洞的位置需要與結(jié)構(gòu)、景觀、工藝、建筑等專業(yè)協(xié)商確定。

(3) 室外照度與天氣、地區(qū)、季節(jié)及時段等因素有關(guān),光導(dǎo)照明具有不穩(wěn)定性及不均勻性,造成室內(nèi)照度時強(qiáng)時弱,因此,光導(dǎo)照明需要具備調(diào)整光通量的功能。

(4) 初期投入較高,成本回收周期較長。

8 結(jié) 語

本文介紹了光導(dǎo)照明系統(tǒng)在地下污水廠的設(shè)計應(yīng)用,雖然初期投資較大,但其能合理有效地利用自然光,降低電力照明耗電量,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,是現(xiàn)代綠色照明應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮的照明方案,在地下污水廠照明設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用前景。