基于建筑采光中節能技術的研究

呂達林 閆旭

（鄭州大學 土木工程學院，河南 鄭州 450000）

1 建筑采光與節能

1.1 自然光利用的意義、存在的問題以及解決方案

自然光帶給人一種與生俱來的親切感，利用它進行室內采光照明不僅可以使人感覺到舒適，也可以有效地提高人的視覺功能，而且自然光完全綠色無能耗。由此看來，利用自然光作為照明光源是一種切實可行的建筑節能方式。但自然光的合理利用也有急需解決的問題，如：自然光的穩定性差，直射光會使室內的照度在時間上長生較大的波動；大進深井建筑側窗采光存在窗口照度遠遠大于最深處照度并且容易引起眩光的問題；特殊區域（如大面積的中庭）存在采光設計難度大等問題。傳統的采光手段已經無法滿足要求，因此，我們研究出新的采光方案，很好地解決了以上問題，具體如下：

1.1.1 大空間建筑室內頂部采光和側面采光相結合的方式

頂部采光是在屋頂開設天窗，光線直射進入房間，極易產生眩光。側面采光是利用側窗進行采光，但光線的質量很容易受房間的朝向及窗口的大小、高度的影響，且照度極不均勻。我們都知道，為保證房間的采光要求，一般單側采光時進深不大于窗上口至地面距離的2倍，雙側采光時進深尺寸可比單側采光增加一倍（如圖1）。對于房間進深較大的大空間建筑來說，難以通過側窗實現室內照明要求，經研究發現，我們可以采用頂部采光和側面采光相結合的方式。通過裝設散光玻璃的天窗解決頂部采光的眩光問題，同時又解決了了大空間建筑室內自然采光照度不均勻的問題。

圖1 房間單側與雙側采光示意圖

1.1.2 解決自然光穩定性的技術

自然光的不穩定性是天然光源利用中最大難題，目前已開發的的日光跟蹤系統可按照太陽轉角自動調節采光方向，最大限度地捕捉陽光，保持較高的室內照度。

1.2 天然采光新技術

目前，采集自然光主要由以下幾種方法：光導管法，利用導光管將太陽集光器收集的光線送到室內采光；光導纖維法，利用光導纖維將光線引導室內采光。

1.2.1 光導管照明技術

光導管照明系統適用于白天仍需要電力照明的、同時又能有相應露天的位置采集太陽光的場所，比如地下停車場、工廠、大型商場和超市等。光導照明裝置能提供白天10h左右的照明時間，從而節省電力照明費用。它通過采光裝置聚集室外的自然光線并導入系統內部，再經過特殊制作的導光裝置強化與高效傳輸后，由系統底部的的漫射裝置把自然光線均勻的導入室內任何需要光線的地方[2]。國內有許多著名大型公共設施如鳥巢附近的中國科技館、清華大學節能示范樓等場所都在使用該系統。

光導管照明技術具有一定的局限性。光導照明系統只能應用于日間一般照明，由于它不具備能量的貯存與轉換能力，無法解決天然光源的不穩定問題，因而光導管采光適用于天然光豐富、陰天少的地區，對照度恒定的場所和作為應急照明使用的場合并不適用。大多數情況下光導管照明系統還需要有人工光源作為備用光源，以便在太陽光不足的時候作為補充光源使用。

1.2.2 太陽能光導纖維照明技術

太陽能光導纖維照明技術由于具有光的柔性傳輸和安全可靠的特點，被廣泛地應用于手工業、科研、醫學及景觀設計中。到20世紀60-70年代，隨著新技術的出現，光纖照明突破發展屏障，重新走入了人們的視野。新技術的出現盡管還沒能使光纖照明實現大批量產業化和商品化，但也將光纖裝飾照明推向了實用化階段,其發展前景廣闊。

1.3 太陽能光纖照明與光導照明的聯系與區別

太陽能光纖照明與光導管照明的工作原理基本相同，二者的區別主要在于采光方式和傳導介質的不同。如表1。光纖照明系統和光導照明系統兩者相輔相成，互為補充，光導管照明系統無法解決采光的問題，可利用光纖照明系統給予解決，如建筑內采光窗的黑房間采光問題。

表1 光纖照明與光導傳輸照明系統比較

1.4 太陽能光纖照明在建筑中的應用

由于太陽能光纖照明技術有著諸多優點，使它在廣泛的領域中為人所用，主要有商場、運動場、地下空間、劇院和飛機場等場所的日間照明。由于光導纖維能夠任意彎曲成任何形狀，將其與太陽能整合在一起使用有很強的實用性。如利用光導纖維短距離傳輸陽光可以實現一點采光多點照明，塑料光纖可被用于傳輸太陽光作為水下和地下空間的照明。

1.5 太陽能光纖照明的局限性

盡管太陽能纖維的優點很多，但它與光導照明一樣，無法解決天然光源不穩定的問題。另外，太陽能光纖照明還存在光的傳輸距離問題，現行的光纖照明系統由于存在光衰減，傳輸距離最大只能達到30m。同時對我國來說，目前能夠生產光纖照明設備的廠家不多，而且存在著價格偏高的問題。

2 結語

以上所介紹的照明方案和新技術可以整體提高建筑對自然光源的利用率，降低了建筑總照明能耗，緊跟國家現推行的“綠色照明”的理念。但不同的照明技術也有它的局限性和不足，在設計時，我們要根據建筑本身結構的特點，合理的選擇照明方案和技術，才可真正實現自然光源的最大化利用。

[1] 國家能源局《2105年全社會用電量報告》.

[2] 焦陽，孫勇.《綠色建筑光環境技術與實例》[M]，北京：化學工業出版社，2012.4.