大型交通建筑照明節能問題研究

林晨怡，劉 剛，魏 宏，于小明，黨 睿

(1.天津大學 天津市建筑物理環境生態技術重點實驗室，天津 300072；2.天津市環境建設投資有限公司，天津 300072)

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大型交通建筑照明節能問題研究

林晨怡1，劉 剛1，魏 宏2，于小明2，黨 睿1

(1.天津大學 天津市建筑物理環境生態技術重點實驗室，天津 300072；2.天津市環境建設投資有限公司，天津 300072)

針對目前我國大型交通建筑照明能耗過高的問題進行研究，以高鐵客運站作為研究樣本，通過對京滬線和京廣線11座高鐵站候車廳的人工光環境進行現場調研，根據調研結果建立照明數字化標準模型，采用模擬方法得到照明能耗數據，進而提出現存問題和改進建議，從而為相關研究提供數據基礎，并為高鐵站候車廳照明節能設計提供支持。

交通建筑；高鐵站；照明節能

引言

我國公共建筑面積僅占城鎮建筑總面積的4%，但耗電卻占22%，其耗電量為70～300kWh/m2，是普通住宅的10～20倍。高鐵客運站作為典型的大型公共建筑，具有建筑空間大、運行時間長、存量且建設量大等特點，是建筑節能的重點類型[1]。同時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，以及在光源燈具、照明方式、控制系統等方面存在的問題，致使目前照明能耗居高不下。

為研究高鐵站在照明節能中的關鍵問題和解決策略，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行現場調研，得到建筑平面、空間形式、照明方式、照明數量和照明質量數據，通過對調研結果的分析，提取出高鐵站候車廳在建筑和照明方面的關鍵參數并建立數字化模型。以該模型為研究對象，采用軟件分析方法計算照明數量、照明質量以及照明能耗數據，通過數據分析并結合實際照明功能要求，得到在照明節能方面現存的關鍵問題并提出解決策略。

1 模型的提出

所調研的11座高鐵站候車廳在建筑及照明設計中具有較高的相似性，存在普遍規律，因此，通過對調研結果的數據類比分析，可從中提取出建筑及照明標準模型，該模型具有如下特點：

(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，在首層和二層另一側設有乘車檢票口。候車廳一層長102m、寬48m、凈高6m，其中入口大廳為兩層通高設計，通高部分17m。乘客可由位于首層平面中部的自動扶梯到達二層，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行嵌入安裝，行列式排布，下射直接照明，同時均為一般照明方式，未設置分區和重點照明。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的自動開啟及分區控制裝置，而是在規定時間進行人工開啟或關閉全部光源。光源和燈具統計情況如表1所示。

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

根據調研結果，可提取出高鐵站候車廳照明標準模型，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軟件模擬建筑室內照明的水平照度、照度均勻度、照明能耗等指標。計算對象包括：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

關于水平照度及照度均勻度的模擬結果為：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。各計算面的等照度圖如圖4所示，計算數據見表2。照明系統總功率為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 模擬計算數據表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 結果分析

對于候車廳照明數量、照明質量、照明能耗分析，依據《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)(以下簡稱《標準》)進行。《標準》中關于交通建筑的相關限制指標見表4和表5[3]。

在上述研究內容基礎上，從照明數量、照明質量、照明方式三個方面進行分析：

3.1 照明數量

候車廳整體的地面照度與工作面照度均偏高。

表4 交通建筑照明標準值Table 4 Lighting standardof traffic building

(1)一層平均照度接近200lx，明顯高于《標準》所規定的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，并且適當調整燈具排布間距。

(2)二層平均照度值達到了300lx以上，遠高于標準值，原因主要為二層頂部安裝了統一型號的150W金屬鹵化物光源，同時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的等照度圖模擬結果可以看出，通高處一層地面照度已達到250lx，因此對于照射距離更短的二層地面來說，照度更是達到350lx，照度過高是必然結果。因此一方面應適當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，另一方面應根據照明對象不同采用分區照明設計，對于只為二層提供照明的光源應進一步降低其功率。

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

3.2 照明質量

在照明質量方面主要存在如下兩個問題：

(1)模擬結果表明，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《標準》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，導致整體均勻度下降，同時非通高部分的照度值已滿足《標準》中的規定，因此應減小通高部分光源的功率，同時可根據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到二層時，照度驟然增加160lx，環境亮度也隨之變大，而亮度在空間和時間上的突然變化是造成眩光的重要因素之一。因此對于垂直交通區域，在照明設計上應對光源進行適當調整，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嵌式筒燈均勻布置的照明方式，這種設計方法一方面具有設計和施工效率高，以及維修和更換燈具方便的優勢，但另一方面沒有根據平面功能進行有針對性的設計，影響某些區域的照明使用功能，并且在不需要高照度的區域也使用同樣功率的光源嚴重影響照明節能，因此應根據不同使用功能進行分區照明設計，例如由于候車區乘客滯留時間較長，且有閱讀等需求，需要單獨設置照明設施；安檢、檢票、進站口等特殊區域需進行重點照明；樓梯口和電梯間應增強指示性照明標識等。

第二，燈具安裝高度較大，致使光源所發出的光通量在高大空間中損失嚴重，到達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，這對于照明節能十分不利。因此，在建筑高度不變的情況下，對于部分區域的燈具可利用吊桿等形式減小安裝高度，同時除在頂部吊裝以外，還可以依托柱子、挑檐、墻壁建筑構件進行安裝，或直接在地面設置燈具。

4 結語

根據照明功率密度值計算結果(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《標準》中對于現行值小于或等于7W/m2的要求。基于3.1～3.3小節的分析，對于照明節能還有很大的改進空間，為實現《標準》中小于或等于6W/m2的目標值，可采用的照明節能方法如下：

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

(2)根據照度和均勻度要求，并結合燈具的合理配光，增大燈具排布間距，從而減少燈具數量實現照明節能。

(3)根據候車廳平面使用功能，采用分區一般照明方法，保證功能區域的照度要求，設置標識和知識性照明，同時降低對照明要求不高區域的照度。

(4)利用吊桿等構件降低一般區域的燈具安裝高度，同時由于高度減低可適當增大燈具配光角度，這樣不僅可以降低光源功率，同時由于單燈照明范圍變大還能夠減少燈具數量。對于特殊區域還可以依托柱子等建筑構件進行燈具安裝，實現提高照明利用率的目的。

(5)采用照明控制系統，根據天然光變化情況和旅客使用特點，在時間上和空間上對照明進行自動調節。第一，在候車廳內不同進深位置安裝照度傳感器，當天然光照度不足時燈具可自動打開，以滿足天然光照不足區域的光環境使用需求。第二，基于列車時刻，并根據乘客在不同時段的活動區域及活動規律，通過安裝人流監測傳感器，進行照明設施的調節。第三，始終保持檢票區和安檢區等重點照明區域，以及安全照明、標識照明的正常開啟。

[1] 李仕國，王燁.中國建筑能耗現狀及節能措施概述[J].環境科學與管理，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能設計與改造方法[J].建筑節能，2014，42(277)：97-101.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫局.建筑照明設計標準GB 50034—2013[S].北京：建筑工業出版社，2013.

國際先進照明學術會議(ALST 2015)會議通知

首屆國際先進照明學術會議將于2015年3月21-22日在復旦大學舉辦。

一、會議主要內容

本屆ALST會議邀請了照明領域享有國際聲譽的科學家及國內知名專家進行大會報告。與會者將有機會分享他們在照明領域最具前瞻性、創造性的成果。會議議題包括LED材料與創新結構；LED在農業、醫療、白光通信等領域的創新應用等。大會將報告在這些議題的的最新技術進展與發展趨勢。

大會語言為中文。對國際報告人的報告配備專業的現場同聲翻譯，對會議期間的其它交流配備英語流利的大學生自愿者。

二、會議時間、地點

主辦單位： 國際電光源委員會(FAST-LS) 復旦大學先進照明技術教育部工程研究中心

承 辦:中國照明電器協會中國之光網

協 辦:中國照明學會《照明工程學報》

時 間：2015年3月21-22日，會期二天

*22日下午為國際演講者定向交流會，請會議期間與組委會預約。

地 點：上海市邯鄲路220號復旦大學光華樓東輔樓202吳文政報告廳

三、參會費用

2015年3月5日(含)之前報名費：1500元；

2015年3月5日之后報名費：2000元。

*會務費包括：會議期間的會議費、資料費、用餐費。

四、參會報名

請參會單位于2015年3月15日之前將參會人員回執表以電子郵件的方式發送到ALST@cali-light.com郵箱，以便辦理代表證及住宿預訂有關事宜。

五、聯系方式及聯系人

聯系人：錢老師

地址：江蘇無錫濱湖區錦溪路100號山水科教產業園9號樓706室

郵編：214125 電話：0510-85188298

聯系人：徐老師、杜老師

地址：上海市楊浦區邯鄲路220號 復旦大學先進照明技術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

國家自然科學基金重點項目 (項目編號：51338006)，天津城投集團科研項目(項目編號：TJCT2013-05)

黨睿，E-mail：dr_tju@163.com

TU 113

A

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