重慶地區綠色建筑導光管天然采光節能量研究——以龍興生態城為例

秦硯瑤，戴輝自，徐航

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶 400016）

0 引言

“綠色建筑”理念已深入人心，綠色建筑的發展亦相當迅猛。根據資料顯示，截至2015年1月，全國已評出2538項綠色建筑標識項目，總建筑面積達到2.92億m2，其中設計標識2379項，建筑面積為2.72億m2；運行標識159項，建筑面積0.2億m2。重慶市綠色建筑發展亦呈較快發展態勢【1】，2013年12月1日起，重慶率先在一定規模的公共建筑中強制執行綠色建筑一星級標準，每年涉及的建筑量約1000萬㎡，同時根據重慶市綠色建筑專業委員會提供的數據顯示，通過標識的項目為55項【2】，建筑面積共計約400萬m2，已呈現快速發展的勢頭。天然采光作為保證綠色建筑室內環境質量的重要內容，目前亦得到廣泛關注。導光管采光作為天然采光的重要形式，節能效果顯著，應用逐步受重視。段旺等人針對奧林匹克公園中心區地下車庫的導光管系統節能量進行了研究，得出單套導光管系統全年可節約用電1288 kWh【3】。武毅等人針對北京科技大學體育館導光管照明系統的設計過程、節能效果、經濟性進行了分析研究【4】。彭仁湘等人針對百事可樂州飲料有限公司一期導光管項目的工程經濟效益進行了分析，得出了導光管系統具有經濟性好、節能效益明顯的結論【5】。

1 綠色建筑導光管天然采光概述

綠色建筑天然采光方式多種多樣，建筑中應用較多的形式有導光管系統、采光井、反光板、棱鏡導光、光導纖維導光。實際應用中受建筑、造價等因素制約，使用較多的為導光管系統，導光管系統由于采用采光罩、傳輸系統、彎管、漫射器等部件（如圖1），可實現側向安裝、穿層安裝、直管安裝、穿層轉彎安裝、平板轉彎安裝、平板玻璃安裝等多種安裝方式，滿足不同的建筑自然采光需求，有效解決傳統采光井采光路徑有限、無法轉彎等問題。

圖1 綠色建筑地下車庫導光筒采光示意圖

2 導光管天然采光節能量核算方法

根據《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）[6]，在建筑設計階段評價采光節能效果時，宜進行采光節能計算。可節省的照明用電量宜按下列公式進行計算：

式中：Ue——單位面積上可節省的年照明用電量(kWh/m2·年)；

A——照明的總面積(m2)；

We——可節省的年照明用電量(kWh/年)；

Pe——房間或區域的照明安裝總功率(W)；

tD——全部利用天然采光的時數(h)，可按《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）附錄E中表E.0.1取值；

t'D——部分利用天然采光的時數(h)，可按《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）附錄E中表E.0.2取值；

FD——全部利用天然采光時的采光依附系數，取1；

F'D——部分利用天然采光時的采光依附系數，在臨界照度與設計照度之間的時段取0.5【6】。

根據《建筑采光設計標準》（GB50033-2013），重慶市屬于光氣候分區Ⅴ類區，全部利用天然光的時數tD為2791h；部分利用天然光采光的時數t'D為898h。以辦公建筑的辦公室為例，根據《建筑照明設計標準》(GB50034-2013)【7】，辦公室的照明功率密度值為8W/m2（綠色建筑照明功率密度值按目標值設計）【7】，由3-1及3-2式，每平米辦公室每年可節約的照明能耗為17.70kWh；對于辦公建筑的地下車庫，照明功率密度值按2W/m2計，每平米車庫采用導光管采光每年可節約照明能耗6.48kWh；對于單個導光管采光所能滿足的采光面積，需按實際設計過程進行分析計算。

3 導光管天然采光應用技術案例分析

3.1 項目案例

重慶市某二星級綠色建筑項目，項目性質主要為辦公，含部分商業。總用地面積43298m2，總建筑面積89343m2，地下建筑面積28077.57m2，綠地率30%，建筑密度40%，項目場地內為混合建筑群，含高層、多層建筑，項目停車位數量共計640輛 （全部采用地下停車方式）（如圖2所示），地下建筑的主要功能為車庫、設備房等。該地塊場地呈南高北低，西高東低現狀，南北高差約3m，東西高差約8m，一條地下箱涵管道東西向橫穿基地，將地下室可建范圍分成南北兩塊。由于項目場地存在高差，場地內設置了坡地綠化，導光管設計時，需避開建筑基底、交通道路，且景觀設計時需避免設置在高大喬木的遮蔭范圍內、坡地綠化區，導致無法集中連片布置，且需根據地面景觀位置作局部調整，同時，盡可能將導光管設置于地下車庫車道上，根據項目實際特點，考慮綠色建筑的要求及投資限制，擬采用20套導光管系統進行自然采光。項目采用20套DS530型天然導光管，直徑530mm，綜合效率約為 70%；維護系數 0.82。

圖2 某二星級綠色建筑項目地下車庫導光筒布置平面

3.2 導光管天然采光設計

重慶處于Ⅴ類光氣候區，且全年陰天較多，導光管應用案例相對較少，一般認為5m×5m的間距時，可滿足辦公室的采光要求，根據《建筑照明設計標準》(GB50034-2013)【7】，公共建筑地下車庫的照度標準為50lx。為確定導光管所需的安裝間距要求，設計前模擬分析確定導光管合理的安裝間距。模擬分析中采用DS530型號的導光管，設計間距分別為6000mm×6000mm、7000mm×7000mm、8000mm×8000mm、9000mm×9000mm。 應用Ecotect模擬軟件，對層高為4.2m的車庫進行模擬分析（結果如圖3-圖6），得到表1所示車庫地面的照度值。

表1 Φ530導光管各間距下邊界處的照度值

圖3 6000×6000mm時車庫內照度分布

圖4 7000×7000mm時車庫內照度分布

圖5 8000×8000mm時車庫內照度分布

圖6 9000×9000mm時車庫內照度分布

因此，6000×6000mm、7000×7000mm、8000mm×8000mm時均能滿足，9000mm×9000mm時部分區域已不能滿足照度要求。因此，項目中確定導光管的合理間距為8000mm×8000mm，實際布置以項目總圖為準。

3.3 天然采光節能量計算

按照前述分析，導光管間間距為8000mm×8000mm，單個導光管可滿足采光要求的面積為64m2，根據本文第3章的論述，采用導光管采光，每平米車庫每年節約電能6.48kWh，項目中采用的單個導光管面積為0.25×0.532×3.14=0.22m2，單個導光管每年節電為6.48×64=414.72kWh，單位導光管面積年節約的電能為1/0.22×414.72=1985.2kWh。

浙江省發布了 《民用建筑可再生能源應用核算標準》（DB33/1105-2014）【8】，該標準指出，應用于辦公室時，單位光導管面積年理論節電量為3840kwh/m2，與本研究中車庫的1985.2kWh存在差異，原因有二：一是浙江位于光氣候Ⅳ區（室外天然光設計照度值為13500lx），優于重慶地區（Ⅴ區，室外天然光設計照度值為12000lx）；二是辦公室采光要求的照度一般為300lx，而車庫為50lx即可，造成的照明功率密度差異大，導致節能量也存在巨大差異。

4 結論

研究顯示，重慶地區綠色建筑中，導光管設計可采用Ecotect軟件進行模擬分析，優化導光管設計。對于Φ530的導光管安裝于負一層地下車庫時（直采），可按8m×8m的間距設計，每平米導光管每年節約的電能為1985.2kWh。

[1]張川，宋凌，孫瀟月.2014年度綠色建筑評價標識統計報告[J].建設科技，2015（6）：20-23.

[2]關于進一步加強建筑節能與綠色建筑基本信息報送工作的通知.http://www.cqgbc.org/gonggao_x.asp?id=197.

[3]段旺，宗復，林若慈.奧運中心區地下車庫導光管系統[J].照明工程學報，2008，19（3）：1-7.

[4]武毅，戴德慈.北京科技大學體育館導光管照明系統[J].照明工程學報，2008，19（4）：25-32.

[5]彭仁湘.導光管采光技術應用分析[J].建設科技，2008，8（16）：28-30.

[6]中華人民共和國住房與城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢查檢疫總局.建筑采光設計標準GB50033-2013[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[7]中華人民共和國住房與城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢查檢疫總局.GB50034-2013建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[8]浙江省住房和城鄉建設廳.DB33/1105-2014民用建筑可再生能源應用核算標準[S].杭州：浙江人民出版社，2014.