Discussion on Energy-saving Design of Underground Garage Transition Lighting

Li Guangxi

?

Discussion on Energy-saving Design of Underground Garage Transition Lighting

Li Guangxi

AbstractDesign of underground garage transition lighting which use light source of artificial lighting or natural light is introduced. The practical meaning of using the natural lighting as a transitional lighting is proposed.

Keywordsunderground garage, transitional lighting, illuminance, energy conservation

0引言

隨著我國(guó)城市建設(shè)的繁榮發(fā)展，地下汽車(chē)庫(kù)數(shù)量越來(lái)越多，其出入口過(guò)渡照明設(shè)計(jì)關(guān)乎行駛車(chē)輛和行經(jīng)人員的安全，本文將探討此處過(guò)渡照明的設(shè)計(jì)方案及節(jié)能措施。

白天，當(dāng)汽車(chē)駛近照明亮度相對(duì)外部環(huán)境低的地下車(chē)庫(kù)入口時(shí)，由于人眼來(lái)不及適應(yīng)光線的突然變化，在洞口處有如黑洞穴一樣的感覺(jué),稱為“黑洞效應(yīng)”，如圖1所示。產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”時(shí)，駕駛員無(wú)法看清前方的障礙物甚至短時(shí)間內(nèi)會(huì)失去方向感。而在車(chē)庫(kù)出口處由于洞外亮度很高，出口處如一個(gè)白色的大洞，稱之為“白洞效應(yīng)”，如圖2所示。“白洞效應(yīng)”會(huì)對(duì)駕駛員形成強(qiáng)烈的眩光，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成駕駛員視覺(jué)可見(jiàn)度下降，直接影響視覺(jué)功能。因此地下車(chē)庫(kù)出入口的亮度過(guò)渡對(duì)行車(chē)安全有著直接的影響[1]。JGJ 100-2015《車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》7.4.5條也明文要求坡道式地下車(chē)庫(kù)出入口應(yīng)設(shè)過(guò)渡照明，可見(jiàn)設(shè)置過(guò)渡照明的重要性[2]。

圖1　地下車(chē)庫(kù)入口處黑洞效應(yīng)

圖2　地下車(chē)庫(kù)出口處白洞效應(yīng)

1過(guò)渡照明參數(shù)

1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本文以武漢某新建工程為例介紹地下車(chē)庫(kù)出入口的過(guò)渡照明設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目總建筑面積約7.27萬(wàn)m2。地下一層，標(biāo)高為-4.5m，其建筑面積約1.24萬(wàn)m2，設(shè)停車(chē)位169個(gè)，其中無(wú)障礙車(chē)位4個(gè)。該地下車(chē)庫(kù)有兩個(gè)出入口，分別位于地下室的西北角和東南角，車(chē)道寬均為6m。設(shè)計(jì)時(shí)按照CECS 45：92《地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在車(chē)庫(kù)出入口增加過(guò)渡照明[3]。

考慮本項(xiàng)目的特殊性，地下車(chē)庫(kù)既服務(wù)公共人群也服務(wù)居住人群，按GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表5.2.1和表5.5.1[4]可知，本設(shè)計(jì)中車(chē)道照度取50lx，功率密度不超過(guò)2.00W/m2，車(chē)位照度取30.00lx, 功率密度不超過(guò)1.80W/m2?？紤]到節(jié)能，光源采用功率為16W 的T5型LED燈管，燈管光通量為1 300lm。經(jīng)計(jì)算，車(chē)道平面實(shí)際計(jì)算平均照度為54.46lx，實(shí)際功率密度為1.52W/m2；車(chē)位平面實(shí)際計(jì)算平均照度為32.70lx，實(shí)際功率密度為0.91W/m2。

1.2計(jì)算過(guò)程

1.2.1室外亮度

查CECS 45：92附表B可知，武漢地區(qū)年平均散射照度為13.0klx。室外坡道為水泥地面，反射系數(shù)取0.15，室外對(duì)應(yīng)亮度為：L=(ρ×E)/π=(0.15×13 000)/3.14=621cd/m2。

1.2.2過(guò)渡距離

JGJ 100-2015《車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》7.4.5條要求白天入口處亮度變化可按10∶1～ 15∶1 取值，夜間室內(nèi)外亮度變化可按2∶1～ 4∶1 取值。本設(shè)計(jì)中白天取15∶1，則白天出入口處室內(nèi)照度為：13 000lx/15=867lx，對(duì)應(yīng)亮度L′=L/15≈41cd/m2。

車(chē)道照度為50lx，對(duì)應(yīng)亮度L″=(ρ×E)/π=(0.15×50)/3.14=2.4cd/m2。

參照亮度與適應(yīng)時(shí)間關(guān)系曲線[3](圖3)可知：人眼從41cd/m2到2.4cd/m2的適應(yīng)時(shí)間約為11s。若車(chē)速為5km/h，則所需過(guò)渡距離為15.3m，取15m。

圖3　亮度-時(shí)間曲線

1.2.3過(guò)渡段設(shè)計(jì)照度值

考慮白天過(guò)渡處照度的漸變，將過(guò)渡段(取15m)分成三段，每段長(zhǎng)5m。第一段設(shè)計(jì)照度為850lx，第二段設(shè)計(jì)照度為500lx，第三段設(shè)計(jì)照度為150lx，如圖4所示。

圖4　過(guò)渡照明燈具布置圖

本設(shè)計(jì)中夜間室內(nèi)外亮度按 4∶1 取值，設(shè)計(jì)時(shí)將過(guò)渡段的車(chē)道常用照明燈具只開(kāi)啟一半，此時(shí)車(chē)道入口處照度為25lx，考慮夜間小區(qū)道路照明約為8lx，滿足夜間過(guò)渡照明要求，可不另行設(shè)計(jì)。

2人工過(guò)渡照明

由于車(chē)道原設(shè)計(jì)的照度值為50lx，則根據(jù)以上計(jì)算可知，需要在第一段照明增設(shè)照度800lx，第二段照明增設(shè)照度450lx，第三段照明增設(shè)照度100lx。

對(duì)于過(guò)渡段的大照度照明，采用高壓鈉燈作為光源，配節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，燈具發(fā)光效率約100lm/W。

經(jīng)計(jì)算，可在第一段處增設(shè)兩盞250W高壓鈉燈(光通量為28 000lm)、第二段處增設(shè)兩盞150W高壓鈉燈(光通量為16 000lm)、第三段處增設(shè)兩盞35WT5型熒光燈(光通量為3 300lm)即可滿足相應(yīng)過(guò)渡照明要求。

燈具布置如圖4所示，過(guò)渡照明單獨(dú)設(shè)一個(gè)回路N3，過(guò)渡段車(chē)道普通照明分為N1和N2兩個(gè)供電回路，白天控制車(chē)道照明為全亮，夜間為1/2亮，以利于過(guò)渡照明的連續(xù)性。

在以上設(shè)計(jì)中，通過(guò)利用高效光源、分組及分時(shí)控制等措施減少電能消耗，達(dá)到了一定的節(jié)能目的。

人工過(guò)渡照明的年耗電量為：該地下車(chē)庫(kù)一個(gè)出入口的過(guò)渡照明設(shè)備總功率為957W，假設(shè)每天使用時(shí)間為12h，則年耗電量為4 191.7kW·h。電價(jià)按0.57元/ kWh計(jì)，則年電費(fèi)為2 389元，因該地下車(chē)庫(kù)含有兩個(gè)出入口，年總電費(fèi)為4 778元。

由于在計(jì)算中采用的年平均散射照度為固定值，而實(shí)際上，室外照度是隨季節(jié)和時(shí)間的變化而不斷變化的，所以雖然設(shè)計(jì)了人工過(guò)渡照明，減少了事故的發(fā)生率，但過(guò)渡效果并不理想。

3自然光過(guò)渡照明

采用自然光作為照明光源是最節(jié)能、環(huán)保的方案，但由于自然光的儲(chǔ)存和可控技術(shù)還不成熟，所以需要先將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，再將電能轉(zhuǎn)換為可控的光能，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)損失大量的能量，但地下車(chē)庫(kù)的過(guò)渡照明恰恰可以直接利用室外日照避免這個(gè)劣勢(shì)，這是由其照明特性決定的。

過(guò)渡照明的特點(diǎn)為室外地平面的照度越高，過(guò)渡處需要的照度也越高；室外地平面的照度越低，過(guò)渡處需要的照度也越低。鑒于此，可以考慮利用自然光作為過(guò)渡照明。

3.1自然照度實(shí)測(cè)值

選取已建成的某地下小型車(chē)庫(kù)進(jìn)行照度實(shí)測(cè)作為設(shè)計(jì)參考。該車(chē)庫(kù)的車(chē)道寬、高參數(shù)及建造地點(diǎn)與本設(shè)計(jì)項(xiàng)目相近，不同的是該車(chē)庫(kù)的兩個(gè)出入口相鄰且布置在一條直線上，與車(chē)庫(kù)成T字形布置，這種構(gòu)造使得過(guò)渡處的采光相對(duì)于兩個(gè)分散的出入口更為充足。

測(cè)試前關(guān)閉該車(chē)庫(kù)入口處的過(guò)渡照明，分別對(duì)車(chē)庫(kù)外地平面、車(chē)庫(kù)入口處各段及車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)道的水平照度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試設(shè)備采用數(shù)字照度計(jì)(測(cè)試量程為20 000lx時(shí)分辨率為1lx，測(cè)試量程為200lx時(shí)分辨率為0.1lx)，測(cè)試條件為：

測(cè)試時(shí)間：2016年1月27日，12：00～12：30。

天氣：多云轉(zhuǎn)陰。

由于測(cè)試時(shí)云層較厚，地面照度中直射照度成份較少，幾乎為散射照度，車(chē)庫(kù)外地面水平照度實(shí)測(cè)值為7 340lx，如圖5所示。

圖5　車(chē)庫(kù)外地面照度

該測(cè)試車(chē)庫(kù)入口處采用上揚(yáng)式設(shè)計(jì)，使得入口處可以采集到更多的日照，入口處照度實(shí)測(cè)值為4 210lx，如圖6所示。

圖6　車(chē)庫(kù)入口處照度

進(jìn)入車(chē)庫(kù)后，測(cè)試照度值迅速降低，離入口3m處的測(cè)試照度約為390lx，離入口6m處的測(cè)試照度約為169lx，離入口9m處的測(cè)試照度約為39lx，此時(shí)室外日光對(duì)室內(nèi)照度的影響較微弱，水平面照度幾乎全為電氣照明提供。車(chē)庫(kù)內(nèi)車(chē)道上照度實(shí)測(cè)平均值約為33lx。

由此可見(jiàn)，僅在自然條件下，室外反射的光線雖然可以為過(guò)渡段提供一部分照度，但由于照度值下降過(guò)快，不能滿足規(guī)范對(duì)過(guò)渡段的照度要求。在其他天氣條件下的幾組測(cè)試數(shù)據(jù)也反映了類似的規(guī)律，限于篇幅，不一一列出。

3.2自然光過(guò)渡照明設(shè)計(jì)

鑒于進(jìn)入車(chē)庫(kù)后自然光迅速減少，不能直接滿足過(guò)渡照明需求。考慮根據(jù)所需照度值采取分段弱化室外亮度的措施，將弱化后的室外光線分別引入到相應(yīng)過(guò)渡段達(dá)到過(guò)渡照明的目的。

文獻(xiàn)[5]中介紹了一種自動(dòng)百葉，該裝置可以通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉保持穩(wěn)定的室內(nèi)日光照度水平，如圖7所示。該思路可以作為本設(shè)計(jì)中的參考。

圖7　自動(dòng)百葉裝置

參照前述計(jì)算可知過(guò)渡段距離為15m時(shí)，可以考慮在入口處增設(shè)一段15m×6m的格柵頂板，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和建筑設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)白天室外亮度與過(guò)渡段始端處亮度變化比為15∶1，與過(guò)渡段末端處亮度變化比為260∶1，將格柵鏤空部分由多到少漸變排列，形成一個(gè)自然的過(guò)渡照明段。該段照明將隨著外界照度變化而變化，達(dá)到形成過(guò)渡照明的目的。但在夜間由于格柵的遮擋，過(guò)渡段的自然照度會(huì)低于馬路的照度，此時(shí)需要補(bǔ)充約6lx的人工照明作為過(guò)渡。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可知地下車(chē)庫(kù)白天利用自然光作為過(guò)渡照明與采用電光源作為過(guò)渡照明相比，不但更符合視覺(jué)要求，且更具環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。建筑照明不單僅是人工照明，而是人工照明與自然照明的有效結(jié)合，這需要電氣專業(yè)與建筑專業(yè)的良好合作，在有條件的狀態(tài)下盡量利用自然光進(jìn)行照明，達(dá)到合理用能、有效節(jié)能的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]馬玉成, 孔令旗, 郭忠印. 隧道入口基于照明過(guò)渡的安全運(yùn)營(yíng)車(chē)速及控制對(duì)策[J]. 山東交通學(xué)院學(xué)報(bào), 2007, 15(1): 79-84.

[2]JGJ 100-2015 車(chē)庫(kù)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]CECS 45-92地下建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB 50034-2013建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[5]IES.THE LIGHTING HANDBOOK [M].Tenth Edition. IESNA，2011.

作者簡(jiǎn)介

李光曦

碩士，工程師，注冊(cè)電氣工程師，研究方向：建筑電氣安全與節(jié)能。

地下汽車(chē)庫(kù)過(guò)渡照明節(jié)能設(shè)計(jì)探討

李光曦

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430014)

摘要介紹了分別利用人工照明和自然光作為地下車(chē)庫(kù)過(guò)渡照明的設(shè)計(jì)方案，提出了利用自然光作為過(guò)渡照明時(shí)更具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞地下汽車(chē)庫(kù)過(guò)渡照明照度節(jié)能