光導(dǎo)照明技術(shù)在北方地區(qū)學(xué)校場(chǎng)館的應(yīng)用

安靈健

中建鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110000

就現(xiàn)在而言，在世界范圍內(nèi)，對(duì)于能源的耗損都是非常嚴(yán)重的，而不僅僅是我們國(guó)家，而且伴隨的還有著能源的耗損，對(duì)于環(huán)境的污染。因此要在各個(gè)方面貫徹落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的理念，在我們?nèi)粘５恼彰髦幸矐?yīng)如此，所以就要利用新的照明系統(tǒng)，一方面來(lái)節(jié)約能源，使得有限的資源發(fā)揮最大的作用，這套照明系統(tǒng)的應(yīng)用，還能夠有效的利用光能以及風(fēng)能等能源，更好的保護(hù)環(huán)境。

1 光導(dǎo)照明系統(tǒng)

所謂的導(dǎo)光照明，就是利用室外自然光提供室內(nèi)照明，又稱自然光照明。光導(dǎo)照明的工作原理是光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過(guò)照明裝置收集來(lái)自室外的自然光并將其引入系統(tǒng)內(nèi)部。特制光導(dǎo)裝置加強(qiáng)后有效傳遞后，自然光由系統(tǒng)底部的驅(qū)油裝置均勻引入。在需要光線的地方進(jìn)入室內(nèi)。導(dǎo)光照明系統(tǒng)主要由三部分組成：燈罩，燈管和擴(kuò)散器。

2 工程案例

以某地區(qū)某大學(xué)體育場(chǎng)館為研究對(duì)象，分析了光導(dǎo)照明在體育場(chǎng)館中的應(yīng)用。體育場(chǎng)的面積是1053m2。

2.1 光導(dǎo)漫射器數(shù)量的確定

要確定體育場(chǎng)館內(nèi)安裝光導(dǎo)漫射器的具體數(shù)量，就要依據(jù)下面公式來(lái)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算：

在公式里面，Eav代表平均水平的照射強(qiáng)度，1x，S代表體育場(chǎng)館的面積大小，m2，S=1053；CU代表燈具照射光強(qiáng)分布的情況，燈具的運(yùn)行效率、體育場(chǎng)館形狀以及場(chǎng)館表面的反射比函數(shù)，依據(jù)體育場(chǎng)館的建設(shè)材料，以及導(dǎo)光管運(yùn)行的效率，在進(jìn)行對(duì)于同類漫射器的利用系數(shù)的參考，取得CU=0．61；Φ代表漫射器輸出的光通量，1m；MF代表的是這套系統(tǒng)的維護(hù)系數(shù)，一般這套系統(tǒng)的MF 取值為 0．7。

這套系統(tǒng)其漫射器輸出的光通量計(jì)算，要依據(jù)下面的計(jì)算公式進(jìn)行：

式中，Es代表的是館外天然光的照度值，1m，Es=13500，1m；A代表這套系統(tǒng)的采光面積的大小，m2，A=(π·D2)/4=0．4416m2，D代表采光罩的直徑，m。計(jì)算得到體育場(chǎng)館內(nèi)光導(dǎo)照明系統(tǒng)漫射器的數(shù)量n=12。

2.2 漫射器的布置

為了能夠合理的進(jìn)行對(duì)光導(dǎo)系統(tǒng)在體育場(chǎng)館內(nèi)的布置，使得光照分布盡可能的均勻，所以依據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及公式的計(jì)算，最終確定所需安裝的漫射器數(shù)量應(yīng)當(dāng)為12個(gè)，這12個(gè)漫射器分別安裝在體育場(chǎng)館的水平以及垂直方向，兩個(gè)方向分別安裝6個(gè)。

體育場(chǎng)的垂直方向：根據(jù)相鄰擴(kuò)散器下方的三個(gè)位置和間距中點(diǎn)的中點(diǎn)對(duì)應(yīng)于工作面的照度的原理，ECOTECT模擬的擴(kuò)散器的縱向間距為8米。漫射器底部和中點(diǎn)的照度值位于相同的照度線上。還可以看出照度線的間隔分布，即漫射器周圍的照明效果相對(duì)均勻。

體育場(chǎng)的水平方向：將體育場(chǎng)的水平深度設(shè)置為L(zhǎng)，漫射器與內(nèi)壁之間的距離為2m，光漫射器的橫向間距為L(zhǎng)/3，這使得水平方向?yàn)楣鈱?dǎo)照明系統(tǒng)的照明效果均勻，南側(cè)窗戶的照明效果相對(duì)均勻。可以看出，垂直兩排擴(kuò)散器間距為8m，水平兩排擴(kuò)散器間距為L(zhǎng)/3，體育場(chǎng)可以獲得最佳的照明效果。由于自然光隨時(shí)間和天氣而變化，特別是在夜晚，因此夜間無(wú)法獲得自然光。因此，考慮通過(guò)設(shè)計(jì)光導(dǎo)照明和人工電源照明的組合來(lái)改善整個(gè)體育場(chǎng)的照明。系數(shù)法用于計(jì)算人工照明燈具的布局策略，12英寸熒光燈均勻分布，以確定組合式光導(dǎo)照明系統(tǒng)和人工照明系統(tǒng)的最終布置。

3 光導(dǎo)照明系統(tǒng)的優(yōu)越性

3.1 經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)規(guī)格，單位面積用電量約為12W/m2，體育場(chǎng)面積為1053m2，電費(fèi)為0．7元/kW·h。每年的開(kāi)放日數(shù)是280天，其中80天是下雨天。陽(yáng)光明媚的一天需要2小時(shí)才能照亮，而雨天則需要每天6小時(shí)。體育場(chǎng)一年的照明費(fèi)用是：

1053m2×12W/m2×0．7 元 /kW·h×(2×200+6×80)÷1000=7783．776 元

鎮(zhèn)流器還將產(chǎn)生約25%的電力消耗，即熒光燈鎮(zhèn)流器的年電費(fèi)為1945．944元。設(shè)備的年維護(hù)費(fèi)和更換費(fèi)分別為120元和60元。因此，全年體育場(chǎng)電氣照明系統(tǒng)的運(yùn)行成本約為7783．78元，即使用光導(dǎo)照明系統(tǒng)的年度總成本為1270．32元。體育館內(nèi)12套導(dǎo)光照明系統(tǒng)的總投資成本約為15243．84元。該項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收期約為15600÷635．16=12，約為13年。雖然應(yīng)用于體育場(chǎng)館的導(dǎo)光照明技術(shù)的成本回收效率無(wú)法與商業(yè)和工業(yè)建筑的成本回收效率相比兩到三年，但應(yīng)用光導(dǎo)照明技術(shù)所產(chǎn)生的生態(tài)效益以及對(duì)學(xué)生的積極影響是很難用錢來(lái)衡量。

3.2 健康分析

光管照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為使用光學(xué)全反射原理。能量來(lái)自自然光，具有有益的陽(yáng)光，人類，動(dòng)物和植物。與許多應(yīng)用中熒光光源的當(dāng)前光譜能量比不對(duì)準(zhǔn)相比，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)光管照明系統(tǒng)的強(qiáng)度以確保全光譜，避免對(duì)人眼的眩光和頻閃損壞，以及最大限度地保護(hù)和增強(qiáng)人類健康，提高學(xué)習(xí)效率。

3.3 光控照明節(jié)能分析

節(jié)能照明節(jié)能分析通過(guò)人工照明設(shè)備在自然光采集的總時(shí)間段內(nèi)不需要工作的時(shí)間百分比來(lái)評(píng)估節(jié)能效果。在實(shí)現(xiàn)光控照明的過(guò)程中，需要一個(gè)光電傳感器，通過(guò)傳感器測(cè)量房間的自然光照，然后將結(jié)果與設(shè)定的最小照度進(jìn)行比較，然后啟動(dòng)人工照明裝置。照度無(wú)法實(shí)現(xiàn)。分析結(jié)果表明，某大學(xué)89%的體育場(chǎng)館的年平均照明時(shí)間可以關(guān)閉人工照明設(shè)備。只有大約11%的時(shí)間需要使用人工照明，這表明光導(dǎo)照明系統(tǒng)是節(jié)能的。

4 結(jié)語(yǔ)

光導(dǎo)照明系統(tǒng)通過(guò)室外照明裝置收集自然光并將其引入系統(tǒng)內(nèi)部。在通過(guò)由特殊材料制成的光導(dǎo)裝置強(qiáng)化并有效地傳輸自然光之后，自然光通過(guò)系統(tǒng)另一端的漫射裝置均勻地散射到房間中。從黎明到黃昏，即使是下雨和陰天，光導(dǎo)照明系統(tǒng)也能為室內(nèi)環(huán)境提供充足的高品質(zhì)照明。