導(dǎo)光管照明在地鐵車輛段項(xiàng)目中的應(yīng)用研究

中鐵一局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，陜西 西安 710000

1 導(dǎo)光管照明的工作原理

導(dǎo)光管采光系統(tǒng)原理為將室外的日光通過采光裝置導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部（且能夠過濾90%以上的紫外線），經(jīng)導(dǎo)光管傳輸，由漫射裝置均勻地把自然光發(fā)散到室內(nèi)。同時(shí)，通過改良采光裝置、漫射裝置組成材料，可顯著提高系統(tǒng)采光傳導(dǎo)的效率，增加光能的采集量，減少傳輸損失量。導(dǎo)光管采光系統(tǒng)主要由采光罩、導(dǎo)光裝置、漫射器、調(diào)節(jié)器等組成，構(gòu)造如圖1所示。

圖1 導(dǎo)光管采光系統(tǒng)構(gòu)造示意圖

采光罩為透明的半球結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)棱鏡，置于樓頂、地坪或室外墻體采光好的地方。導(dǎo)光裝置即導(dǎo)光管，管壁內(nèi)材料為玻璃或特殊塑料，其上鍍一層高反射率的金屬涂層，通過導(dǎo)光管的旋轉(zhuǎn)彎曲來改變導(dǎo)入光線的角度和反射長(zhǎng)度。漫射裝置在系統(tǒng)底部，能均勻地將通過光導(dǎo)管的光線散射到室內(nèi)。調(diào)光裝置為調(diào)光器，可以根據(jù)使用需求調(diào)整散發(fā)到室內(nèi)光線的強(qiáng)度。

導(dǎo)光系統(tǒng)安裝前，可在結(jié)構(gòu)上預(yù)留孔洞，增設(shè)混凝土反坎。在安裝過程中，系統(tǒng)構(gòu)件與結(jié)構(gòu)的縫隙采用不燃材料封堵，以此增強(qiáng)導(dǎo)光系統(tǒng)的隔熱、防火性能。周邊的防水措施采用密封嵌固方法，防止?jié)B水、漏水情況的發(fā)生。

2 導(dǎo)光管施工工藝流程

（1）標(biāo)記吊頂和屋面的開孔中心位置，切割開孔。

（2）安裝金屬防水帽，部分防水帽安裝前需先安裝墩座。

（3）安裝頂部、底部角度管和裝配加長(zhǎng)管，裝配和組裝管道。

（4）安裝導(dǎo)光管環(huán)和漫射器，封閉式吊頂應(yīng)先安裝圓轉(zhuǎn)方轉(zhuǎn)接盒。

（5）將管道組件自屋頂防水帽開孔處放入。

（6）在導(dǎo)光管頂部的導(dǎo)光管環(huán)部位安裝采光罩密封條。

（7）安裝光線捕捉器。

3 導(dǎo)光管照明的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

杭州地鐵6號(hào)線SG6-1-3標(biāo)段項(xiàng)目屬于地鐵上蓋物業(yè)開發(fā)類項(xiàng)目，有局部功能房間如餐廳、內(nèi)走廊及衛(wèi)生間等無窗的全封閉房間，采光條件差，該車輛段蓋下大部分為人工采光光源，且光照度低于100lx，遠(yuǎn)不及《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）標(biāo)準(zhǔn)值200lx。

3.2 導(dǎo)光管照明的設(shè)計(jì)模型及施工后照度測(cè)量結(jié)果分析

（1）計(jì)算模型的設(shè)計(jì)。采光罩采光效率為90.69%；導(dǎo)光管單次反射率為99.7%。當(dāng)光導(dǎo)管長(zhǎng)度為3m，太陽高度角為30°時(shí)，反射次數(shù)n約為10次；當(dāng)光導(dǎo)管長(zhǎng)度為4m，反射次數(shù)n約為13次。單次反射長(zhǎng)度l=0.53×tan30°=0.306m，反射次數(shù)n=L÷l=4÷0.306=13.1≈13次。光導(dǎo)管效率為96.2%，漫射器效率為90.96%，產(chǎn)品理論效率值Tr為0.791。考慮到陰雨天氣等不利因素對(duì)效率的影響，整套產(chǎn)品效率Tr≥0.70，經(jīng)過計(jì)算可以得出采用導(dǎo)光管照明系統(tǒng)能滿足各個(gè)房間的采光要求。

（2）施工完成后照度測(cè)量結(jié)果及分析。晴天時(shí)，室內(nèi)外照度情況實(shí)測(cè)結(jié)果如表1所示，陰雨天室內(nèi)外照度情況實(shí)測(cè)結(jié)果如表2所示。

表1 晴天室內(nèi)外照度實(shí)測(cè)結(jié)果

表2 陰天室內(nèi)外照度實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，除陰雨天及個(gè)別位置，現(xiàn)場(chǎng)照度基本滿足《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50034—2013）要求。

3.3 該項(xiàng)目的能耗及節(jié)能情況

（1）直接耗電及節(jié)電情況。使用導(dǎo)光管照明系統(tǒng)節(jié)省電費(fèi)數(shù)據(jù)分析如下：該項(xiàng)目一共使用200盞30W和120盞5W的燈具，白天電費(fèi)為1元/（kW·h），燈泡每3年更換1次，項(xiàng)目燈具全年全部使用，使用時(shí)間為8：00—18：00，1年燈具使用時(shí)間為10×365=3650h，1年使用燈具耗電量為（200×30+120×5）÷1000×3650=24090kW·h，使用導(dǎo)光管照明每年節(jié)約電費(fèi)為1×24090=24090元。

（2）間接耗電情況。燈具使用1年散熱量為（200×30+120×5）×3650×1.25×3.4×0.2928=29976kW，1 年損耗的熱能為29976×50%=14988kW；使用導(dǎo)光管照明1年節(jié)約空調(diào)費(fèi)用為14988元，使用導(dǎo)光管照明1年節(jié)約的制冷費(fèi)用為14988元。因?qū)Ч夤苷彰飨到y(tǒng)所需洞口較小，密封性能較好，基本不產(chǎn)生熱量，故極大地降低了冷、熱傳導(dǎo)系數(shù)，增強(qiáng)了保溫隔熱性能。相比傳統(tǒng)的照明方式，其降低了采暖及制冷能耗，節(jié)省了此部分的費(fèi)用。

（3）燈具材料節(jié)約情況。該項(xiàng)目30W燈泡的價(jià)格為100元/個(gè)，5W燈泡的價(jià)格為20元/個(gè)。根據(jù)照明燈具國家標(biāo)準(zhǔn)壽命3年（10000h）計(jì)算，采用傳統(tǒng)電力照明方式，燈具每3年需更換一次。單次燈具更換節(jié)省的費(fèi)用為（200×100+120×20）=22400元，每年燈具更換節(jié)省的費(fèi)用為22400÷3=7467元，320個(gè)燈罩（設(shè)定其價(jià)格為100元/個(gè)）每3年也更換一次，年度節(jié)省燈罩設(shè)備更新費(fèi)為320×100÷3=10667元。由于降低了空調(diào)的負(fù)荷，在初期空調(diào)設(shè)備投入方面，可以降低設(shè)備功率的要求，從而降低空調(diào)設(shè)備的購買成本約20%（預(yù)估節(jié)約空調(diào)購買成本約7000元），年度節(jié)約耗材費(fèi)用為7467+10667+7000=25134元。

（4）人工清潔燈具費(fèi)用節(jié)約情況。導(dǎo)光管照明系統(tǒng)清潔方便，采光罩設(shè)計(jì)為半球形，該項(xiàng)目區(qū)域年度雨水較多，可利用雨水、風(fēng)吹達(dá)到清潔效果，節(jié)約了人工定期清潔的費(fèi)用，建議每年用自來水沖洗1次，沖洗人員為2人，沖洗時(shí)間為1d。

4 結(jié)束語

綜上所述，節(jié)能減排中建筑節(jié)能占較大比重，每年建筑耗能大約占全部能耗的28%，而在公共建筑的全年能耗中，空調(diào)制冷、采暖系統(tǒng)大約占建筑耗能的60%，照明系統(tǒng)大約占建筑耗能的40%。公共建筑自然采光可以顯著減少日間人工照明的時(shí)間和用于電燈的能源費(fèi)用，且在有日光的環(huán)境中工作能夠改善工作環(huán)境，使人心情愉悅，因此光導(dǎo)管照明技術(shù)作為綠色照明的典范，必然會(huì)成為建筑節(jié)能的主力軍。