導光管照明在地鐵車輛段項目中的應用研究

中鐵一局集團建筑安裝工程有限公司，陜西 西安 710000

1 導光管照明的工作原理

導光管采光系統原理為將室外的日光通過采光裝置導入系統內部（且能夠過濾90%以上的紫外線），經導光管傳輸，由漫射裝置均勻地把自然光發散到室內。同時，通過改良采光裝置、漫射裝置組成材料，可顯著提高系統采光傳導的效率，增加光能的采集量，減少傳輸損失量。導光管采光系統主要由采光罩、導光裝置、漫射器、調節器等組成，構造如圖1所示。

圖1 導光管采光系統構造示意圖

采光罩為透明的半球結構，內設棱鏡，置于樓頂、地坪或室外墻體采光好的地方。導光裝置即導光管，管壁內材料為玻璃或特殊塑料，其上鍍一層高反射率的金屬涂層，通過導光管的旋轉彎曲來改變導入光線的角度和反射長度。漫射裝置在系統底部，能均勻地將通過光導管的光線散射到室內。調光裝置為調光器，可以根據使用需求調整散發到室內光線的強度。

導光系統安裝前，可在結構上預留孔洞，增設混凝土反坎。在安裝過程中，系統構件與結構的縫隙采用不燃材料封堵，以此增強導光系統的隔熱、防火性能。周邊的防水措施采用密封嵌固方法，防止滲水、漏水情況的發生。

2 導光管施工工藝流程

（1）標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管，裝配和組裝管道。

（4）安裝導光管環和漫射器，封閉式吊頂應先安裝圓轉方轉接盒。

（5）將管道組件自屋頂防水帽開孔處放入。

（6）在導光管頂部的導光管環部位安裝采光罩密封條。

（7）安裝光線捕捉器。

3 導光管照明的應用

3.1 項目概況

杭州地鐵6號線SG6-1-3標段項目屬于地鐵上蓋物業開發類項目，有局部功能房間如餐廳、內走廊及衛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，遠不及《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）標準值200lx。

3.2 導光管照明的設計模型及施工后照度測量結果分析

（1）計算模型的設計。采光罩采光效率為90.69%；導光管單次反射率為99.7%。當光導管長度為3m，太陽高度角為30°時，反射次數n約為10次；當光導管長度為4m，反射次數n約為13次。單次反射長度l=0.53×tan30°=0.306m，反射次數n=L÷l=4÷0.306=13.1≈13次。光導管效率為96.2%，漫射器效率為90.96%，產品理論效率值Tr為0.791。考慮到陰雨天氣等不利因素對效率的影響，整套產品效率Tr≥0.70，經過計算可以得出采用導光管照明系統能滿足各個房間的采光要求。

（2）施工完成后照度測量結果及分析。晴天時，室內外照度情況實測結果如表1所示，陰雨天室內外照度情況實測結果如表2所示。

表1 晴天室內外照度實測結果

表2 陰天室內外照度實測結果

根據測試結果，除陰雨天及個別位置，現場照度基本滿足《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013）要求。

3.3 該項目的能耗及節能情況

（1）直接耗電及節電情況。使用導光管照明系統節省電費數據分析如下：該項目一共使用200盞30W和120盞5W的燈具，白天電費為1元/（kW·h），燈泡每3年更換1次，項目燈具全年全部使用，使用時間為8：00—18：00，1年燈具使用時間為10×365=3650h，1年使用燈具耗電量為（200×30+120×5）÷1000×3650=24090kW·h，使用導光管照明每年節約電費為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；使用導光管照明1年節約空調費用為14988元，使用導光管照明1年節約的制冷費用為14988元。因導光管照明系統所需洞口較小，密封性能較好，基本不產生熱量，故極大地降低了冷、熱傳導系數，增強了保溫隔熱性能。相比傳統的照明方式，其降低了采暖及制冷能耗，節省了此部分的費用。

（3）燈具材料節約情況。該項目30W燈泡的價格為100元/個，5W燈泡的價格為20元/個。根據照明燈具國家標準壽命3年（10000h）計算，采用傳統電力照明方式，燈具每3年需更換一次。單次燈具更換節省的費用為（200×100+120×20）=22400元，每年燈具更換節省的費用為22400÷3=7467元，320個燈罩（設定其價格為100元/個）每3年也更換一次，年度節省燈罩設備更新費為320×100÷3=10667元。由于降低了空調的負荷，在初期空調設備投入方面，可以降低設備功率的要求，從而降低空調設備的購買成本約20%（預估節約空調購買成本約7000元），年度節約耗材費用為7467+10667+7000=25134元。

（4）人工清潔燈具費用節約情況。導光管照明系統清潔方便，采光罩設計為半球形，該項目區域年度雨水較多，可利用雨水、風吹達到清潔效果，節約了人工定期清潔的費用，建議每年用自來水沖洗1次，沖洗人員為2人，沖洗時間為1d。

4 結束語

綜上所述，節能減排中建筑節能占較大比重，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，空調制冷、采暖系統大約占建筑耗能的60%，照明系統大約占建筑耗能的40%。公共建筑自然采光可以顯著減少日間人工照明的時間和用于電燈的能源費用，且在有日光的環境中工作能夠改善工作環境，使人心情愉悅，因此光導管照明技術作為綠色照明的典范，必然會成為建筑節能的主力軍。