帶上蓋物業開發的地下地鐵停車場綠色照明方案簡介

孟軍鋒，李軍華，楊 超，姜同伍，譚 圓，劉必金

(1.中鐵武漢勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢鐵路職業技術學院，湖北 武漢 430000；3.中國鐵路武漢局集團有限公司武漢供電段，湖北 武漢 430000；4.帕爾菱科(常州)智能照明有限公司，江蘇 常州 213000)

引言

2021年9月22日，中共中央、國務院印發《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》，今后減少碳排放、降低能源消耗變得尤為重要，照明領域是需要著重考慮的方面。

國際電工委員會(IEC)標準IEC TS 63105:2021(E)和我國國家標準《照明系統和相關設備術語和定義》(GB/T 39022—2020)中給出了智能照明的定義: 智能照明也稱為“自適應照明”，是指根據環境或預定義條件自動調節以提供所需求質量的照明。這就要求我們根據所處的環境、照度要求，預先設置好相應的照明系統。再根據外部的條件和變化，采用智能照明技術對燈具實現自動調節[1]。

在照明設計中，滿足照度功能要求的同時要大力采用節能技術。如何節能管控、如何利用自然光，在工程設計中要作為重點考慮。目前在地下車庫等場所，也有設置導光管采光系統，利用太陽光達到很好的照明節能效果。但現行做法通常是導光管采光系統獨立設置，與庫內設置的配電型智能照明系統獨立運行，雖然都能達到照明的效果，但還不夠經濟、節能、智能化，業主前期的建設投入并沒有達到預期的效果。另外目前大多數燈具無法調光，或者調光后影響設備使用壽命，大大制約智能調光技術。

1 工程概況

本工程為某地鐵地下停車場。停車場分為地下集中布置區域和地上集中布置區域。停車場作業線路全部為地下線。運用庫、附屬輔跨用房、風機夾層、咽喉區、牽引降壓混合變電所、洗車機庫整體設置在地下，綜合樓、污水處理站、門衛樓整體設置在地上。本項目地上計容建筑總面積約7 418 m2，地下計容建筑總面積約53 700 m2，以上均不含物業開發面積。物業開發包括落地開發和上蓋開發，含住宅、學校、商業等。項目總體鳥瞰圖如圖1所示。

圖1 項目總體鳥瞰圖Fig.1 Overall aerial view of the project

本工程運用庫為地下戊類廠房，火災危險性較小，運用庫內部劃分為上、下兩個防火分區，防火分區面積分別為22 428m2、18 785m2。咽喉區區域平時基本上無人員作業，火災危險性較小，咽喉區不再劃分為獨立的防火分區，采用防火隔墻和防火卷簾與運用庫分隔為兩個不同的區域。運用庫及咽喉區四周設置有通道，凈高6～10 m，凈寬約14 m，頂板均勻開孔，開孔率為30%，如圖2所示。

圖2 項目總平面布局示意圖Fig.2 General layout of the project

咽喉區頂部設置采光通風井，保證各最不利排煙點距風井距離不大于30 m，通風口面積不小于咽喉區建筑面積的5%，滿足自然通風和自然排煙要求。咽喉區平面布置及局部效果如圖3、圖4所示，咽喉區建筑參數見表1。

表1 本項目建筑規模數據統計表Table 1 Statistics of construction scale of the project

圖3 咽喉區平面布置圖Fig.3 Layout plan of throat area

圖4 咽喉區蓋下局部效果圖Fig.4 Partial effect under the cover of throat area

2 照明設計方案

根據《城市軌道交通照明》(GB/T 16275—2008)中表4城市軌道交通各類場所正常照明的標準值，咽喉區參照道岔區照度標準值按50 lx設計[2]。為了盡可能利用自然光，軌行區頂設置了通風采光井，四周有消防車道，車道上方有30%開孔率?？紤]到咽喉區上部為綠化，四周無遮擋，設計中考慮利用太陽光的導光管采光系統，結合通風采光井均勻布置。利用調光技術將導光管采光系統、通風采光孔自然光和人工照明三者整體結合。在滿足使用功能的前提下白天盡可能充分利用自然光，在晚上自然光無法滿足的情況下，合理利用人工照明。

根據《建筑采光設計標準》(GB 50033—2013)，本工程屬于光氣候分區IV區，武漢地區全年平均照度 30 klx≤Eq<35 klx，共采用94套球型sundome530型號導光管采光系統,設置在咽喉區頂板上方。不開啟人工照明燈具時，以全年平均照度35 klx進行照度計算，導光管采光系統照明范圍室內的平均照度為75 lx，考慮到通風采光孔的自然光，白天可滿足正常照度要求。另外設置了150個75 W LED工礦燈，在晚上或白天光照不好的情況下，開啟相應照明燈具。導光管及燈具局部布置如圖5所示。

圖5 導光管及燈具局部布置圖Fig.5 Partial layout of light guide tube and lamps

按照全年7：00—17：00采用導光管采光系統及通風采光孔可滿足照明需求，這個時間段關閉照明燈具，經粗略計算，全年可節約電能40 500 kWh，換算成碳排放減排約40 378 kg，即40噸二氧化碳。

(1)智能照明及調光框架。

一種結合電光源、自然光的智能調光系統，包括導光管采光系統、燈具、照度傳感器以及智能照明控制系統。其中，燈具為可調光燈具，燈具和照度傳感器均與智能照明控制系統連接，智能照明控制系統預先設置咽喉區庫下照度值。光照傳感器通過數據線或紅外方式傳輸至智能照明控制系統主機，實時控制燈具開和關，智能照明控制系統主機可連接多臺照度傳感器，如圖6所示。

圖6 智能照明及調光框架圖Fig.6 Frame diagram of intelligent lighting and dimming

(2)導光管采光系統。

本工程設置了一種集成智能照明與防盜的導光管采光系統，該系統包括采光罩、防雨套圈、導光管、漫射器、照度傳感器、防盜裝置；采光罩固定在防雨套圈上面，防雨套圈通過固定螺釘與屋面預留墩臺結合，防雨套圈與庫頂結合處設有多層防雨層，導光管的頂部與防雨套圈固定在一起，導光管底部設置一個轉接盒，轉接盒的上面通過加強固定吊索與導光管通過螺栓螺母及密封膠連接，以加強穩固性，轉接盒內設有防盜裝置。在漫射器側邊下方設置光照傳感器，上方采用加強固定吊索固定，可與轉接盒共用固定吊索，通過所測光照度，實時反饋到總智能照明系統中，結合照度要求控制配電型燈具開和關，達到節能效果[3]，如圖7所示。

1.采光罩；2.螺栓；3.防雨套圈；4.漫射器；5.屋面預留墩臺；6.加強固定吊索；7.轉接盒；8.照度傳感器；9.導光管圖7 導光管采光系統Fig.7 Lighting system of light guide tube

(3)燈具選用。

咽喉區層高6～10 m，蓋上為綠化公園，蓋下為軌行區，設有線路軌道和道岔。設計之初，經運營部門反饋，軌行區燈具在運營期維修困難，高空作業存在操作風險。因此，本工程考慮了更智能、更方便更換的升降式一體燈具，其具有以下幾個特點[4]：

①安全可靠。把高空操作的工作降到地面上來進行，避免了墜落的危險。檢修時自動斷開電源避免了觸電的危險。

②現場操作便捷。減少維護或更換的時間，不受時間和場地限制，隨機升降，地面作業。

③提高效率。通過遙控+線控等多種智能控制方式，高效工作，提高日常維護效率。遙控器或面板控制升、降、停，可單個控制也可群組控制，根據客戶的要求進行調光。

④降低費用?？梢怨澥∶看伟矙z、清潔、更換燈具所需設備及人員投入，最大化減少因檢修停電帶來的損失。

(4)照度傳感器。

如圖8所示，照度傳感器中，有供電線路與通信線路，供電線路多采用直流方式，通信線路可采用無線傳輸或總線傳輸模式，通過照度傳感器將導光管周邊照度實時反饋到智能照明系統主機，智能照明系統主機再根據照度值自動控制區域內配電型燈具的開或關。

圖8 照度傳感器接線圖Fig.8 Wiring diagram of illuminance sensor

(5)整體照明方案。

根據《照明設計手冊(第三版)》[5]中照度計算：

Eav1=N×Φ×U×K/A

(1)

式中，Eav1—電光源照度值，lx；

Φ—光通量,lm；

N—光源數量；

U—利用系數；

A—工作面面積，m2；

K—燈具維護系數。

根據《建筑采光設計標準》(GB 50033—2013)[6]中照度計算：

Eav2=n×Φu×CU×MF/S

(2)

式中，Eav2—導光管采光系統照度值，lx；

n—導光管數量；

Φu—導光管采光系統漫射器的設計輸出光通量，lm；

CU—導光管系統的采光利用系數；

MF—維護系數；

S—房間面積，m2。

通過導光管采光系統為室內提供照明，并通過設置的照度傳感器實時監測室內的實際照度值Eav。

在不開啟配電燈具的情況下，通過智能照明控制系統將照度傳感器檢測到的導光管采光系統照度值Eav2與預設的規定照度值(如50 lx)對比，若實際照度值低于需求照度值，則控制開啟配電燈具或增加燈具亮度。在開啟配電燈具的情況下，若實際照度值Eav超出需求照度值，則控制燈具關閉或降低燈具亮度，使室內的實際照度值達到需求照度值或最大限度地接近所述需求照度值。

其中，優先通過導光管采光系統為室內提供照明，并通過照度傳感器實時檢測室內的實際照度值Eav，當僅通過導光管采光系統無法滿足需求照度值，即僅有導光管采光系統時的實際照度值低于需求照度值時，智能照明控制系統才控制開啟燈具，在燈具亮度可調范圍內，調節燈具亮度使室內的實際照度值達到需求照度值或最大限度地接近所述需求照度值。在兩者光源均可照射到的區域內，計算出兩者照度值疊加后的計算照度值，在滿足規范規定的照度值基礎上，在照明控制箱內關掉部分配電型燈具，達到節能的要求，如圖9所示。

圖9 導光管與電光源控制示意圖Fig.9 Control diagram of light guide tube and electric light source

(6)調光方法。

常用照明控制一般有KNX/Wi-Fi/DALI/電力載波等，其中KNX和DALI可靠性高，施工難度低，大量應用于辦公樓、體育館等[7]。調光方式常用模式有：DALI調光和1～10V調光兩大類。比較兩類調光方式可發現，DALI調光具有調光質量高、可調控范圍廣、性能穩定等特點?？紤]到地鐵工程的建設規模及重要性，地鐵車站的調光控制建議采用DALI調光方案[8]。

本工程的智能照明系統采用KNX總線技術設計的控制系統，KNX總線作為總線線纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統，在每個控制箱采用DALI調光，可實現對停車場所有燈具的單獨或集中管理和控制，并在總的管理平臺上統一監視。根據自然光實際照度狀況，利用照度傳感器和DALI調光方式來控制該區域照明，以實現環境光照度低時開燈及增大燈具亮度，照度達到需求時關燈及減少燈具亮度，實現節能效果。采用控制屏進行手動觸屏控制或后臺軟件控制，觸控屏可就近修改相關時間場景參數或調光參數。采用智能照明系統，可根據現場的運維管理特殊化定制各種場景，圖形界面應為圖形與文字相結合的全中文界面，界面形象、功能豐富、操作方便。本智能照明系統主要由控制室智能照明控制主站、智能照明控制箱、被控制區域控制屏、調光線纜和照明總線組成，如圖10所示。

圖10 智能照明系統框架圖Fig.10 Frame diagram of intelligent lighting system

控制室智能照明管理平臺由智能照明控制主機、服務器、維護終端電腦主機含照明控制軟件、網絡交換機、IP路由器、電源模塊、場景和時間模塊組成。通過KNX照明總線至每個控制區域。UTP CAT5e以太網線連接網絡交換機、智能照明控制主機和服務器。根據被控制區域，設置有多個照明控制箱，每個照明控制箱內設置有網關，每個回路采用調光線纜將網關與每個燈具自帶的調光鎮流器相連，再用照明控制總線與控制室相連。通過這種方式可實現控制室照明管理平臺對每個照明控制箱控制區域內燈具的調光控制。

3 總結

隨著新發展理念的深入和碳達峰碳中和的政策背景，照明領域節能和降碳越來越受到重視。本文針對上蓋物業開發的咽喉區，結合建筑特點，充分利用清潔能源自然光，是照明和建筑結合考慮節能的一個典型案例。本工程通過設置導光管采光系統，結合通風采光井，將太陽光的導光管采光系統、通風采光孔自然光、配電燈具光三者整體結合，在滿足使用功能的前提下盡可能充分利用自然光；通過智能照明控制，在每個被控制區域，設置有觸控屏，可就地控制某一個區域或全部區域。為了進一步減碳，采用了可升降式、可調光的LED一體化燈具，大幅減少了運營成本。利用KNX與DALI結合的調光方法，開/關照明燈具和調整照明燈的功率，達到節能目的。由于篇幅所限和筆者水平有限，本文對地鐵停車場綠色照明方案進行了簡要的介紹，后期調光帶來的諧波和LED燈啟動帶來的沖擊電流等問題，有待進一步研究。