重慶地區(qū)綠色建筑導光管天然采光節(jié)能量研究——以龍興生態(tài)城為例

秦硯瑤，戴輝自，徐航

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司 重慶 400016）

0 引言

“綠色建筑”理念已深入人心，綠色建筑的發(fā)展亦相當迅猛。根據(jù)資料顯示，截至2015年1月，全國已評出2538項綠色建筑標識項目，總建筑面積達到2.92億m2，其中設計標識2379項，建筑面積為2.72億m2；運行標識159項，建筑面積0.2億m2。重慶市綠色建筑發(fā)展亦呈較快發(fā)展態(tài)勢【1】，2013年12月1日起，重慶率先在一定規(guī)模的公共建筑中強制執(zhí)行綠色建筑一星級標準，每年涉及的建筑量約1000萬㎡，同時根據(jù)重慶市綠色建筑專業(yè)委員會提供的數(shù)據(jù)顯示，通過標識的項目為55項【2】，建筑面積共計約400萬m2，已呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭。天然采光作為保證綠色建筑室內環(huán)境質量的重要內容，目前亦得到廣泛關注。導光管采光作為天然采光的重要形式，節(jié)能效果顯著，應用逐步受重視。段旺等人針對奧林匹克公園中心區(qū)地下車庫的導光管系統(tǒng)節(jié)能量進行了研究，得出單套導光管系統(tǒng)全年可節(jié)約用電1288 kWh【3】。武毅等人針對北京科技大學體育館導光管照明系統(tǒng)的設計過程、節(jié)能效果、經(jīng)濟性進行了分析研究【4】。彭仁湘等人針對百事可樂州飲料有限公司一期導光管項目的工程經(jīng)濟效益進行了分析，得出了導光管系統(tǒng)具有經(jīng)濟性好、節(jié)能效益明顯的結論【5】。

1 綠色建筑導光管天然采光概述

綠色建筑天然采光方式多種多樣，建筑中應用較多的形式有導光管系統(tǒng)、采光井、反光板、棱鏡導光、光導纖維導光。實際應用中受建筑、造價等因素制約，使用較多的為導光管系統(tǒng)，導光管系統(tǒng)由于采用采光罩、傳輸系統(tǒng)、彎管、漫射器等部件（如圖1），可實現(xiàn)側向安裝、穿層安裝、直管安裝、穿層轉彎安裝、平板轉彎安裝、平板玻璃安裝等多種安裝方式，滿足不同的建筑自然采光需求，有效解決傳統(tǒng)采光井采光路徑有限、無法轉彎等問題。

圖1 綠色建筑地下車庫導光筒采光示意圖

2 導光管天然采光節(jié)能量核算方法

根據(jù)《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）[6]，在建筑設計階段評價采光節(jié)能效果時，宜進行采光節(jié)能計算。可節(jié)省的照明用電量宜按下列公式進行計算：

式中：Ue——單位面積上可節(jié)省的年照明用電量(kWh/m2·年)；

A——照明的總面積(m2)；

We——可節(jié)省的年照明用電量(kWh/年)；

Pe——房間或區(qū)域的照明安裝總功率(W)；

tD——全部利用天然采光的時數(shù)(h)，可按《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）附錄E中表E.0.1取值；

t'D——部分利用天然采光的時數(shù)(h)，可按《建筑采光設計標準》（GB50033-2013）附錄E中表E.0.2取值；

FD——全部利用天然采光時的采光依附系數(shù)，取1；

F'D——部分利用天然采光時的采光依附系數(shù)，在臨界照度與設計照度之間的時段取0.5【6】。

根據(jù)《建筑采光設計標準》（GB50033-2013），重慶市屬于光氣候分區(qū)Ⅴ類區(qū)，全部利用天然光的時數(shù)tD為2791h；部分利用天然光采光的時數(shù)t'D為898h。以辦公建筑的辦公室為例，根據(jù)《建筑照明設計標準》(GB50034-2013)【7】，辦公室的照明功率密度值為8W/m2（綠色建筑照明功率密度值按目標值設計）【7】，由3-1及3-2式，每平米辦公室每年可節(jié)約的照明能耗為17.70kWh；對于辦公建筑的地下車庫，照明功率密度值按2W/m2計，每平米車庫采用導光管采光每年可節(jié)約照明能耗6.48kWh；對于單個導光管采光所能滿足的采光面積，需按實際設計過程進行分析計算。

3 導光管天然采光應用技術案例分析

3.1 項目案例

重慶市某二星級綠色建筑項目，項目性質主要為辦公，含部分商業(yè)?？傆玫孛娣e43298m2，總建筑面積89343m2，地下建筑面積28077.57m2，綠地率30%，建筑密度40%，項目場地內為混合建筑群，含高層、多層建筑，項目停車位數(shù)量共計640輛 （全部采用地下停車方式）（如圖2所示），地下建筑的主要功能為車庫、設備房等。該地塊場地呈南高北低，西高東低現(xiàn)狀，南北高差約3m，東西高差約8m，一條地下箱涵管道東西向橫穿基地，將地下室可建范圍分成南北兩塊。由于項目場地存在高差，場地內設置了坡地綠化，導光管設計時，需避開建筑基底、交通道路，且景觀設計時需避免設置在高大喬木的遮蔭范圍內、坡地綠化區(qū)，導致無法集中連片布置，且需根據(jù)地面景觀位置作局部調整，同時，盡可能將導光管設置于地下車庫車道上，根據(jù)項目實際特點，考慮綠色建筑的要求及投資限制，擬采用20套導光管系統(tǒng)進行自然采光。項目采用20套DS530型天然導光管，直徑530mm，綜合效率約為 70%；維護系數(shù) 0.82。

圖2 某二星級綠色建筑項目地下車庫導光筒布置平面

3.2 導光管天然采光設計

重慶處于Ⅴ類光氣候區(qū)，且全年陰天較多，導光管應用案例相對較少，一般認為5m×5m的間距時，可滿足辦公室的采光要求，根據(jù)《建筑照明設計標準》(GB50034-2013)【7】，公共建筑地下車庫的照度標準為50lx。為確定導光管所需的安裝間距要求，設計前模擬分析確定導光管合理的安裝間距。模擬分析中采用DS530型號的導光管，設計間距分別為6000mm×6000mm、7000mm×7000mm、8000mm×8000mm、9000mm×9000mm。 應用Ecotect模擬軟件，對層高為4.2m的車庫進行模擬分析（結果如圖3-圖6），得到表1所示車庫地面的照度值。

表1 Φ530導光管各間距下邊界處的照度值

圖3 6000×6000mm時車庫內照度分布

圖4 7000×7000mm時車庫內照度分布

圖5 8000×8000mm時車庫內照度分布

圖6 9000×9000mm時車庫內照度分布

因此，6000×6000mm、7000×7000mm、8000mm×8000mm時均能滿足，9000mm×9000mm時部分區(qū)域已不能滿足照度要求。因此，項目中確定導光管的合理間距為8000mm×8000mm，實際布置以項目總圖為準。

3.3 天然采光節(jié)能量計算

按照前述分析，導光管間間距為8000mm×8000mm，單個導光管可滿足采光要求的面積為64m2，根據(jù)本文第3章的論述，采用導光管采光，每平米車庫每年節(jié)約電能6.48kWh，項目中采用的單個導光管面積為0.25×0.532×3.14=0.22m2，單個導光管每年節(jié)電為6.48×64=414.72kWh，單位導光管面積年節(jié)約的電能為1/0.22×414.72=1985.2kWh。

浙江省發(fā)布了 《民用建筑可再生能源應用核算標準》（DB33/1105-2014）【8】，該標準指出，應用于辦公室時，單位光導管面積年理論節(jié)電量為3840kwh/m2，與本研究中車庫的1985.2kWh存在差異，原因有二：一是浙江位于光氣候Ⅳ區(qū)（室外天然光設計照度值為13500lx），優(yōu)于重慶地區(qū)（Ⅴ區(qū)，室外天然光設計照度值為12000lx）；二是辦公室采光要求的照度一般為300lx，而車庫為50lx即可，造成的照明功率密度差異大，導致節(jié)能量也存在巨大差異。

4 結論

研究顯示，重慶地區(qū)綠色建筑中，導光管設計可采用Ecotect軟件進行模擬分析，優(yōu)化導光管設計。對于Φ530的導光管安裝于負一層地下車庫時（直采），可按8m×8m的間距設計，每平米導光管每年節(jié)約的電能為1985.2kWh。

[1]張川，宋凌，孫瀟月.2014年度綠色建筑評價標識統(tǒng)計報告[J].建設科技，2015（6）：20-23.

[2]關于進一步加強建筑節(jié)能與綠色建筑基本信息報送工作的通知.http://www.cqgbc.org/gonggao_x.asp?id=197.

[3]段旺，宗復，林若慈.奧運中心區(qū)地下車庫導光管系統(tǒng)[J].照明工程學報，2008，19（3）：1-7.

[4]武毅，戴德慈.北京科技大學體育館導光管照明系統(tǒng)[J].照明工程學報，2008，19（4）：25-32.

[5]彭仁湘.導光管采光技術應用分析[J].建設科技，2008，8（16）：28-30.

[6]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢查檢疫總局.建筑采光設計標準GB50033-2013[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[7]中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢查檢疫總局.GB50034-2013建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[8]浙江省住房和城鄉(xiāng)建設廳.DB33/1105-2014民用建筑可再生能源應用核算標準[S].杭州：浙江人民出版社，2014.