大型機場航站樓辦票大廳照明設計

鐘世權

(廣東省建筑設計研究院，廣東 廣州 510010)

引言

隨著國民經濟的快速發(fā)展，我國航空交通基礎設施都得到了飛速的發(fā)展，機場數量持續(xù)增長、規(guī)模不斷擴大。根據《中國民用航空發(fā)展第十三個五年規(guī)劃》，到2025年我國將新建、擴建、改建一批現代化的綠色節(jié)能的大型機場航站樓。機場航站樓辦票大廳照明設計與實施的優(yōu)劣，不僅直接影響建筑及空間效果，更影響機場旅客的空間感受。LED燈具具有優(yōu)越的節(jié)能效果和超長的使用壽命，其應用是目前照明行業(yè)的發(fā)展趨勢。但是，大功率LED燈具在機場辦票大廳采用直接照明方式的應用較少。本文將以新建的廣州白云國際機場二號航站樓辦票大廳為例，介紹大功率LED燈具在辦票大廳的設計，并對其照明成果進行檢測分析和研究。

1 設計原則

機場航站樓辦票大廳是供旅客辦理登機牌、行李托運等出港手續(xù)并提供相應服務的區(qū)域，是航站樓為旅客服務的最重要的窗口。廣州白云國際機場二號航站樓辦票大廳空間平面為432 m×152 m，建筑面積約為66 000 m2。結構柱距為東西向為36 m,南北向為45 m，南北兩面全部與東西面約1/3的墻面為玻璃幕墻。天花為波浪狀，底部距地面高度為19～26.8 m。整個大廳屬于高大空間。

GB 50034—2013《建筑照明設計標準》規(guī)定交通建筑辦票大廳照明的照度標準值為200 lx，功率密度現行值9.0 W/ m2、目標值8.0 W/m2[1]。因此采用傳統(tǒng)大空間照明設計方式顯然難以達到GB 50034—2013的要求。綜上，我們結合GB 50034—2013的要求，遵循綠色、智慧的設計理念，制定了辦票大廳照明設計的設計原則：

1)基礎照明原則：辦票大廳作為高大空間，照明設計難度較大，應選擇合理的照明方式、合適的照明燈具，準確控制好照度、功率密度、亮度、眩光、顯色性等各項照明指標，使其真正符合人對照明功能的需求。

2)綠色節(jié)能原則：航站樓是一個巨大的能耗建筑，照明系統(tǒng)是其中僅次于中央空調的第二用電大戶。因此，照明設計在滿足照明功能的基礎上，盡可能降低照明的功率密度，減少照明能耗；同時充分利用自然采光，盡可能地實現綠色節(jié)能。

3)智能控制原則：航站樓作為行業(yè)內標桿類建筑，應該充分應用最前沿的智能建筑理念，根據時間和人流情況，針對不同的環(huán)境實行不同的照度控制，達到更加智慧、節(jié)能和舒適的照明效果。

4)裝飾功能原則：照明還需要與建筑環(huán)境、室內設計完美地結合，并充分應用各種照明手段來表現建筑內部空間和外部形象，突出建筑環(huán)境特點。

2 照明設計方案

2.1 天然采光設計

本項目通過波浪弧形落地玻璃幕墻和屋面設置采光天窗并采用漸變旋轉式吊頂將充足的天然光引入室內，既是對室內光環(huán)境的極大的補充，又能使空間在視覺上更加通透明亮，如圖1所示[3]。這種天然采光設計符合綠色節(jié)能的原則，與人工照明起到相輔相成的效果[5]。

圖1 辦票大廳天然采光示意圖Fig.1 Schematic diagram of natural lighting in the check-in hall

2.2 照明方式和光源選擇

1)照明方式比較。辦票大廳照明一般采用直接照明、間接照明、混合照明的方式，目前間接照明在機場應用較多。間接照明方式優(yōu)勢為空間效果好、舒適性高、眩光易控制；其劣勢為由于光經過反射進行照明，造成光能損耗較大，且均勻度難以控制。如白云國際機場一號航站樓采用間接照明，其實測照度值小于100 lx[5]，而照明功率密度大于20 W/m2，與GB 50034—2013的要求有明顯的差距。直接照明的優(yōu)勢為充分利用光能，均勻度高，節(jié)能效果明顯；其劣勢為空間效果差、難以避免眩光。

2)光源比較。高大空間照明常用的燈具是金鹵燈，但是金鹵燈難以滿足GB 50034—2013對照明功率密度的要求。LED燈的光效較高，符合綠色節(jié)能的原則；且LED燈作為固態(tài)光源，具有很好的可控特性[6]，能夠實現調光控制。由此可見，在公共建筑高大空間采用大功率LED燈更加合適。

因此，本辦票大廳照明方案以大功率LED燈直接照明為主、間接照明為輔，通過光源空間布置、燈具選型與安裝方式的設計改善眩光的影響。

2.3 光源布置方案

光源布置方案如圖2所示。

圖2 辦票大廳光源布置Fig.2 Light source arrangement of Planned hall

1)大廳東西方向按36 m為單元，在吊頂波浪造型的波峰(兩座辦票島中間通道上方)、波谷(辦票島上方)分別設置南北方向的馬道，照明燈具在馬道下方結合吊頂造型安裝在吊頂內部，同時利用馬道解決高空燈具安裝與維護問題。

2)除辦票島正上方沒有安裝燈具外，每條馬道下設置4列燈具，燈具的列間距為1.5 m、行間距為3 m。其中吊頂波峰內燈具選用90 W LED投光燈(總功率為115 W)、波谷吊頂內及北側餐飲平臺區(qū)域選用70 W LED投光燈(總功率為86 W)，燈具色溫為4 000 K。所有燈具均藏在吊頂天花內，通過在鋁合金板上開圓形透光孔，并結合鋁合金板安裝調整燈光投射方向后將燈光均勻投射到地面，提供大廳功能照明，實現見光不見燈的照明效果。

3)每個辦票島頂部設置49行、每行3套共147套功率150 W的WRGB LED投光燈(其中4 000 K白光光源總功率約為45 W)作為間接照明與泛光照明，向上照亮頂棚，表現天花曲面造型，并通過鋁合金板的漫反射將空間打亮，使得照明與建筑和室內設計融合為一體。同時，通過對WRGB燈具的調色控制滿足不同的節(jié)日氣氛需求，為旅客提供不一樣的感受[3]。

4)辦票島鋼架上每個服務柜臺上方安裝2套18 W的明裝LED筒燈作為服務柜臺的重點照明，滿足500 lx照度的工作需求。

2.4 燈具選型與安裝

燈具的選型與安裝對于大空間照明效果影響很大。經過深入的比選、研究，設計師和照明顧問結合項目情況創(chuàng)新設計了一款LED投光燈。燈具設計如圖3所示。

每套燈具的內部由24只高效LED“微燈具”組成，設計將“微燈具”光源均勻表貼在球面燈體上，每只“微燈具”配置極窄的光束角，并調整各自的照射方向使光聚集在下方300 mm處的燈具中心線的圓心上，再散射到下方空間。這種處理確保天花上方的光損失最少，并且通過將燈具深藏在天花上方實現見光不見燈與減少眩光目的[3]。另外將燈具設計為正方形并四周倒角便于燈具在燈槽內安裝固定，燈具外殼采用一體化壓鑄鋁并配置高密齒散熱器，有效增加散熱面積，有利于延長燈具壽命。

根據燈具布置確定燈具定位槽的位置，利用吊頂龍骨與結構桁架固定燈具的鋁板定位槽；然后依據燈具安裝的具體位置，在鋁板天花上開透光孔；光線通過小孔均勻投射大廳面，調試燈具和透光孔。經過透光小孔后的光照更加均勻，從而降低眩光的影響。辦票大廳整個高大空間的燈具被隱藏在天花板里，實現了“燈無形，光有形”的效果，充分實現照明與建筑的融合。

圖3 燈具設計示意圖Fig.3 Schematic diagram of the luminaire design

2.5 模擬效果

按照燈具布置方案，按26 m的安裝高度進行照度模擬，得到辦票大廳地面平均照度為245 lx，功率密度計算值為6.81 W/m2，詳見圖4。計算的結果符合標準要求和設計預期。

圖4 辦票大廳(局部)偽色表現圖與地面等照度圖Fig.4 Pseudo-color representation and the ground illumination of The counterfeit hall (partial)

3 配電與控制設計

3.1 配電方案

本辦票大廳照明配電分為4個區(qū)域，每個區(qū)域分別包括普通照明與應急疏散照明(圖5)。

圖5 辦票大廳照明供電系統(tǒng)圖Fig.5 Lighting system of the ticketing hall

1)普通照明配電方式。本辦票大廳照明屬于一級負荷，每個區(qū)域普通照明采用雙重電源的兩回路交叉供電的方式配電，相鄰兩行燈具由不同的電源配電，來保證照明供電可靠性和照明空間亮度不間斷。圖6為辦票大廳普通照明配電系統(tǒng)示意圖。

圖6 辦票大廳普通照明配電系統(tǒng)示意圖Fig.6 Schematic diagram of general lighting distribution system in the check-in hall

2)應急疏散照明配電。應急疏散照明采用雙重市電+柴油發(fā)電機+EPS電源供電的配電方式。另外，JGJ 243—2011《交通建筑電氣設計規(guī)范》8.5.2條第2款規(guī)定：人員密集場所內的疏散照明地面最低照度值不應低于5 lx[2]。本項目的消防設計要求為“疏散距離大于現行規(guī)范的區(qū)域以及避難走道應增加疏散應急照明照度至10 lx”。辦票大廳中間區(qū)域存在疏散距離大于現行規(guī)范的情況，因此疏散照明照度按不低于10 lx設計，并且考慮照度均勻度問題，經模擬計算后將平時照明燈具的10%按應急疏散照明的標準設計。

3.2 調光控制方案

由于LED燈具有線性連續(xù)調光的優(yōu)點，根據使用需求調節(jié)照度可以提升建筑環(huán)境的舒適度，同時也能延長燈具的壽命、降低照明能耗，更好的達到節(jié)能效果。因此本辦票大廳照明結合項目的實際情況采用調光方式的智能照明控制系統(tǒng)控制。

經過對適合LED燈調光控制的可控硅調光、0～10 V調光、DALI調光、DMX512調光四種調光控制方式分析、比較，初步選定0～10 V調光作為本項目辦票大廳照明的調光控制方式。由于本項目調光回路最長的控制線接近400 m，為了驗證傳輸距離過長是否影響控制效果，我們進行了模擬測試：將10套40 W LED燈組成一個配電與調光控制回路；采用RVV-2×0.75 mm2長度均超過400 m的控制線。控制調光驅動器10%～100%輸出，發(fā)現燈具輸出光通量平穩(wěn)提高，同時對控制線末端信號電壓檢測，數據如表1所示。

表1 1～10 V調光模擬測試數據

經過實驗模擬，確認控制線傳輸距離長度對0～10 V驅動輸出信號的影響不大后，最終大廳頂棚LED投光燈選用了0～10 V調光方式控制(設計中控制線采用ZR-RVS-2x1.0)。辦票島上的WRGB LED投光燈因為有調光、調色的需求所以采用DMX512調光方式控制。

4 照明檢測實驗

4.1 樣燈測試

頂棚安裝的兩款LED投光燈總功率實際為112.3 W與84.3 W，辦票島頂部設置WRGB LED投光燈白光光源總功率實際為42 W。由此計算出實際功率密度值為6.61 W/m2，比設計計算值稍低。

為了確保照明效果，按最不利條件進行了現場測試：在現場屋架下距地面26.8 m處按實際安裝間距標準安裝8 套燈。測試點位置[4]如圖7所示。

圖7 樣燈照度檢測實驗現場和實驗布點圖Fig.7 Sample lamp illumination test site and test experiment layout chart

測試包括裸燈(即無穿孔遮擋)與過孔(使用硬質紙箱開孔模擬)兩種狀態(tài)下，得到數據如圖8所示，可見三組數據的平均照度均大于200 lx，排除遠離燈具照射范圍的測試點10、11后平均照度超過260 lx，基本符合要求，且照度受燈具過孔影響很小。采樣點10和11的照度不足，造成均勻度只有0.4左右，其主要原因是由于本次測試現場只裝了8套燈，測試場地空曠，天花、墻面、地面等不但不具備反射條件反而有吸光效應，且辦票島上方間接照明安裝后也將對照度有正面影響。

4.2 現場檢測

為了深入探究照明設計效果，項目啟用后進行了照度檢測和調光檢測。在照明全開模式狀態(tài)下，站在大廳的任何位置，除抬頭直視正上方時感覺到明顯的眩光外，抬頭仰視基本感覺不到刺眼，整個大廳的照度與空間的亮度都讓各方感到滿意。

圖8 樣燈照度檢測實驗結果Fig.8 Illumination test results of Sample lamp

1)照度分析。根據建筑平面布局與燈具布置方案，結合配電分區(qū)，利用中心布點法[4]進行現場照度檢測。測量點布置如圖9所示。測量過程中，現場最西側的辦票島區(qū)域靠島頭和靠島尾多組燈具處于不受控常關狀態(tài)，所以用D1、D2點照度代替A1、A2點進行數據分析。得到辦票大廳燈具100%輸出時的照度如圖10所示。

圖9 辦票大廳照度檢測布點圖Fig.9 Illumination inspection point map of Checkpoint

由圖10可知，100%輸出時整個辦票大廳各個區(qū)域的照度基本都大于200 lx，整個區(qū)域的平均照度為309.5 lx，均勻度為0.64。根據GB 50034—2013要求，機場候機廳維護系數按0.7考慮，折算后平均照度為216.7 lx，符合標準中要求的設計照度與照度標準值偏差不超過10%的要求[1]。

2)調光控制分析。本次實驗記錄了各個測試點調光驅動輸出處于100%、80%、50%、20%條件下的照度，各點照度變化趨勢如圖11所示。

圖10 辦票大廳各點照度圖Fig.10 Illumination map of each point in the check-in hall

圖11 不同調光輸出時辦票大廳各點照度圖Fig.11 Illumination of each point in the ticket hall during different dimming outputs

如圖12所示，除個別點由于調光控制失控造成無法調節(jié)燈具亮度輸出外，調光驅動輸出降低時照度會隨之降低，但各點照度降幅步調不完全一致。如A6比A4、A5降幅步調稍大，其原因是：A6照度基本來源于天花板LED燈具的直接照明，而A4、A5照度由天花板LED燈具的直接照明、辦票島上方燈具的間接照明和辦票島柜臺的直接照明三組光源疊加，后兩者燈具沒有參與調光控制，所以A4、A5照度變化敏感度稍低。因此，A6照度數據更能表達LED調光控制的效果(圖13(a))。

圖13(b)為燈具驅動器輸出電流隨調光驅動輸出電壓的變化曲線，LED燈亮度與電流成正比，故可表征燈具亮度隨調光驅動輸出電壓的變化。A6照度檢測結果與理論調光曲線在趨勢上是一致的，即實現了設計的調光效果。

為了進一步研究調光的節(jié)能效果，實驗記錄了調光控制處于100%、80%、50%、20%條件下其中一組天花頂棚直接照明時配電箱電度表的輸入功率，如圖14所示。

對比圖15(a)和(b)，各個調光點實際功耗并未隨著調光控制呈正比的下降，均比理想狀況要高一些，主要是因為部分燈具處于不受控狀態(tài)，相關燈具的功耗沒有隨控制信號調整。另外，由于 LED驅動器的效率和功率因數(PF)隨著輸出功率的下降而下降，因此要調光效果則需要消耗更多的功率，從而呈現非完全的線性關系。

5 結束語

通過對本辦票大廳的照明設計實踐，證明大型機場航站樓高大空間應用大功率LED投光燈可以滿足GB 50034—2013對于照度的要求，且功率密度值小于標準規(guī)定的目標值。調光檢測和辦票大廳不同區(qū)域照度對比分析的結果表明，照明調光控制可以起到提高空間照度均勻度和降低能耗的效果。因此，良好的天然采光條件與大功率LED投光燈+調光控制的人工照明設計相結合的方式是交通建筑高大空間照明設計的優(yōu)選方案。筆者也發(fā)現調光控制過程會產生功率損耗，所以進一步研究LED驅動器對節(jié)能具有重要意義。另外，設計方要完成一個優(yōu)秀的照明項目不僅需要優(yōu)秀的方案與施工圖設計和施工的緊密配合，還需要在工程竣工后繼續(xù)深入調研、優(yōu)化控制策略。只有這樣，設計意圖才能真正落地，達到預定的效果。

圖12 辦票島D區(qū)各點調光控制照度變化曲線圖Fig.12 Dimming control illuminance curve of each point in the D area of the check-in island

圖13 現場調光控制照度變化和燈具亮度調光控制變化曲線Fig.13 On-site dimming control illuminance change curve and luminance brightness dimming control curve

圖14 辦票大廳配電箱調光控制相對功耗圖Fig.14 Dimming control relative power consumption diagram of Check-in hall distribution box

圖15 效率隨輸出電壓變化曲線和功率因數隨輸出功率變化曲線Fig.15 Efficiency vs. output voltage curve and power factor vs. output power curve

致謝：感謝北京光景照明設計有限公司、廣州世榮電子有限公司、歐普照明股份有限公司、第一太平戴維斯物業(yè)顧問有限公司等對本項目的支持。