重庆地区绿色建筑导光管天然采光节能量研究——以龙兴生态城为例

秦砚瑶，戴辉自，徐航

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 重庆 400016）

0 引言

“绿色建筑”理念已深入人心，绿色建筑的发展亦相当迅猛。根据资料显示，截至2015年1月，全国已评出2538项绿色建筑标识项目，总建筑面积达到2.92亿m2，其中设计标识2379项，建筑面积为2.72亿m2；运行标识159项，建筑面积0.2亿m2。重庆市绿色建筑发展亦呈较快发展态势【1】，2013年12月1日起，重庆率先在一定规模的公共建筑中强制执行绿色建筑一星级标准，每年涉及的建筑量约1000万㎡，同时根据重庆市绿色建筑专业委员会提供的数据显示，通过标识的项目为55项【2】，建筑面积共计约400万m2，已呈现快速发展的势头。天然采光作为保证绿色建筑室内环境质量的重要内容，目前亦得到广泛关注。导光管采光作为天然采光的重要形式，节能效果显著，应用逐步受重视。段旺等人针对奥林匹克公园中心区地下车库的导光管系统节能量进行了研究，得出单套导光管系统全年可节约用电1288 kWh【3】。武毅等人针对北京科技大学体育馆导光管照明系统的设计过程、节能效果、经济性进行了分析研究【4】。彭仁湘等人针对百事可乐州饮料有限公司一期导光管项目的工程经济效益进行了分析，得出了导光管系统具有经济性好、节能效益明显的结论【5】。

1 绿色建筑导光管天然采光概述

绿色建筑天然采光方式多种多样，建筑中应用较多的形式有导光管系统、采光井、反光板、棱镜导光、光导纤维导光。实际应用中受建筑、造价等因素制约，使用较多的为导光管系统，导光管系统由于采用采光罩、传输系统、弯管、漫射器等部件（如图1），可实现侧向安装、穿层安装、直管安装、穿层转弯安装、平板转弯安装、平板玻璃安装等多种安装方式，满足不同的建筑自然采光需求，有效解决传统采光井采光路径有限、无法转弯等问题。

图1 绿色建筑地下车库导光筒采光示意图

2 导光管天然采光节能量核算方法

根据《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）[6]，在建筑设计阶段评价采光节能效果时，宜进行采光节能计算。可节省的照明用电量宜按下列公式进行计算：

式中：Ue——单位面积上可节省的年照明用电量(kWh/m2·年)；

A——照明的总面积(m2)；

We——可节省的年照明用电量(kWh/年)；

Pe——房间或区域的照明安装总功率(W)；

tD——全部利用天然采光的时数(h)，可按《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）附录E中表E.0.1取值；

t'D——部分利用天然采光的时数(h)，可按《建筑采光设计标准》（GB50033-2013）附录E中表E.0.2取值；

FD——全部利用天然采光时的采光依附系数，取1；

F'D——部分利用天然采光时的采光依附系数，在临界照度与设计照度之间的时段取0.5【6】。

根据《建筑采光设计标准》（GB50033-2013），重庆市属于光气候分区Ⅴ类区，全部利用天然光的时数tD为2791h；部分利用天然光采光的时数t'D为898h。以办公建筑的办公室为例，根据《建筑照明设计标准》(GB50034-2013)【7】，办公室的照明功率密度值为8W/m2（绿色建筑照明功率密度值按目标值设计）【7】，由3-1及3-2式，每平米办公室每年可节约的照明能耗为17.70kWh；对于办公建筑的地下车库，照明功率密度值按2W/m2计，每平米车库采用导光管采光每年可节约照明能耗6.48kWh；对于单个导光管采光所能满足的采光面积，需按实际设计过程进行分析计算。

3 导光管天然采光应用技术案例分析

3.1 项目案例

重庆市某二星级绿色建筑项目，项目性质主要为办公，含部分商业。总用地面积43298m2，总建筑面积89343m2，地下建筑面积28077.57m2，绿地率30%，建筑密度40%，项目场地内为混合建筑群，含高层、多层建筑，项目停车位数量共计640辆 （全部采用地下停车方式）（如图2所示），地下建筑的主要功能为车库、设备房等。该地块场地呈南高北低，西高东低现状，南北高差约3m，东西高差约8m，一条地下箱涵管道东西向横穿基地，将地下室可建范围分成南北两块。由于项目场地存在高差，场地内设置了坡地绿化，导光管设计时，需避开建筑基底、交通道路，且景观设计时需避免设置在高大乔木的遮荫范围内、坡地绿化区，导致无法集中连片布置，且需根据地面景观位置作局部调整，同时，尽可能将导光管设置于地下车库车道上，根据项目实际特点，考虑绿色建筑的要求及投资限制，拟采用20套导光管系统进行自然采光。项目采用20套DS530型天然导光管，直径530mm，综合效率约为 70%；维护系数 0.82。

图2 某二星级绿色建筑项目地下车库导光筒布置平面

3.2 导光管天然采光设计

重庆处于Ⅴ类光气候区，且全年阴天较多，导光管应用案例相对较少，一般认为5m×5m的间距时，可满足办公室的采光要求，根据《建筑照明设计标准》(GB50034-2013)【7】，公共建筑地下车库的照度标准为50lx。为确定导光管所需的安装间距要求，设计前模拟分析确定导光管合理的安装间距。模拟分析中采用DS530型号的导光管，设计间距分别为6000mm×6000mm、7000mm×7000mm、8000mm×8000mm、9000mm×9000mm。 应用Ecotect模拟软件，对层高为4.2m的车库进行模拟分析（结果如图3-图6），得到表1所示车库地面的照度值。

表1 Φ530导光管各间距下边界处的照度值

图3 6000×6000mm时车库内照度分布

图4 7000×7000mm时车库内照度分布

图5 8000×8000mm时车库内照度分布

图6 9000×9000mm时车库内照度分布

因此，6000×6000mm、7000×7000mm、8000mm×8000mm时均能满足，9000mm×9000mm时部分区域已不能满足照度要求。因此，项目中确定导光管的合理间距为8000mm×8000mm，实际布置以项目总图为准。

3.3 天然采光节能量计算

按照前述分析，导光管间间距为8000mm×8000mm，单个导光管可满足采光要求的面积为64m2，根据本文第3章的论述，采用导光管采光，每平米车库每年节约电能6.48kWh，项目中采用的单个导光管面积为0.25×0.532×3.14=0.22m2，单个导光管每年节电为6.48×64=414.72kWh，单位导光管面积年节约的电能为1/0.22×414.72=1985.2kWh。

浙江省发布了 《民用建筑可再生能源应用核算标准》（DB33/1105-2014）【8】，该标准指出，应用于办公室时，单位光导管面积年理论节电量为3840kwh/m2，与本研究中车库的1985.2kWh存在差异，原因有二：一是浙江位于光气候Ⅳ区（室外天然光设计照度值为13500lx），优于重庆地区（Ⅴ区，室外天然光设计照度值为12000lx）；二是办公室采光要求的照度一般为300lx，而车库为50lx即可，造成的照明功率密度差异大，导致节能量也存在巨大差异。

4 结论

研究显示，重庆地区绿色建筑中，导光管设计可采用Ecotect软件进行模拟分析，优化导光管设计。对于Φ530的导光管安装于负一层地下车库时（直采），可按8m×8m的间距设计，每平米导光管每年节约的电能为1985.2kWh。

[1]张川，宋凌，孙潇月.2014年度绿色建筑评价标识统计报告[J].建设科技，2015（6）：20-23.

[2]关于进一步加强建筑节能与绿色建筑基本信息报送工作的通知.http://www.cqgbc.org/gonggao_x.asp?id=197.

[3]段旺，宗复，林若慈.奥运中心区地下车库导光管系统[J].照明工程学报，2008，19（3）：1-7.

[4]武毅，戴德慈.北京科技大学体育馆导光管照明系统[J].照明工程学报，2008，19（4）：25-32.

[5]彭仁湘.导光管采光技术应用分析[J].建设科技，2008，8（16）：28-30.

[6]中华人民共和国住房与城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局.建筑采光设计标准GB50033-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[7]中华人民共和国住房与城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检查检疫总局.GB50034-2013建筑照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[8]浙江省住房和城乡建设厅.DB33/1105-2014民用建筑可再生能源应用核算标准[S].杭州：浙江人民出版社，2014.