基于侧窗采光的办公空间昼间照明节能控制策略研究

唐春娥，袁景玉，刘 宁，孙婷婷，王 婧

(1.河北工业大学 建筑与艺术设计学院，天津 300401;2.天津泛海科技有限公司，天津 300384)

0 引言

目前我国的办公建筑大多为大进深办公建筑，且大多采用侧窗采光的天然采光方式，导致了进深较大的方向依赖天然采光无法满足办公建筑照度标准规定的照度水平，故通常在昼间也会长时间采用辅助人工照明，从而造成照明用电的浪费。照明设计不仅应在照明装置上尽可能选用更节能的灯具，同时应考虑照明分布的合理性以及引入较多的天然光。通过对工作环境下的光照和天然光进行控制，以及窗口设计对室内天然光分布的影响，从而找出照明节能的最佳方案。研究结果表明，采用基于天然光的灯光控制系统可以节约照明用电70%左右。

文章采用照明和采光计算软件对办公室空间的天然采光和人工照明进行模拟计算，探讨和天然采光相协调的人工照明节能、高效、舒适的控制策略，实现健康、节能、绿色的办公空间昼间光环境。

1 办公室光环境标准

在CIE《室内工作场所照明》中对办公室内光环境有如下几个方面要注意:亮度分布、光的方向性、眩光、照度、昼光、颜色、闪烁和维护。在天然光环境下办公，要注意房间的采光亮度，视屏最好背向窗口，避免光线直射视屏，否则工作人员非常容易产生视觉疲劳，影响工作效率和生理健康。

根据建设部于2006年v发布的JGJ 67—2006《办公建筑设计规范》中的规定，我国目前在天然采光方面的办公建筑照明设计标准要求设计办公建筑时其中办公室、接待室、会议室等功能室内应引入天然采光，其天然采光的采光系数最低2%，室内天然光临界照度100 lx。办公室侧面采光窗地面积比1/5。GB50034—2004《建筑照明设计标准》规定办公建筑中普通办公室桌面水平照度标准为300 lx。国际照明委员会CIES008/E-2001 关于办公建筑照度标准的规定比我国的《建筑照明设计标准》相对较高一些。

2 天然采光与人工照明控制设计及节能分析

通常在采用侧面采光的房间，天然光的采光系数分布具有不稳定、梯度大的特点。而人工照明则可以根据不同区域的照度要求进行开关灯及调功率控制。通过软件模拟的方式，寻找与天然光照度相适应的照明控制曲线，在满足办公光环境要求的同时降低能耗。

2.1 实验条件设计

实验对象:某办公建筑L 形平面办公室。

实验软件:Dialux 4.9 版。

灯具的选择:考虑到实际案例及其办公环境要求，选择如图1 所示的灯具，其参数如图2 所示，尺寸为599×599×125 mm，总功率为73 W，重量为3.85 kg。

图1 灯具控制图

图2 光源参数

2.2 案例的灯具控制图设计

案例的灯具控制图见图3。

图3 灯具控制图

2.3 模拟结果

2.3.1 全灯情况

设置灯具全部开启，且灯光控制全部为100，每1 m 为一个计算点，根据所得数据生成如图4 和图5 所示。

图4 大进深部分全灯照度数据图

图5 小进深部分全灯照度数据图

2.3.2 14 点模拟结果

首先模拟得出14 ∶00，全阴天光环境如图6 和 图7 所示。

图6 大进深部分照度数据图

图7 小进深部分照度数据图

针对14 ∶00 全阴天经过多种组合控制灯具照度，最终得出控制设计符合表1 的最优照度设计方案如图8 及图9 所示。

表1 控制设计表

图8 大进深部分照度数据图

图9 小进深部分照度数据图

2.3.3 16 点模拟结果

全阴天光环境16∶00 照度分布如图10 及图11 所示。

图10 大进深部分照度数据图

图11 小进深部分照度数据图

针对16 ∶00 全阴天经过多种组合控制灯具照度，最终得出控制设计符合表2 的最优照度设计方案如图12 及图13 所示。

表2 控制设计表

图12 大进深部分照度数据图

图13 小进深部分照度数据图

2.3.4 18 点模拟结果

全阴天光环境18∶00 照度分布如图14 及图15 所示。

图14 大进深部分照度数据图

图15 小进深部分照度数据图

针对18 ∶00 全阴天经过多种组合控制灯具照度，最终得出控制设计符合表3 的最优照度设计方案如图16 及图17。

表3 控制设计表

图16 大进深部分照度数据图

图17 小进深部分照度数据图

2.4 控制设计方案的节能分析

根据上述模拟计算的结果，采用办公空间人工照明控制方案，既可满足办公光环境要求，提供标准的办公环境照度，同时还能减弱室内临窗位置与远离窗口位置的照度和亮度的强烈对比，降低人工照明用电量，从而节约建筑能耗。

与此同时进一步对上述控制方案进行定量节能分析，按照时间分段，12 点至14 点节能情况如表4，总节能量如表5;14 点至16 点节能情况如表6，总节能量如表7;16 点至18 点节能情况如表8，总节能量如表9。

表4 12 点至14 点节能情况表

续表

表5 12 点至14 点节能

表6 14 点至16 点节能情况表

表7 14 点至16 点节能量

表8 16 点至18 点节能情况表

表9 16 点至18 点节能量

上述表格的数据清晰明确的体现了这一控制设计方案的节能优势，依据表中数据，可计算得出，办公空间半天节约电量为4.51 度，全天节约电量为9.02度，全年将节约3 293.32 度电，相当于降低了29.43%的照明能耗。这些数字说明了目前我国办公室照明节能设计可以有更大的提高。

3 小 结

天然光(含直射光和天空光)是一个纯净无污染、取之不尽、用之不竭、可再生的能源，充分利用天然采光，降低人工照明用电，节约照明用电量可以有效减少能源的浪费。采用天然采光与人工照明相结合的方式，满足了人们对昼间室内视觉舒适型的要求，同时通过实现人工照明控制节约了电能，降低建筑能耗，体现了节能管理的意义，并对今后的办公建筑光环境设计、建筑与室内设计，照明灯具及调光控制系统的研究与开发等工作具有重要指导意义，为改进办公室光环境质量提供了参考依据。

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