绿色照明光导管在管廊工程中应用之实验研究 　　

        汪洋1  覃朗2  郑克如3  韩宝国3  奉小华3

　　【摘　要】光导管照明系统作为绿色能源领域，在国内外建筑照明中有所应用。依托浙江建设职业技术学院地下管廊工程项目，通过管廊内光导管照明系统实际应用效果的实验研究，验证了光导管在管廊中的应用可行性，为光导管照明在地下工程中的应用提供技术支撑。

　　【关键词】光导管；管廊；地下工程；照度；光导管效率一、概述能源和环境是当前全球共同关注的焦点。2018年，中国全社会用电量6.8449亿千瓦时，其中火电发电量达46627亿千瓦时，占总发电量的71.92%，造成了极大的自然资源消耗及有害气体的排放，对环境污染严重。据统计，照明用电量约占社会总用电量的20% [1] 。据上海、南京等地道路隧道运营部门的数据统计，道路隧道照明用电费用已占高额运营费的三分之一。因此，如何实现照明系统节电无疑成为节能环保措施中的重要环节。

　　天然光是大自然赐予人类的宝贵财富，可以说是取之不尽、用之不竭，相比其他能源具有清洁、安全的特点。如果用天然光代替人工光源照明，可以大大减少用电负荷，进一步降低建筑物能耗 [2] 。

　　光导管照明系统，是贯彻“天然采光、绿色照明”，通过室外的采光装置收集自然光线，并将其导入系统内部，由漫反射器将自然光线均匀发散到室内需要光线的地方，从而减少电能消耗，达到节能减排的目的 [3]~[6] 。

　　二、光导照明系统的组成

　　光导照明系统由采光装置、传输装置和输出装置3个主要部分组成 [7] ，如图1所示。

　　漫光器

　　装饰环

　　导光管

　　采光罩

　　耐候密封条

　　覆土层

　　现浇混凝土顶板

　　现浇混凝土座

　　太阳跟踪装置

　　图1 光导照明系统构造

　　（一）采光装置

　　根据透射和折射原理，利用采光罩采集太阳光或自然光。采光罩有半球型、平板型等形式，采用亚克力材质，透光率高、抗冲击性强、耐摩擦，风刮雨淋可实现自清洁。部分装置还包括根据使用效果的需要增加太阳跟踪辅助装置。

　　（二）传输装置

　　采用光导管传输光线，光导管可进行0～90°转弯。部分装置增加调光装置。

　　（三）输出装置

　　由漫光器将比较集中的自然光均匀地照到结构内，采用3D纳米漫射镜片或进口PC、亚克力材料加工而成，透射性好，扩散性高。经过漫射的光线为全光谱、无眩光、无频闪，等同自然光。

　　三、光导管的工程应用

　　目前光导管主要应用于单层建筑、单层地下室及建筑顶层空间等，包括大型体育场馆、工业厂房、物流中心、展览馆等建筑，在地下工程（包括长隧道、管廊等）应用较少。

　　另外，目前国内外的研究还大多集中于光导管本身的性能研究，如何将光导管和建筑环境的结合、对光导管在地下工程中的应用效果研究还亟待进行。

　　140

　　455 455 140

　　117 283 268 132

　　1190

　　800

　　530光导管

　　管廊本体

　　图2 管廊第二节段光导管布置（单位：cm）

　　（一）工程背景

　　浙江建设职业技术学院为了加强学生实训教学效果，在校区内设计建造了管廊实体。管廊埋入地下，长度46m，宽度8m，采用三舱设计。管廊建设总的指导思想是“源于工程，高于工程，应用于教学与科研”。为了科研和教学服务的目的，管廊设计安装了光导管照明系统。光导管采用290DS开放式光导装置，按设计间距布置，管径为530mm。采光罩距地面400mm，漫射器与管廊顶板混凝土结构面平齐，光导管长径比统一为1.132。其中管廊第二节段光导管布置如图2所示。

　　（二）实验方法及结果

　　以杭州地区为例，选取了三种日常的天气模式，分别为国际照明委员会CIE 标准阴天模式、晴朗天气以及频繁出现的雾霾天气三种天空亮度进行效率和照度分布研究，找出不同时间段光导管的最大效率。

　　杭州地理坐标为东经118°21′~120°30′，北纬29°11′~30°33′，处于亚热带季风区，四季分明，雨量充沛。年降水量1454mm，年日照时数1765小时。根据《建筑采光设计标准》可知，杭州地区属于光气候分区第IV区，该地区全年平均照度22000lx≤Eq≤24000lx。

　　实验取杭州地区夏季7月份天气条件，测量管廊第二节段平面矩形对角线交点处距地面0.5m位置的光照度指标，研究一天中9∶00、12∶00、18∶00 三个代表时间下的光导管传导效率。

　　表1为不同天气条件下三个代表时间下的实测光导管效率。可以看出，在晴天天气下的12∶00时光导管效率最高，可达67.6%。与其他两个天气模式不同，在晴天天气条件下，三个典型代表时间段下光导管效率差别较大，中午12点的效率相比较于9点和18点的效率明显要高，而阴天和雾霾天气条件下，三个代表时间光导管的效率差别不明显。其原因是晴朗天气中午日照充足，三个时间段下进入光导系统采光罩的光通量差别很大，所以导致效率差别明显。

　　另外，从照度分布绝对值可以看出，在阴天和雾霾天气条件下光照度明显小于晴天天气，其中，阴天18:00光照度仅为113 lx，根据《城市综合管廊工程技术规范》[8]的规定，管廊内人行道上的一般照明平均照度不低于15 lx，出入口和设备操作处的局部照度为100 lx。可以认为不同天气条件下，夏季白天时段光导管可以满足管廊内部照明要求，不需要开启电力照明供电。

　　表1 不同天气条件下各时间光导管效率（%）

　　时间

　　天气模式

　　晴天 阴天 雾霾天

　　9:00 50.3 63.6 59.8

　　12:00 67.6 62.9 62.2

　　18:00 48.8 65.5 65.1

　　四、结论

　　浙江建设职业技术学院管廊光导管系统实际运营效果表明，相比于建筑物室内使用，地下管廊空间中应用光导管同样可行。光导照明该系统能在大多数天气条件下满足管廊空间照度要求，尤其是晴朗天气，照明效果最佳。通过夏季不同时间段的实测结果分析，阴天模式以及雾霾天气下，18∶00时光导管效率较高，而晴朗天气下12∶00时较高。可以认为该系统在白天大部分时段可以取代传统的电力照明系统。光导管在地下工程中的应用研究对于建筑节能具有积极意义，未来发展空间广阔。另外，本次实测仅选取夏季季节进行测试，其他季节数据需要后期完善。另外，测点仅为第二节段平面形心位置，其他部位照度会有较明显差别，留待后期进一步研究。

　　参考文献：

　　[1]邹智慧，李蔚.光导管照明技术及其工程应用[J]．绿色建筑电气节能技术，2016.6，10（3）:15-18.

　　[2]赵金剑．绿色公共建筑电气设计要求简析[J]．建筑电气．2012(3):35-39．[3]王善鑫，张竞辉，高英明，等．光导照明系统配光曲线的测试[J]．大连工业大学学报，2014，33(1)：66-70．[4] 丁力行，欧旭峰，卢海峰，等.光导管技术及其在建筑领域中的应用[J]．建筑节能，2011，39（1）：64-67．[5] 王进，胡艳丽，黄康民，等．导光管照明系统在江苏沿海地区民居节能改造中的应用前景研究[J]．建筑节能，2015，43（6）：115-117．[6] 张志顺，李明军，刘琪．既有建筑改造设计中生态节能适宜技术的应用[J]．建筑技术，2015，46（2）：110-112．[7] 徐登辉，刘志东.光导照明系统的基本原理及使用概况．绿色照明，2010，163(6) :81-84．[8] 城市综合管廊工程技术规范（GB 50838-2015）[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，2015.

　　课题项目：

　　浙江省建设科研课题项目（编号：2018K085）。