城市地下工程的自然采光和通風(fēng)研究

徐智興 王夢(mèng)寧 姜慧明

【文章摘要】

隨著人口的不斷增長(zhǎng)，城市地下工程迅速發(fā)展，尤其像重慶等丘陵地區(qū)，合理利用地下空間對(duì)促進(jìn)城市發(fā)展，緩解交通及用房壓力方面發(fā)揮著不可替代的作用。本文從最大程度利用自然能源的角度，討論了具有自然通風(fēng)效果的光導(dǎo)管等自然通風(fēng)和采光技術(shù)在地下工程當(dāng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】

地下工程；重慶；自然能源；通風(fēng)采光

0 前言

目前，城市地下空間的發(fā)展程度已經(jīng)成為了衡量一個(gè)城市發(fā)達(dá)程度的指標(biāo)之一，地下工程可以緩解城市土地利用和交通壓力，在一個(gè)現(xiàn)代化的城市里扮演著十分重要的角色，尤其隨著人們生活水平的提高，私家車數(shù)量激增，對(duì)車庫(kù)的需求日與劇增，因此研究自然采光和通風(fēng)對(duì)提高地下空間的空氣和光照質(zhì)量以及改善環(huán)境質(zhì)量有著十分重要的意義。

1 研究的目的和意義

在地下工程中，照明和空調(diào)耗能占了很大的比重。據(jù)統(tǒng)計(jì)世界各國(guó)照明用電量最高占到四分之一，我國(guó)約為12%，其中照明用電中用于發(fā)光的不超過四分之一，剩下的能量大都以熱量的形式散發(fā)到周圍的空間當(dāng)中，與此同時(shí)還會(huì)增加地下空間中空調(diào)等通風(fēng)設(shè)備的熱負(fù)荷，進(jìn)一步增大能耗。采用經(jīng)濟(jì)的自然通風(fēng)可以在不消耗動(dòng)力的前提下獲得不錯(cuò)的通風(fēng)換氣量，達(dá)到改善空間內(nèi)空氣質(zhì)量的目的；而光導(dǎo)管則可以利用光纖或管道，通過反射和漫反射，將地上的自然光導(dǎo)入地下空間，實(shí)現(xiàn)自然光照明，減少眩光和采光不均勻現(xiàn)象，節(jié)能環(huán)保，從而減少整個(gè)地下空間的能耗。

2 光導(dǎo)管應(yīng)用狀況

近幾年光導(dǎo)管在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展，得到廣泛應(yīng)用，尤其是在地下室、地下車庫(kù)和地下通道等地下空間，近來有人提出將通風(fēng)技術(shù)與光導(dǎo)管結(jié)合，在進(jìn)行自然采光的同時(shí)實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)的新方法，并且運(yùn)用有限元軟件對(duì)光導(dǎo)管自然通風(fēng)進(jìn)行了模擬，分析了熱壓和風(fēng)壓的自然通風(fēng)量。國(guó)內(nèi)目前對(duì)該光導(dǎo)管照明系統(tǒng)的研究才剛剛開始起步，北京工業(yè)大學(xué)利用示綜氣體法對(duì)光導(dǎo)管系統(tǒng)的熱壓通風(fēng)量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)測(cè)得結(jié)果與理論值基本吻合。

3 地下光導(dǎo)管工作原理

3.1地下工程光導(dǎo)管采光原理：

光導(dǎo)技術(shù)通過光纖或管道利用反射和漫發(fā)射的原理將室外自然光導(dǎo)入采光不利的空間，為空間提良好的自然光照明光環(huán)境，而且不會(huì)產(chǎn)生熱輻射，可以視為冷光源。

光導(dǎo)管主要由集光器、導(dǎo)管、散光器三部分構(gòu)成。集光器置于地面進(jìn)行采光，有的集光器可以感應(yīng)太陽光，自動(dòng)調(diào)整角度，實(shí)現(xiàn)最大程度的自然光采集；光導(dǎo)管內(nèi)部有反射涂料，光線經(jīng)過反射傳遞到散光器，并分散到空間各個(gè)部位，實(shí)現(xiàn)綠色照明。

3.2具有自然通風(fēng)效果的地下光導(dǎo)管通風(fēng)原理

具有通風(fēng)效果的地下光導(dǎo)管是在光導(dǎo)管旁邊同軸布置環(huán)形通風(fēng)管，管道在光導(dǎo)管集光器附近布置通風(fēng)口，如圖1所示。前人曾專門就通風(fēng)口的形狀進(jìn)行了試驗(yàn)和研究，得到了T型通風(fēng)口通風(fēng)效果最好的結(jié)論，如圖2所示。和其他形式的自然通風(fēng)一樣，光導(dǎo)管通風(fēng)同樣是利用室內(nèi)外溫差引起的煙囪效應(yīng)即熱壓通風(fēng)和室外風(fēng)壓即風(fēng)壓通風(fēng)來實(shí)現(xiàn)地下空間的通風(fēng)的。這樣一來不僅可以解決因?yàn)椴荒荛_窗而引起的憋悶現(xiàn)象、有效改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，而且還可以減輕空調(diào)等通風(fēng)設(shè)備的負(fù)荷，延長(zhǎng)設(shè)備使用年限，達(dá)到節(jié)約能源、降低成本的目的。

4 小結(jié)

新型城市地下工程的自然采光和通風(fēng)系統(tǒng)研究，不僅能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)自然能源的利用，還能提高地下空間的的空氣質(zhì)量和舒適度，通過合理的光線設(shè)計(jì)給人營(yíng)造輕松愉快的環(huán)境。此外，光導(dǎo)照明和通風(fēng)系統(tǒng)的利用很大程度上節(jié)約了電能，減少了煤炭消耗和環(huán)境污染，對(duì)實(shí)現(xiàn)降低地下工程能耗，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保有十分重要的意義。

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