基于建筑采光中節(jié)能技術(shù)的研究

呂達(dá)林 閆旭

（鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 建筑采光與節(jié)能

1.1 自然光利用的意義、存在的問(wèn)題以及解決方案

自然光帶給人一種與生俱來(lái)的親切感，利用它進(jìn)行室內(nèi)采光照明不僅可以使人感覺(jué)到舒適，也可以有效地提高人的視覺(jué)功能，而且自然光完全綠色無(wú)能耗。由此看來(lái)，利用自然光作為照明光源是一種切實(shí)可行的建筑節(jié)能方式。但自然光的合理利用也有急需解決的問(wèn)題，如：自然光的穩(wěn)定性差，直射光會(huì)使室內(nèi)的照度在時(shí)間上長(zhǎng)生較大的波動(dòng)；大進(jìn)深井建筑側(cè)窗采光存在窗口照度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最深處照度并且容易引起眩光的問(wèn)題；特殊區(qū)域（如大面積的中庭）存在采光設(shè)計(jì)難度大等問(wèn)題。傳統(tǒng)的采光手段已經(jīng)無(wú)法滿足要求，因此，我們研究出新的采光方案，很好地解決了以上問(wèn)題，具體如下：

1.1.1 大空間建筑室內(nèi)頂部采光和側(cè)面采光相結(jié)合的方式

頂部采光是在屋頂開(kāi)設(shè)天窗，光線直射進(jìn)入房間，極易產(chǎn)生眩光。側(cè)面采光是利用側(cè)窗進(jìn)行采光，但光線的質(zhì)量很容易受房間的朝向及窗口的大小、高度的影響，且照度極不均勻。我們都知道，為保證房間的采光要求，一般單側(cè)采光時(shí)進(jìn)深不大于窗上口至地面距離的2倍，雙側(cè)采光時(shí)進(jìn)深尺寸可比單側(cè)采光增加一倍（如圖1）。對(duì)于房間進(jìn)深較大的大空間建筑來(lái)說(shuō)，難以通過(guò)側(cè)窗實(shí)現(xiàn)室內(nèi)照明要求，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，我們可以采用頂部采光和側(cè)面采光相結(jié)合的方式。通過(guò)裝設(shè)散光玻璃的天窗解決頂部采光的眩光問(wèn)題，同時(shí)又解決了了大空間建筑室內(nèi)自然采光照度不均勻的問(wèn)題。

圖1 房間單側(cè)與雙側(cè)采光示意圖

1.1.2 解決自然光穩(wěn)定性的技術(shù)

自然光的不穩(wěn)定性是天然光源利用中最大難題，目前已開(kāi)發(fā)的的日光跟蹤系統(tǒng)可按照太陽(yáng)轉(zhuǎn)角自動(dòng)調(diào)節(jié)采光方向，最大限度地捕捉陽(yáng)光，保持較高的室內(nèi)照度。

1.2 天然采光新技術(shù)

目前，采集自然光主要由以下幾種方法：光導(dǎo)管法，利用導(dǎo)光管將太陽(yáng)集光器收集的光線送到室內(nèi)采光；光導(dǎo)纖維法，利用光導(dǎo)纖維將光線引導(dǎo)室內(nèi)采光。

1.2.1 光導(dǎo)管照明技術(shù)

光導(dǎo)管照明系統(tǒng)適用于白天仍需要電力照明的、同時(shí)又能有相應(yīng)露天的位置采集太陽(yáng)光的場(chǎng)所，比如地下停車場(chǎng)、工廠、大型商場(chǎng)和超市等。光導(dǎo)照明裝置能提供白天10h左右的照明時(shí)間，從而節(jié)省電力照明費(fèi)用。它通過(guò)采光裝置聚集室外的自然光線并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，再經(jīng)過(guò)特殊制作的導(dǎo)光裝置強(qiáng)化與高效傳輸后，由系統(tǒng)底部的的漫射裝置把自然光線均勻的導(dǎo)入室內(nèi)任何需要光線的地方[2]。國(guó)內(nèi)有許多著名大型公共設(shè)施如鳥(niǎo)巢附近的中國(guó)科技館、清華大學(xué)節(jié)能示范樓等場(chǎng)所都在使用該系統(tǒng)。

光導(dǎo)管照明技術(shù)具有一定的局限性。光導(dǎo)照明系統(tǒng)只能應(yīng)用于日間一般照明，由于它不具備能量的貯存與轉(zhuǎn)換能力，無(wú)法解決天然光源的不穩(wěn)定問(wèn)題，因而光導(dǎo)管采光適用于天然光豐富、陰天少的地區(qū)，對(duì)照度恒定的場(chǎng)所和作為應(yīng)急照明使用的場(chǎng)合并不適用。大多數(shù)情況下光導(dǎo)管照明系統(tǒng)還需要有人工光源作為備用光源，以便在太陽(yáng)光不足的時(shí)候作為補(bǔ)充光源使用。

1.2.2 太陽(yáng)能光導(dǎo)纖維照明技術(shù)

太陽(yáng)能光導(dǎo)纖維照明技術(shù)由于具有光的柔性傳輸和安全可靠的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于手工業(yè)、科研、醫(yī)學(xué)及景觀設(shè)計(jì)中。到20世紀(jì)60-70年代，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，光纖照明突破發(fā)展屏障，重新走入了人們的視野。新技術(shù)的出現(xiàn)盡管還沒(méi)能使光纖照明實(shí)現(xiàn)大批量產(chǎn)業(yè)化和商品化，但也將光纖裝飾照明推向了實(shí)用化階段,其發(fā)展前景廣闊。

1.3 太陽(yáng)能光纖照明與光導(dǎo)照明的聯(lián)系與區(qū)別

太陽(yáng)能光纖照明與光導(dǎo)管照明的工作原理基本相同，二者的區(qū)別主要在于采光方式和傳導(dǎo)介質(zhì)的不同。如表1。光纖照明系統(tǒng)和光導(dǎo)照明系統(tǒng)兩者相輔相成，互為補(bǔ)充，光導(dǎo)管照明系統(tǒng)無(wú)法解決采光的問(wèn)題，可利用光纖照明系統(tǒng)給予解決，如建筑內(nèi)采光窗的黑房間采光問(wèn)題。

表1 光纖照明與光導(dǎo)傳輸照明系統(tǒng)比較

1.4 太陽(yáng)能光纖照明在建筑中的應(yīng)用

由于太陽(yáng)能光纖照明技術(shù)有著諸多優(yōu)點(diǎn)，使它在廣泛的領(lǐng)域中為人所用，主要有商場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、地下空間、劇院和飛機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所的日間照明。由于光導(dǎo)纖維能夠任意彎曲成任何形狀，將其與太陽(yáng)能整合在一起使用有很強(qiáng)的實(shí)用性。如利用光導(dǎo)纖維短距離傳輸陽(yáng)光可以實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)采光多點(diǎn)照明，塑料光纖可被用于傳輸太陽(yáng)光作為水下和地下空間的照明。

1.5 太陽(yáng)能光纖照明的局限性

盡管太陽(yáng)能纖維的優(yōu)點(diǎn)很多，但它與光導(dǎo)照明一樣，無(wú)法解決天然光源不穩(wěn)定的問(wèn)題。另外，太陽(yáng)能光纖照明還存在光的傳輸距離問(wèn)題，現(xiàn)行的光纖照明系統(tǒng)由于存在光衰減，傳輸距離最大只能達(dá)到30m。同時(shí)對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，目前能夠生產(chǎn)光纖照明設(shè)備的廠家不多，而且存在著價(jià)格偏高的問(wèn)題。

2 結(jié)語(yǔ)

以上所介紹的照明方案和新技術(shù)可以整體提高建筑對(duì)自然光源的利用率，降低了建筑總照明能耗，緊跟國(guó)家現(xiàn)推行的“綠色照明”的理念。但不同的照明技術(shù)也有它的局限性和不足，在設(shè)計(jì)時(shí)，我們要根據(jù)建筑本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，合理的選擇照明方案和技術(shù)，才可真正實(shí)現(xiàn)自然光源的最大化利用。

[1] 國(guó)家能源局《2105年全社會(huì)用電量報(bào)告》.

[2] 焦陽(yáng)，孫勇.《綠色建筑光環(huán)境技術(shù)與實(shí)例》[M]，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.4.