Discussion on Energy-saving Design of Underground Garage Transition Lighting

Li Guangxi

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Discussion on Energy-saving Design of Underground Garage Transition Lighting

Li Guangxi

AbstractDesign of underground garage transition lighting which use light source of artificial lighting or natural light is introduced. The practical meaning of using the natural lighting as a transitional lighting is proposed.

Keywordsunderground garage, transitional lighting, illuminance, energy conservation

0引言

隨著我國城市建設的繁榮發(fā)展，地下汽車庫數(shù)量越來越多，其出入口過渡照明設計關乎行駛車輛和行經(jīng)人員的安全，本文將探討此處過渡照明的設計方案及節(jié)能措施。

白天，當汽車駛近照明亮度相對外部環(huán)境低的地下車庫入口時，由于人眼來不及適應光線的突然變化，在洞口處有如黑洞穴一樣的感覺,稱為“黑洞效應”，如圖1所示。產(chǎn)生“黑洞效應”時，駕駛員無法看清前方的障礙物甚至短時間內(nèi)會失去方向感。而在車庫出口處由于洞外亮度很高，出口處如一個白色的大洞，稱之為“白洞效應”，如圖2所示。“白洞效應”會對駕駛員形成強烈的眩光，嚴重時會造成駕駛員視覺可見度下降，直接影響視覺功能。因此地下車庫出入口的亮度過渡對行車安全有著直接的影響[1]。JGJ 100-2015《車庫建筑設計規(guī)范》7.4.5條也明文要求坡道式地下車庫出入口應設過渡照明，可見設置過渡照明的重要性[2]。

圖1　地下車庫入口處黑洞效應

圖2　地下車庫出口處白洞效應

1過渡照明參數(shù)

1.1項目簡介

本文以武漢某新建工程為例介紹地下車庫出入口的過渡照明設計。該項目總建筑面積約7.27萬m2。地下一層，標高為-4.5m，其建筑面積約1.24萬m2，設停車位169個，其中無障礙車位4個。該地下車庫有兩個出入口，分別位于地下室的西北角和東南角，車道寬均為6m。設計時按照CECS 45：92《地下建筑照明設計標準》在車庫出入口增加過渡照明[3]。

考慮本項目的特殊性，地下車庫既服務公共人群也服務居住人群，按GB 50034-2013《建筑照明設計標準》表5.2.1和表5.5.1[4]可知，本設計中車道照度取50lx，功率密度不超過2.00W/m2，車位照度取30.00lx, 功率密度不超過1.80W/m2。考慮到節(jié)能，光源采用功率為16W 的T5型LED燈管，燈管光通量為1 300lm。經(jīng)計算，車道平面實際計算平均照度為54.46lx，實際功率密度為1.52W/m2；車位平面實際計算平均照度為32.70lx，實際功率密度為0.91W/m2。

1.2計算過程

1.2.1室外亮度

查CECS 45：92附表B可知，武漢地區(qū)年平均散射照度為13.0klx。室外坡道為水泥地面，反射系數(shù)取0.15，室外對應亮度為：L=(ρ×E)/π=(0.15×13 000)/3.14=621cd/m2。

1.2.2過渡距離

JGJ 100-2015《車庫建筑設計規(guī)范》7.4.5條要求白天入口處亮度變化可按10∶1～ 15∶1 取值，夜間室內(nèi)外亮度變化可按2∶1～ 4∶1 取值。本設計中白天取15∶1，則白天出入口處室內(nèi)照度為：13 000lx/15=867lx，對應亮度L′=L/15≈41cd/m2。

車道照度為50lx，對應亮度L″=(ρ×E)/π=(0.15×50)/3.14=2.4cd/m2。

參照亮度與適應時間關系曲線[3](圖3)可知：人眼從41cd/m2到2.4cd/m2的適應時間約為11s。若車速為5km/h，則所需過渡距離為15.3m，取15m。

圖3　亮度-時間曲線

1.2.3過渡段設計照度值

考慮白天過渡處照度的漸變，將過渡段(取15m)分成三段，每段長5m。第一段設計照度為850lx，第二段設計照度為500lx，第三段設計照度為150lx，如圖4所示。

圖4　過渡照明燈具布置圖

本設計中夜間室內(nèi)外亮度按 4∶1 取值，設計時將過渡段的車道常用照明燈具只開啟一半，此時車道入口處照度為25lx，考慮夜間小區(qū)道路照明約為8lx，滿足夜間過渡照明要求，可不另行設計。

2人工過渡照明

由于車道原設計的照度值為50lx，則根據(jù)以上計算可知，需要在第一段照明增設照度800lx，第二段照明增設照度450lx，第三段照明增設照度100lx。

對于過渡段的大照度照明，采用高壓鈉燈作為光源，配節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，燈具發(fā)光效率約100lm/W。

經(jīng)計算，可在第一段處增設兩盞250W高壓鈉燈(光通量為28 000lm)、第二段處增設兩盞150W高壓鈉燈(光通量為16 000lm)、第三段處增設兩盞35WT5型熒光燈(光通量為3 300lm)即可滿足相應過渡照明要求。

燈具布置如圖4所示，過渡照明單獨設一個回路N3，過渡段車道普通照明分為N1和N2兩個供電回路，白天控制車道照明為全亮，夜間為1/2亮，以利于過渡照明的連續(xù)性。

在以上設計中，通過利用高效光源、分組及分時控制等措施減少電能消耗，達到了一定的節(jié)能目的。

人工過渡照明的年耗電量為：該地下車庫一個出入口的過渡照明設備總功率為957W，假設每天使用時間為12h，則年耗電量為4 191.7kW·h。電價按0.57元/ kWh計，則年電費為2 389元，因該地下車庫含有兩個出入口，年總電費為4 778元。

由于在計算中采用的年平均散射照度為固定值，而實際上，室外照度是隨季節(jié)和時間的變化而不斷變化的，所以雖然設計了人工過渡照明，減少了事故的發(fā)生率，但過渡效果并不理想。

3自然光過渡照明

采用自然光作為照明光源是最節(jié)能、環(huán)保的方案，但由于自然光的儲存和可控技術還不成熟，所以需要先將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，再將電能轉(zhuǎn)換為可控的光能，這個轉(zhuǎn)換過程會損失大量的能量，但地下車庫的過渡照明恰恰可以直接利用室外日照避免這個劣勢，這是由其照明特性決定的。

過渡照明的特點為室外地平面的照度越高，過渡處需要的照度也越高；室外地平面的照度越低，過渡處需要的照度也越低。鑒于此，可以考慮利用自然光作為過渡照明。

3.1自然照度實測值

選取已建成的某地下小型車庫進行照度實測作為設計參考。該車庫的車道寬、高參數(shù)及建造地點與本設計項目相近，不同的是該車庫的兩個出入口相鄰且布置在一條直線上，與車庫成T字形布置，這種構造使得過渡處的采光相對于兩個分散的出入口更為充足。

測試前關閉該車庫入口處的過渡照明，分別對車庫外地平面、車庫入口處各段及車庫內(nèi)車道的水平照度進行測試，測試設備采用數(shù)字照度計(測試量程為20 000lx時分辨率為1lx，測試量程為200lx時分辨率為0.1lx)，測試條件為：

測試時間：2016年1月27日，12：00～12：30。

天氣：多云轉(zhuǎn)陰。

由于測試時云層較厚，地面照度中直射照度成份較少，幾乎為散射照度，車庫外地面水平照度實測值為7 340lx，如圖5所示。

圖5　車庫外地面照度

該測試車庫入口處采用上揚式設計，使得入口處可以采集到更多的日照，入口處照度實測值為4 210lx，如圖6所示。

圖6　車庫入口處照度

進入車庫后，測試照度值迅速降低，離入口3m處的測試照度約為390lx，離入口6m處的測試照度約為169lx，離入口9m處的測試照度約為39lx，此時室外日光對室內(nèi)照度的影響較微弱，水平面照度幾乎全為電氣照明提供。車庫內(nèi)車道上照度實測平均值約為33lx。

由此可見，僅在自然條件下，室外反射的光線雖然可以為過渡段提供一部分照度，但由于照度值下降過快，不能滿足規(guī)范對過渡段的照度要求。在其他天氣條件下的幾組測試數(shù)據(jù)也反映了類似的規(guī)律，限于篇幅，不一一列出。

3.2自然光過渡照明設計

鑒于進入車庫后自然光迅速減少，不能直接滿足過渡照明需求?？紤]根據(jù)所需照度值采取分段弱化室外亮度的措施，將弱化后的室外光線分別引入到相應過渡段達到過渡照明的目的。

文獻[5]中介紹了一種自動百葉，該裝置可以通過自動調(diào)節(jié)百葉保持穩(wěn)定的室內(nèi)日光照度水平，如圖7所示。該思路可以作為本設計中的參考。

圖7　自動百葉裝置

參照前述計算可知過渡段距離為15m時，可以考慮在入口處增設一段15m×6m的格柵頂板，通過實驗和建筑設計實現(xiàn)白天室外亮度與過渡段始端處亮度變化比為15∶1，與過渡段末端處亮度變化比為260∶1，將格柵鏤空部分由多到少漸變排列，形成一個自然的過渡照明段。該段照明將隨著外界照度變化而變化，達到形成過渡照明的目的。但在夜間由于格柵的遮擋，過渡段的自然照度會低于馬路的照度，此時需要補充約6lx的人工照明作為過渡。

4結束語

通過以上分析，可知地下車庫白天利用自然光作為過渡照明與采用電光源作為過渡照明相比，不但更符合視覺要求，且更具環(huán)保、節(jié)能的優(yōu)勢。建筑照明不單僅是人工照明，而是人工照明與自然照明的有效結合，這需要電氣專業(yè)與建筑專業(yè)的良好合作，在有條件的狀態(tài)下盡量利用自然光進行照明，達到合理用能、有效節(jié)能的目的。

參考文獻

[1]馬玉成, 孔令旗, 郭忠印. 隧道入口基于照明過渡的安全運營車速及控制對策[J]. 山東交通學院學報, 2007, 15(1): 79-84.

[2]JGJ 100-2015 車庫建筑設計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3]CECS 45-92地下建筑照明設計標準[S].

[4]GB 50034-2013建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014.

[5]IES.THE LIGHTING HANDBOOK [M].Tenth Edition. IESNA，2011.

作者簡介

李光曦

碩士，工程師，注冊電氣工程師，研究方向：建筑電氣安全與節(jié)能。

地下汽車庫過渡照明節(jié)能設計探討

李光曦

(中信建筑設計研究總院有限公司，武漢 430014)

摘要介紹了分別利用人工照明和自然光作為地下車庫過渡照明的設計方案，提出了利用自然光作為過渡照明時更具有實際意義。

關鍵詞地下汽車庫過渡照明照度節(jié)能