建筑电气设计导光管照明系统的设计应用导光管照度计算

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1、光导照明系统原理及组成

光导照明也称为管道式日光照明。该系统通过照明罩有效地收集自然光，并将其引入系统中进行重新分配。系统底部的扩散装置经特制导光管传输增强后，均匀高效地照射自然光。任何需要光的地方都会得到自然光带来的特殊灯光效果。系统由照明区、传输区和输出区组成。

2、特点及优点

节能环保减少了建筑内部白天照明的能耗以及部分空调、制冷的能耗。由于利用自然阳光，还减少了火力发电产生的大量二氧化碳等污染物的排放。

健康安全将户外自然光源引入室内，避免了人们长期在电光环境下生活、工作所带来的心理和身体不适。同时，由于不使用电能，避免了因电源线老化引起电气火灾的安全隐患。隐患。

自然光的长时间照射可以大大减少电力消耗，从而降低照明成本。特别是对于我国东南沿海地区和西北地区自然采光资源丰富的地区，导光系统的使用时间平均可以达到每天12小时以上，即使在阴天也可以使用，其节能和经济效益十分显着。

目前，从建筑物屋顶引入室外自然光的普遍设计和应用的方法主要是在建筑物屋顶设置天窗进行采光。新型光导照明技术较之前者具有以下技术优势

普通天窗的采光面积与开口面积的比例只有11，这意味着如果想要获得更多的室外光线，就需要增加开口面积，而开口面积的增加就会增加该建筑的结构设计和施工安装难度大，导致能量耗散量大，效率低。导光系统的采光面积是开口面积的两倍以上，从而产生较大的采光面积。

天窗照明方式引入的光线会随着太阳位置的移动而频繁移动，无法实现精确固定的照明。导光系统的发光角度可达180，通过导光管和扩散板收集光线。准确投射到指定空间区域，光线均匀，无眩光，不会出现局部聚光现象。

如果天窗仅用于照明，土建安装成本较高，天窗的透光率衰减较快，需要定期清洁和维护。但其产生的节能效果和经济价值无法估计。

目前的光导照明系统装置具有良好的隔热、防水性能，但天窗采光方式会因开口面积的增大而明显降低隔热效果，增加漏水风险。

3、国内导光系统的发展及技术现状

光导管日光照明系统于1986年发明，直到2000年左右这项技术才被引进到中国。我国导光系统技术虽然起步晚于国外，但发展迅速。由于其巨大的经济效益和社会效益，其在全国的推广应用已日益普遍。经过多年的发展和改进，现有的导光照明系统部件的技术性能和功能多样化得到了很大的提高。

31照明罩

该照明装置规格多样，造型美观。它由光学级PC或亚克力材料制成。盖板外表面喷涂UV光固化硬质涂层，光滑耐磨。具有良好的隔热、隔音性能，透光性强，照明效率高。通过照明罩表面的抗UV涂层，过滤掉部分有害光辐射，遇火不会燃烧，燃烧时不会释放有有害物质。目前市场上的一些产品增加了自清洁功能，通过在照明罩内安装太阳能传感器等部件，控制聚光组件始终面向太阳的位置，大大提高了太阳能的收集和利用效率射线。

32光管

特殊材料制成的导光管具有超反射太阳光的效果。一般采用铝结构。其厚度仅为0.4mm左右。它重量轻且易于安装。多采用上下插接式连接。整体密封性好，可防尘。以及飞虫的进入，使透光的高效性能长期保持稳定。随着导光管材料制造工艺的不断改进，通过在管内壁涂覆高反射率薄膜，并通过安装导光弯头，可以大大提高导光管的传输效率，提高导光管的传输距离。系统的弯头还可以增加，目前市场上常见的弯头包括30、60和90弯头，并配有反光板。弯管的应用使得小尺寸光管最大传输距离可以达到8m，大尺寸光管最大传输距离可以达到20m。

33扩散装置扩散装置

通常采用PC材料或PMMA材料制成，具有良好的透光性和扩散性，不易着火，离火自熄。口罩采用防静电喷涂技术处理，表面防雾、无尘、易清洁。为了使光管传输的光线均匀地分散到室内，在扩散装置中采用了用于扩散光的薄透镜。镜片越薄，其透光率和光分散性越好。扩散装置有多种款式，有磨砂、圆形、方形等，可以配合室内装饰和布局风格。它们还具有良好的隔热和隔音效果。

4、光导照明系统的应用及优点

近年来，随着社会的快速发展，能源消耗的需求急剧增加。然而，面对日益严峻的能源供应短缺，国家和地方政府对节能减排的要求提高到了新的水平。除了陆续发布或更新公共建筑节能设计国家和地方标准及技术指导文件外，还对公共建筑绿色节能等级评定提出了更加详细的要求。例如，江苏省住房和城乡建设厅颁布的地方标准DGJ32/J96-2010《公共建筑节能设计标准》中，在电气照明节能方面，除了要求照明功率密度值要采用一个目标值，对灯具的效率和照明控制方法也有要求。也提出了更高的要求。作为可再生能源利用的重要节能措施之一，光感应系统在标准第701条和第704条中也提到了。第704条具体明确根据综合评估，甲级建筑屋顶可安装太阳能光伏电池容量约为变压器装机容量的2~5。由于屋顶还有其他机械设备，故考虑约定值2。太阳能光伏发电系统的设置应符合相关规范的要求。光感应系统的容量换算可按每个照明孔150W的功率计算。

目前，我国照明用电量约占发电总量的10%。2016年，我国发电总量约为5991012kWh。由此推算年照明用电量为5991011kWh。据有关统计，白天照明用电量占照明总用电量的50%以上。如果导光照明系统能够广泛推广使用，白天照明用电量可减少50%以上，相当于每年节能约151011kWh[7]。电价按08元/千瓦时计算，每年至少可节省电费约1200亿元。可见，光导照明系统等新型可再生能源利用技术对社会节能和经济效益的贡献将是巨大的。同时，由于我国发电大部分仍依赖燃煤发电，每节省1度电相当于节省0.4公斤标准煤和4升纯净水。还可减少燃煤排放二氧化碳1公斤、二氧化硫0.03公斤。新技术的运用具有重大的绿色环保意义。

五、建筑中应用光导照明系统需要注意的题

由于光导照明系统需要室外照明罩来收集室外光线，因此在建筑设计阶段，设计者需要对项目拟建区域的照明条件进行一定的分析，并确定系统装置根据光照环境。建筑物内设置的区域，如建筑物主体以外的建筑物屋顶、立面或地下室区域。考虑到光效和美观等因素，所选区域需要考虑导光照明系统开孔的位置和间距。土建设计人员必须为系统后期的安装做好相应的预留和预埋设计，并进行施工工作。安装人员提出密封、防水要求等技术措施。为了保证系统的高光效和良好的实际效果，这个环节是不可或缺的。

由于导光照明系统的安装必须综合考虑建筑物外立面的美观、保温、密封和防水，而目前国内使用导光照明系统的成本较高，大多数投资者使用该系统只是为了满足国家或地方要求。考虑到相关规范的最低限度，大多只采用建筑物屋顶采光孔的形式，这样光导照明系统往往只能服务于单层建筑或局部区域。建筑物屋顶下的地板。

图导光照明与人工照明相结合的照明方式在馆的应用

对于内部空间较高的建筑，特别是场馆建筑，为了营造绿色健康的氛围，让使用者有一种回归自然的精神感受，自然光的引入显得尤为重要。但屋顶通常采用带有曲率的形桁架结构。屋顶是用金属板拼接而成的。导光照明系统的光孔设置在设计上比普通建筑更为复杂。需要根据屋架和屋面金属板的具体结构而定。均匀合理地安排点数。在施工安装条件下，导光装置引入室内的光线更加均匀、舒适。需要指出的是，导光照明系统的设计照度一般为75150lx，自然光具有动态不确定性。对于正式的比赛来说，它影响比赛空间的水平照度、垂直照度以及照明均匀度。导光照明显然无法满足眩光指数、显色指数等指标的高要求。此时，为了保证比赛的正常举行，需要通过安装在屋顶的日光电动调节阀关闭导光照明系统，采用人工照明系统。对于照明要求不高的日常教学工作或学生课外活动，可以在导光照明的基础上增加人工照明，以补充照度的不足。在这种情况下，馆的人工照明系统需要根据光导照明照度值范围来设计。开发了几种常用的灯补光控制模式，以满足人工照明与光导照明相结合的形式的需求。

对于比赛准备或赛前清洁等日常管理场合，只能采用导光照明来满足视觉需求。光导照明与人工照明相结合的照明方式在馆的应用如图1所示，光导照明系统在游泳池的实际应用如图2所示。

图光导照明系统在泳池的实际应用

6、光导照明系统照明面积及节能效益估算

根据GB50033-2013《建筑照明设计标准》，光管系统的照明设计可按自然照度按下式计算

Eav———平均水平照度，

1x；n———要使用的光管照明系统的数量

u———光管照明系统中扩散器的设计输出光通量，

流明；CU———光管照明系统利用系数，

该值可按GB50033-2013《建筑照明设计标准》表602确定；

MF————维护系数；

l————侧窗照明时房间的长度或隔间的宽度；

b————房间深度或跨度；

Es———室外自然光的设计照度值，

1x；At————导光管有效照明面积，m2；

———光管采光系统的效率。

以建筑物内部走廊照明为参考，估算单根光管的照明效益；根据GB50034-2013《建筑照明设计标准》要求，一般走廊照度要求为50lx；根据GB50033-2013《建筑照明设计标准》中提供的数据，CU值暂取为104；Es值以成都地区为参考，取12000lx；导光板的有效照明面积按照目前市场上最常见的直径为530mm的圆形导光板计算，At=022m2；光管照明系统的效率，结合多个厂家的样品，为=080980860674；对于新建建筑，维护系数非常接近1。本文中考虑到日常情况，MF暂时设置为085。

根据以上数值和公式计算，可以得到u=177936lm，再结合公式计算，可以得到lb3146m2，lb就是光管系统实际服务的走廊面积。根据GB50034-2013《建筑照明设计标准》一般走廊照明功率密度限值20W/m2计算，单根导光管服务的走廊区域所需照明功率为3146m220W/m263W。公共走廊是人流的主要通道，其照明使用时间比内部房间长，平均每个工作日12小时。按一年250个工作日计算，单个导光板年节省照明用电量约190kWh，电价按08元/kWh计算，每年至少可节省电费152元。此外，我国大部分地区属于级以上轻气候区。根据上述估算，如果导光照明系统能够广泛应用于室外自然采光资源丰富的地区，将带来巨大的节能和经济效益。在节省火力发电消耗的煤炭资源和水资源的同时，燃煤发电排放的二氧化碳、二氧化硫等环境污染气体也将得到有效控制和减少，从而体现出光导照明系统可观的环保价值。

7.基于以上

本文介绍了光导照明系统的组成和原理，并简要分析了该技术的发展现状、其在建筑工程中实际应用的优点和目前的局限性。通过对光导照明系统的应用进行简单的计算分析，可以看出该技术的广泛应用带来了巨大的经济效益和节能环保价值。在国家积极推动可再生资源利用和节能环保新技术应用的背景下，随着科学技术的不断创新和进步，相信导光板应用中出现的题现阶段的照明系统将逐步得到解决，技术也将更加成熟。并不断完善，得到了国家和社会的高度认可和广泛应用。

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