楊明軻 /康 凱(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京市 100045)

圖1 深圳機(jī)場(chǎng)T3航站樓俯視圖

前言

近年來(lái)隨著建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的概念眾所皆知，節(jié)能減排的理念更是深入人心。深圳機(jī)場(chǎng) T3 航站樓(見圖1)作為設(shè)計(jì)規(guī)模約45萬(wàn)m2，集國(guó)際、國(guó)內(nèi)、中轉(zhuǎn)等功能為一體的航站樓，具有建筑造型獨(dú)特，設(shè)備繁多且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中貫徹了國(guó)家可持續(xù)發(fā)展節(jié)能的基本策略，采用環(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)理念以降低能耗。

通過對(duì)以往一些機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目的研究分析，得出機(jī)場(chǎng)的負(fù)荷能耗主要受到以下幾個(gè)方面的影響：氣候條件(溫度、濕度、風(fēng)速、日照條件等)；飛機(jī)航班：運(yùn)行高峰是否與圍護(hù)傳熱高峰一致；大量玻璃幕墻使用；行李處理系統(tǒng)的復(fù)雜性以及規(guī)模(占能耗比較大)；行李處理系統(tǒng)牽引力使用電力還是柴油；空氣幕系統(tǒng)；航站樓的經(jīng)營(yíng)運(yùn)行方式等。

根據(jù)模擬軟件分析，對(duì)深圳機(jī)場(chǎng)的能耗評(píng)估得出了如下結(jié)果(見圖2)。

圖2 深圳機(jī)場(chǎng)T3能耗分析

從圖2可以看出照明節(jié)能是航站樓建筑節(jié)能的重要組成部分。

大量的測(cè)試和研究發(fā)現(xiàn)，目前民用建筑中照明用電的浪費(fèi)主要表現(xiàn)在不合理的燈具設(shè)置，“白天開燈”現(xiàn)象以及低效光源和燈具的使用等。在深圳機(jī)場(chǎng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，如何在滿足規(guī)范要求的前提下，充分利用自然采光合理燈具布置與采用智能控制是實(shí)現(xiàn)航站樓大空間照明節(jié)能的重要因素。

1 自然采光分析

《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2004)要求：“有條件時(shí)，宜隨室外天然光的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)人工照明照度”；“有條件時(shí)，宜利用各種導(dǎo)光和反光裝置將天然光引入室內(nèi)進(jìn)行照明”。

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 16-2008)要求：“在確定照明方案時(shí)，應(yīng)考慮不同類型建筑對(duì)照明的特殊要求，并處理好電氣照明與天然采光的關(guān)系，采用高光效光源、燈具與追求照明效果的關(guān)系，合理使用建設(shè)資金與采用高性能標(biāo)準(zhǔn)光源、燈具等技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系”。

考慮到深圳機(jī)場(chǎng)屋面造型的復(fù)雜性(見圖1與圖3)，在深圳機(jī)場(chǎng)T3項(xiàng)目的大空間照明節(jié)能策略和方法的具體采用，關(guān)系到最終節(jié)能效果和具體實(shí)施的實(shí)用性，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，具體建筑的用途以及其內(nèi)部各區(qū)域的功能，運(yùn)行方式和業(yè)主的要求進(jìn)行具體分析。

1.1 自然采光條件

自然采光除了為內(nèi)部空間引入合理照度的日光，改善照明及視覺舒適度外，配合適當(dāng)?shù)牟晒庠O(shè)計(jì)及控制設(shè)備，還可節(jié)省日間的人工照明需求。采用自然采光，部份照明系統(tǒng)可于正常日照情況下關(guān)閉，從而節(jié)省能耗。深圳地區(qū)日照充足，加之機(jī)場(chǎng)較高的窗墻比，天窗設(shè)計(jì)(見圖3)等給自然采光提供了有利條件。

圖3 深圳機(jī)場(chǎng)模型

深圳地區(qū)日照條件主要可以從晴空指數(shù)(見圖4)的分布看出(晴空指數(shù) Kt(clearness index), 指入射到水平面的太陽(yáng)總輻射與天文輻射之比，作為區(qū)分晴天，多云天和陰天的指標(biāo)。當(dāng)Kt小于0.3時(shí)，為陰天；大于0.65時(shí)為晴天；在0.3和0.65之間為多云天)，深圳地區(qū)全年的晴空指數(shù)大部分超過0.3，或者說超過70%的天氣為晴天或多云天氣，光照條件良好，如果能夠在白天關(guān)閉機(jī)場(chǎng)內(nèi)的人工照明而采用自然光的話，將會(huì)對(duì)能源的節(jié)約帶來(lái)極大的幫助。

圖4 深圳全年晴空指數(shù)分布

1.2 模型假設(shè)

設(shè)計(jì)條件為全陰天情況、天晴情況，以夏至日作為自然采光的輸入條件。

以下僅以北指廊為例，在模擬分析中，不但需要對(duì)建筑物內(nèi)外層表皮的所有特性都進(jìn)行考慮，同時(shí)還要在模型中增加鋼結(jié)構(gòu)的桿件，因?yàn)檫@些桿件對(duì)日照直射的影響也頗大。同時(shí)對(duì)模型做了適度的簡(jiǎn)化，將建筑內(nèi)部平面布置簡(jiǎn)化成一個(gè)平面，這樣可以清楚地看到內(nèi)部采光的分布。其建筑模型如圖5所示。

圖5 用于日照采光分析的北指廊建筑模型

1.3 模擬結(jié)果及分析

根據(jù)建筑幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，結(jié)合深圳當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，針對(duì)建筑內(nèi)部的自然采光，利用 Radiance 模擬軟件，對(duì)航站樓大空間北指廊區(qū)域自然采光情況下的照度情況進(jìn)行分析。

圖6 北指廊自然采光照度分析

1)晴天情況下的日照情況(以9：00、12：00、18：00為例)，如圖6所示：

從圖6中可以看出：屋頂全天(即使是在正午時(shí)分)基本沒有太陽(yáng)光直射進(jìn)入室內(nèi)，僅在圖6所示的左側(cè)(東南面)靠近墻的地方有小部分的太陽(yáng)光直射進(jìn)入室內(nèi)，整體來(lái)說，照度較為均勻。在中午時(shí)段(10：00-16：00)的平均照度為1 000Lux左右。而在早上或傍晚時(shí)分的照度就跌至500Lux 左右，最主要的因素是受雙層皮結(jié)構(gòu)中復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)的影響，從而使得整個(gè)建筑使用區(qū)域幾乎沒有直射的太陽(yáng)光線入內(nèi)。同時(shí)，由于建筑的方位和窗墻比例的影響，圖6所示右側(cè)區(qū)域(西北面)的采光效果(照度和亮度)均較左側(cè)(東南面)要差。

(2)陰天情況下的日照情況，如圖7所示：照度 亮度

圖7 北指廊全天陰天采光照度分析

在全陰天的情況下，由于沒有直射光線的影響，在整個(gè)建筑內(nèi)部的日照分布十分均勻，整體的照度為250lux左右。

(3)分析小結(jié)

從上述的分析可以看出，北指廊內(nèi)部的平均日照采光在天晴的情況下為1 000lux左右，陰天的情況下為250lux 左右。該指廊區(qū)整體的自然采光照度較為合適。由于立面窗墻比率較大以及大幅單層玻璃窗存在，周邊區(qū)域的采光較為明亮。自然采光效果如圖8。

圖8 北指廊自然采光效果圖

1.4 節(jié)能分析

所有的電力照明設(shè)備，例如燈光照明設(shè)備，在其開啟時(shí)不但會(huì)消耗電能，還會(huì)放出熱量。減少這些照明設(shè)備的工作時(shí)間，就能達(dá)到節(jié)能的效果，同時(shí)這也有效降低了對(duì)冷卻系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

這里用于計(jì)算節(jié)能的策略是：如果室內(nèi)的自然光照強(qiáng)度高于300lux，則關(guān)閉機(jī)場(chǎng)的人工照明，反之則開啟人工照明。這樣可以計(jì)算出累計(jì)的每月采用自然采光照明的小時(shí)數(shù)，如圖9所示，機(jī)場(chǎng)總面積約40 000m2，其中可用于采光的面積約為14 000m2。同時(shí)參照?qǐng)D9中自然采光的使用情況，由于在夏季光照強(qiáng)度充足，可以更多地采用自然光照明取代人工照明，在用電高峰的夏季可以降低整個(gè)機(jī)場(chǎng)的用電負(fù)荷。計(jì)算全年，假設(shè)機(jī)場(chǎng)的照明用電密度為10W/m2，可以節(jié)約4 715 200kWh的電能。由于可以采用自然光照明的時(shí)間通常處于一天中的用電高峰(早7點(diǎn)～晚7點(diǎn))，深圳地區(qū)的峰谷電價(jià)大約為1.08元/kWh。這樣，預(yù)計(jì)一年能夠節(jié)約電費(fèi)500萬(wàn)元左右。

圖9 深圳全年自然采光時(shí)間分布

2 大空間照明設(shè)計(jì)

2.1 燈具照明方案

目前國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)建筑大空間照明燈具方案主要分為如下三種：

1)直接照明方案

采用直接照射型燈具，其效率較高，能源損失較少，但需要與建筑風(fēng)格協(xié)調(diào)，同時(shí)對(duì)燈具的布置方式以及其外觀有特殊需求。

2)間接照明方案

采用大中功率投光燈，利用建筑結(jié)構(gòu)或裝飾物反射進(jìn)行照明，雖然此種方式的舒適度更好且更容易與建筑風(fēng)格相融合，但其效率相對(duì)較低。

3)直接照明與間接照明相結(jié)合的方案

利用間接照明來(lái)表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的形態(tài)特點(diǎn)與風(fēng)格，用直接照明來(lái)補(bǔ)充以及完成功能性照明的需求。

結(jié)合本工程獨(dú)特的建筑造型，經(jīng)過與建筑師反復(fù)研究與分析，最終確定航站樓大空間照明采用直接照明結(jié)合局部重點(diǎn)照明(在值機(jī)島、安檢柜臺(tái)等區(qū)域)的方式，將直接照射型燈具安裝于大空間吊頂馬道上。

圖10 指廊區(qū)燈具分組布置示意圖

圖11 主樓區(qū)燈具分組布置示意圖

2.2 燈具布置與分組方案

在燈具布置上，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，充分利用自然采光，也為了使整個(gè)空間的亮度與建筑風(fēng)格更加相稱、使旅客對(duì)建筑環(huán)境留下深刻的印象，天花燈具并未采取以往同類工程普遍采用的“滿天星”的布置方式，而是在利用上節(jié)自然采光分析成果的基礎(chǔ)上，分析了地面的建筑分布與特點(diǎn)、機(jī)場(chǎng)人員流向，結(jié)合大空間開孔吊頂?shù)牟贾们闆r，在建筑物主樓區(qū)域采用了燈具不規(guī)則環(huán)形布置的方案，在指廊區(qū)域采用了燈具不規(guī)則直線布置的方案(圖10，圖11)。

在自然采光分析成果基礎(chǔ)上，對(duì)屋頂下照燈具進(jìn)行合理分組，在不同時(shí)段進(jìn)行開啟。

大空間下照燈具根據(jù)建筑物內(nèi)各區(qū)域感受的不同，日光亮度劃分為若干控制分區(qū)，每個(gè)分區(qū)內(nèi)照明控制劃分A、B電源兩部分(均布，各帶50%負(fù)荷)獨(dú)立支路。白天運(yùn)行時(shí)，可按照不同日光亮度調(diào)整控制區(qū)域下照燈具相應(yīng)數(shù)量照明支路的開啟和關(guān)閉，從而達(dá)到節(jié)能的目的。夜間停航時(shí)，可根據(jù)管理需求開啟應(yīng)急值班照明燈具，提供疏散照度。任何照明分區(qū)內(nèi)，有五種狀態(tài)可供選擇：

所有照明支路關(guān)閉—全關(guān)。

A、B電源部分支路各開50%—50%開。

A或B電源部分支路各開25%—25%開。

應(yīng)急照明開—疏散照度。

所有照明支路開啟—全開。

3 其他節(jié)能措施

3.1 照度指標(biāo)的確定

依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034-2004)以及《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ 243-2011)對(duì)航站樓值機(jī)大廳，候機(jī)廳等區(qū)域確定照度設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)登機(jī)口、值機(jī)島區(qū)域附加柜臺(tái)聚光燈及熒光燈照明，使桌面平均照度500lx，地面平均照度200lx。

3.2 光源及燈具選擇

1)由于航站樓的室內(nèi)面積空間較大，其需要的燈具數(shù)量、光源功率以及用電量都將會(huì)比較大，為此大空間照明對(duì)燈具光源的選擇除了要注意到美觀以及配光合理外，還充分考慮其節(jié)能性。在選擇光源時(shí)除了依據(jù)色溫以及環(huán)境對(duì)顯色性的要求外，還按照高效、長(zhǎng)壽命的原則選擇燈具。

2)大空間下照燈具光源選擇優(yōu)質(zhì)、高效的金鹵燈(要求Ra≥80，Tcp≈4 000K～4500K，色差不宜大于±200K，平均壽命不低于10 000h)，選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，總諧波標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)GB 17625.1—2003的規(guī)定，平均壽命不低于50 000h，鎮(zhèn)流器的流明系數(shù)和能效值不低于鎮(zhèn)流器的國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)“節(jié)能評(píng)價(jià)值”。

3)大空間下照燈具由于其具有全天運(yùn)行且維護(hù)時(shí)間短、維護(hù)量大等特點(diǎn)，為了盡量減少運(yùn)行費(fèi)用，所以燈具應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)、高效產(chǎn)品，并應(yīng)符合GB 7000系列標(biāo)準(zhǔn)，通過CCC認(rèn)證，要求材料堅(jiān)固耐用，結(jié)構(gòu)安全合理，美觀耐用，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防護(hù)等級(jí)、耐溫等性能適合使用需要，屋頂頂棚內(nèi)燈具選用防護(hù)等級(jí)IP44燈具。

3.3 照明監(jiān)控管理系統(tǒng)

航站樓內(nèi)設(shè)置照明監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用完全分布式集散控制系統(tǒng)，集中監(jiān)控，分區(qū)控制，管理分級(jí)，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將分布在各現(xiàn)場(chǎng)的控制器聯(lián)接起來(lái)，軟件與硬件分散配置。

照明監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)NTP方式接收機(jī)場(chǎng)的時(shí)鐘信號(hào)，自動(dòng)為系統(tǒng)設(shè)備校時(shí)。通過IBMS與IMF中文集成，接收機(jī)場(chǎng)的航班等信息，配合機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。

大空間內(nèi)部裝亮度探測(cè)器檢測(cè)典型區(qū)域亮度，智能照明管理系統(tǒng)可根據(jù)檢測(cè)值調(diào)整預(yù)先設(shè)定的照明場(chǎng)景。探測(cè)器檢測(cè)到的亮度值宜連續(xù)或至少可區(qū)分三種不同的亮度，亮度范圍的上下值可以設(shè)置，探測(cè)應(yīng)能反映典型區(qū)域四周的亮度的變化，以實(shí)現(xiàn)人工照明與自然光配合。

通過照明監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高大空間燈光的開關(guān)自動(dòng)和手動(dòng)控制、分散集中控制、遠(yuǎn)程控制、定時(shí)控制、光線感測(cè)控制、與其他設(shè)備系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制等，控制方式方便、靈活、易于修改、易于操作、易于維護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過航站樓大空間照明節(jié)能方案的實(shí)施，筆者感受到在工程照明設(shè)計(jì)過程中，雖然規(guī)范中有很多條款對(duì)于專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了指導(dǎo)與約束，但是隨著建筑的不同結(jié)構(gòu)與外形、維護(hù)體系、運(yùn)營(yíng)需要，在實(shí)施過程中并沒有可以同時(shí)滿足所有條件的合理措施，需要根據(jù)具體工程的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，與各相關(guān)專業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，并充分利用自然采光的條件，最后提出符合項(xiàng)目實(shí)際的設(shè)計(jì)。

同時(shí)在今后的發(fā)展中，隨著科技進(jìn)步，建筑構(gòu)造與外形會(huì)有許多新的突破，將更加復(fù)雜多變。三維技術(shù)、模擬分析以及信息化等軟件的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，這就要求專業(yè)設(shè)計(jì)人員緊跟科技進(jìn)步，熟悉多種設(shè)計(jì)工具，不斷完善自己，利用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)各種復(fù)雜狀況進(jìn)行詳盡的分析，從而使自己的設(shè)計(jì)作品不斷提高。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50034-2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院，主編.JGJ 16-2008 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]北京照明學(xué)會(huì)照明設(shè)計(jì)專業(yè)委員會(huì).照明設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[4]Arup.深圳機(jī)場(chǎng) T3 項(xiàng)目綠色建筑設(shè)計(jì)中期報(bào)告，2008.