吳夏冰，張 昕

(清華大學(xué)建筑學(xué)院，北京 100084)

引言

照明在零售建筑電力消耗中占有最大比例。根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，零售照明在美、英兩國零售建筑能耗中分別占30.1%和34.0%，在零售建筑電力消耗中分別占42.0%和43.4%，兩國零售建筑能耗分別占商業(yè)建筑能耗的21.0%和21.4%。而全球商業(yè)照明的總能耗占世界總電力消耗的8.17%(2005年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。針對(duì)993棟中國零售建筑的調(diào)查結(jié)果顯示，其占零售建筑電力消耗的比例均值為53.6%。

零售照明的需求在中國增長迅速。中國的零售市場(chǎng)正爆炸性增長，大約占經(jīng)濟(jì)總量的14%。中國食品零售市場(chǎng)的銷售額從2006年到2011年增長了57.1%，從2011年到2016年預(yù)期增長40.2%(Euromonitor international 2012)。根據(jù)預(yù)測(cè)，中國商業(yè)照明需求的年均增長率為5.9%，總量將從2002年的1587萬億流明小時(shí)增長為2020年的4462萬億流明小時(shí)。由于缺少我國基本的零售照明數(shù)據(jù)，很難明確掌握目前在宏觀層面的具體情形。

購物中心是二十世紀(jì)以來的全新商業(yè)聚集形式，是現(xiàn)階段零售業(yè)發(fā)展的重要組成部分，對(duì)于購物中心照明現(xiàn)狀與節(jié)能潛力的評(píng)估對(duì)于降低零售照明能耗具有重要意義[1-6]。基于大量的實(shí)測(cè)購物中心照明能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本文對(duì)目前我國購物中心照明能耗總體水平及概況特征展開分析，對(duì)影響購物中心照明能耗的燈具布置及地域性差異進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 研究方法

本文的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來源于32棟分布于全國各地的新建某品牌大型購物中心。自2012年4月1日至2014年2月27日，從全國選取新建的購物中心樣本，對(duì)其中的商業(yè)步行街、百貨商店、超市、電器專賣店、地下停車庫五種空間類型進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，測(cè)試的基本內(nèi)容如表1所示。

表1 測(cè)試內(nèi)容Table 1 Test content

所選取的購物中心五類空間總面積從61 840m2到165 755m2不等，平均總面積為105 654m2，購物中心的測(cè)試空間概況如表2所示。

表2 測(cè)試空間概況Table 2 Spatial profiles

樣本在東部、中部、東北及西部均有分布，其中東部樣本數(shù)據(jù)最多，占總數(shù)的69%，其他三個(gè)區(qū)域的樣本數(shù)據(jù)較少。32棟建筑的地理分布如表3所示。

表3 地理分布Table 3 Geographical distribution

2 數(shù)據(jù)結(jié)果

在本部分，將對(duì)我國購物中心的整體照明現(xiàn)狀進(jìn)行分析討論。按商業(yè)步行街、百貨商店、超市、電器專賣店、地下停車庫這五種不同的空間類型對(duì)空間概況、光源類型、照明方式、平均照度及照明功率密度分別進(jìn)行現(xiàn)狀總結(jié)。

2.1 商業(yè)步行街

商業(yè)步行街是購物中心的核心交通空間，平均面積為16 035m2。根據(jù)32個(gè)購物中心的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，大部分首層層高為5.7m，少數(shù)為5.4m，其他層層高為5.1m。在光源類型的選擇上，91%的商業(yè)步行街使用了金鹵燈，88%使用了T5熒光燈，69%使用了緊湊型熒光燈，50%使用了LED燈，13%使用了鹵鎢燈。同時(shí)，商業(yè)步行街普遍采用直接、暗藏?zé)魩У恼彰鞣绞剑^多的裝飾照明是導(dǎo)致商業(yè)步行街平均照明功率密度較高的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，商業(yè)步行街的平均照明功率密度高達(dá)12.8W/m2，遠(yuǎn)超過同一購物中心除百貨商店外的其他零售空間。另外，實(shí)測(cè)國內(nèi)商業(yè)步行街的地面平均照度值為386lx，雖然這一數(shù)值低于百貨店、超市、電器店等零售空間，但是相比于國外同類型商業(yè)步行空間標(biāo)準(zhǔn)照度值的100～200lx，這一數(shù)值明顯是偏高的。商業(yè)步行街照明統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 商業(yè)步行街平均照度、照明功率密度頻率分布直方圖Fig.1 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of commercial street

2.2 百貨商店

大多數(shù)百貨商店位于購物中心的一至四層或一至五層，少數(shù)百貨商店只占購物中心的一層和二層，大部分首層層高為5.7m，少數(shù)為5.4m，其他層層高為5.1m。百貨商店的光源類型選擇與商業(yè)步行街類似，91%的百貨商店使用了T5熒光燈，75%使用了緊湊型熒光燈，75%使用了金鹵燈，41%使用了LED燈，13%使用了鹵鎢燈。百貨商店采用的照明方式也與商業(yè)步行街相似，普遍采用的是直接、暗藏?zé)魩У恼彰鞣绞?。百貨商店的平均照明功率密度與商業(yè)步行街相同，為12.8W/m2。平均照度值為465lx。百貨商店照明統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 百貨店平均照度、照明功率密度頻率分布直方圖Fig.2 Frequency distribution of everage illumination and lighting power density of department store

2.3 超市

超市通常位于購物中心的地下一層，層高5.4m～6m不等。在光源類型的選擇上，91%的超市使用了T5熒光燈，63%使用了金鹵燈，47%使用了緊湊型熒光燈，31%使用了LED燈，13%使用了T4熒光燈，13%使用了T8熒光燈，多為直接照明方式，這也是超市平均照明功率密度普遍低于商業(yè)步行街與百貨商店的主要原因，其平均照明功率密度為9.8W/m2，平均照度為559lx。不同超市的平均照度值在300lx至800lx之間大幅度波動(dòng)。平均照度的頻率峰值分別出現(xiàn)在400lx和600lx附近，600lx左右的超市多為華潤萬家旗下的華潤萬家、華潤蘇果超市等大型高檔超市，而其他普通超市的平均照度值則主要集中在400lx上下。照明統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 超市平均照度、照明功率密度頻率分布直方圖Fig.3 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of supermarket

2.4 電器專賣店

電器專賣店是購物中心中所占面積比例最小的零售空間，其空間位置比較靈活，多位于購物中心的二層，與百貨商店相鄰，少數(shù)與超市相鄰位于地下一層，層高多為5.1m。在光源類型的選擇上，金鹵燈與緊湊型熒光燈的使用明顯減少，62%使用T8熒光燈，48%的電器專賣店使用了T5熒光燈，28%使用了緊湊型熒光燈，其照明特征與超市相似，均為直接照明方式。平均照度值為475lx，平均照明功率密度為8.7W/m2，二者的頻率分布均表現(xiàn)出較大的波動(dòng)性。電器專賣店統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 電器專賣店店平均照度、功率密度頻率分布直方圖Fig.4 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of appliance store

2.5 地下停車庫

地下停車庫占據(jù)了購物中心的地下一層與地下二層。因所測(cè)項(xiàng)目均為新建項(xiàng)目，81%的地下停車場(chǎng)使用了LED燈，50%使用了T5熒光燈，13%使用了緊湊型熒光燈。地下停車場(chǎng)均采用直接照明，平均照度值為86lx，平均照明功率密度也遠(yuǎn)低于其他四類空間，僅為2.1W/m2。地下停車場(chǎng)照明統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 地下停車場(chǎng)平均照度、照明功率密度頻率分布直方圖Fig.5 Frequency distribution of average illumination and lighting power density of under grownd parking

2.6 總表

一個(gè)完整購物中心由商業(yè)步行街、百貨商店、超市、電器店、專賣店、電影院、餐廳、地下停車場(chǎng)及其他輔助空間構(gòu)成。此次測(cè)量出于研究需要，主要選擇了商業(yè)步行街、百貨商店、超市、電器店、地下停車場(chǎng)這五類空間。由于具體功能上的差異，五類空間對(duì)照明表現(xiàn)出不同的需求，對(duì)照明方式的選擇與光源類型的選擇的差異導(dǎo)致了照度水平及照明功率密度的不同。除地下停車場(chǎng)外，其他四類空間均屬于零售空間。各購物中心五類空間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 五類空間照明數(shù)據(jù)總表Table 4 Lighting data of five types of space

3 結(jié)論

3.1 節(jié)能潛力評(píng)估

通常對(duì)于零售空間照明，節(jié)能途徑包括合理擺放商品，控制層高，正確選擇并執(zhí)行照明標(biāo)準(zhǔn)，盡量采用直接照明，控制間接照明等裝飾照明的使用，選擇高光效的照明器材等等。但是，零售空間照明節(jié)能不能等同于其他功能型空間的照明節(jié)能，其根本原因在于照明水平與零售企業(yè)的營業(yè)額和利潤率密切相關(guān)。另外，各類零售空間照明設(shè)計(jì)的決策者不同，在一棟購物中心之內(nèi)，商業(yè)步行街和百貨商店通常是由建筑設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)完成的，而超市和電器店通常由零售企業(yè)獨(dú)立完成?；诒?的數(shù)據(jù)分析，課題組針對(duì)不同空間類型初步評(píng)估了其節(jié)能潛力。

3.1.1 商業(yè)步行街

商業(yè)步行街的平均地面水平照度達(dá)到了386lx，遠(yuǎn)高于國內(nèi)外規(guī)范限定的100～200lx，到達(dá)地面的有效光通為31.9lm/W，是五類空間中最低的。因此，其能耗高的主要原因可以概括為使用較多的裝飾照明和追求較高的地面照度。此外，13%的樣本仍使用了光效較低的鹵鎢燈，通過燈具替換也可以獲得一定的節(jié)能空間。商業(yè)步行街的照明設(shè)計(jì)方為建筑設(shè)計(jì)院，從操作層面而言，其節(jié)能潛力巨大且易于實(shí)現(xiàn)，本文3.2將采用模擬的方式具體量化。

3.1.2 百貨商店

百貨商店的平均功率密度雖然高達(dá)12.8W/m2，但仍符合國家標(biāo)準(zhǔn)。到達(dá)地面的有效光通量為39.6lm/W，其能耗高的主要原因可以概括為使用較多的裝飾照明。但是，屬于氛圍營造的這部分照明與經(jīng)營業(yè)績密切相關(guān)，無法定性地評(píng)估其節(jié)能潛力。13%的百貨商店使用了光效較低的鹵鎢燈，通過燈具替換可以獲得一定的節(jié)能空間。

3.1.3 超市與電器專賣店

超市與電器專賣店的功率密度均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，由于主要采取直接照明且選用高光效光源，高照度與低照明功率密度令二者到達(dá)地面的每瓦有效光通量較高。其照明設(shè)計(jì)通常由零售企業(yè)根據(jù)其自身經(jīng)營策略而設(shè)定，與營業(yè)額、利潤率以及企業(yè)定位密切相關(guān)，因此二者的照度、功率密度的離散度均較高。

目前我國照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定水平照度，并未規(guī)定商品照度(或貨架垂直照度)。二者的地面水平照度均較高，在目前的能耗水平下，應(yīng)通過照明器材的選擇，將部分到達(dá)地面的光通量轉(zhuǎn)移到商品表面。超市的到達(dá)地面的每瓦有效光通量的離散度很高，證明眾多超市企業(yè)在燈具布置和器材選擇上仍有一定提升空間，應(yīng)鼓勵(lì)這部分企業(yè)采用專業(yè)照明設(shè)計(jì)，根據(jù)相應(yīng)的國際和國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1.4 地下停車場(chǎng)

地下停車場(chǎng)為功能型空間，其照度離散度居中，而功率密度與到達(dá)地面每瓦有效光通的離散度均較高，說明在燈具布置和設(shè)備選型上仍有一定的節(jié)能空間。81%的樣本采用LED燈具，而LED的性能指標(biāo)目前尚未成熟，仍有較大的光效提升空間。

3.2 商業(yè)步行街照明節(jié)能潛力量化評(píng)估

針對(duì)使用直接照明方式和降低平均照度這兩種方式實(shí)際能對(duì)降低商業(yè)步行街照明功率密度做出多大貢獻(xiàn)，我們用Dialux軟件進(jìn)行了如下的模擬計(jì)算：

(1)空間模型參照其中一個(gè)樣本建立，該購物中心的商業(yè)步行街實(shí)測(cè)平均照度為427lx，照明功率密度為13.3W/m2，U1為0.32，U2為0.55；

(2)13個(gè)照明方案(不同的光源種類、燈具形式、布置方案)均采用直接照明方式，在保證均勻度高于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)平均值(U1為0.32，U2為0.55)的前提下，令商業(yè)步行街的平均照度模擬值不低于100lx。

通過多方案比較，試圖找到最節(jié)能的照明方案節(jié)能基準(zhǔn)。照明方案與模擬計(jì)算結(jié)果分別如表5、表6所示。

表5 商業(yè)步行街直接照明方案Table 5 Direct lighting scheme of commercial street

續(xù)表5

表6 商業(yè)步行街直接照明模擬計(jì)算結(jié)果Table 6 Simulation results of direct lighting scheme of commercial street

由表5、表6數(shù)據(jù)可知：當(dāng)商業(yè)步行街完全采用直接照明，平均照度值不低于100lx，且U1大于0.32、U2大于0.55時(shí)，其平均照明功率密度值(13個(gè)方案的均值為4.26W/m2)相比于樣本實(shí)測(cè)均值(12.8 W/m2)存在著巨大的節(jié)能空間。模擬方案的照明功率密度最小值僅為2.51 W/m2，所采用的方案為28WT5熒光燈的嵌入式燈帶，其均勻度較高，U1值為0.76。選擇適當(dāng)功率的筒燈對(duì)提高均勻度、降低照明功率密度作用顯著。綜上，通過使用直接照明并且降低平均照度標(biāo)準(zhǔn)的方式能有效降低商業(yè)步行街的照明功率密度，具有巨大的節(jié)能潛力。

3.3 功率密度與地域差異

生活習(xí)慣、價(jià)值觀念和經(jīng)濟(jì)水平等地域性差異均可影響購物中心的照度水平和照明功率密度。為了探究購物中心照明功率密度是否存在地域性差異，我們按東部、中部、東北、西部的地域劃分方式將32個(gè)樣本劃分為四組，每組求平均值，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 LPD的地域特征和空間類型特征(總計(jì)值為四類零售空間的樣本均值)Fig.6 The regional and type’s features of LPD (Total value is the sample average of four types of retail space)

把32個(gè)購物中心的照明功率密度數(shù)據(jù)細(xì)化并逐個(gè)列出，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖7 LPD的個(gè)案特征(總計(jì)值為四類零售空間的樣本均值)Fig.7 The case features of LPD (Total value is the sample average of four types of retail space)

為進(jìn)一步探究購物中心照度水平和照明功率密度的地域性差異，課題組進(jìn)行了如下假設(shè)檢驗(yàn)。將32個(gè)購物中心按地域分布分為兩組(東部地區(qū)和非東部地區(qū))，各數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)表示如表7所示。

表7 東部地區(qū)與非東部地區(qū)各變量的數(shù)學(xué)表示Table 7 Variables of Eastern area and non eastern area

(1)建立假設(shè)

零假設(shè)H0：μ1=μ2(照明功率密度不存在地域性差異)

擇一假設(shè)H1：μ1≠μ2(照明功率密度存在地域性差異)

(2)找出檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

①當(dāng)n1+n2=32>30時(shí)，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：

②當(dāng)n1+n2=29<30時(shí)，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：

(3)計(jì)算Z和t的觀察值

計(jì)算結(jié)果如表8、表9所示。

表8 Z的觀察值計(jì)算結(jié)果Table 8 Calculations of Z

表9 t的觀察值計(jì)算結(jié)果Table 9 Calculations of t

(4)計(jì)算臨界域，接受域

給定的顯著性水平為α=0.05。

① 當(dāng)n1+n2=32>30時(shí)，查標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表

查表得Zα/2=Z0.025=1.96，從而可得：

臨界域?yàn)?-∞,-1.96)和(1.96,+∞)

接受域?yàn)?-1.96,1.96)

② 當(dāng)n1+n2=29<30時(shí),查t分布臨界值表

自由度=n1+n2-2=20+9-2=27，

查表得t0.05(27)=2.052，從而可得：

臨界域?yàn)?-∞,-2.052)和(2.052,+∞)

接受域?yàn)?-2.052,2.052)

當(dāng)Z和t的觀察值在接受域范圍之內(nèi)，則拒絕H1：μ1≠μ2，接受H0：μ1=μ2，說明購物中心照度水平或照明功率密度不存在顯著的地域性差異；反之, 則拒絕H0：μ1=μ2，接受H1：μ1≠μ2，說明購物中心照度水平或照明功率密度存在顯著的地域性差異。

由表8、表9的計(jì)算結(jié)果可知：除百貨商店照度水平、電器專賣店照度水平和照明功率密度外，所有Z和t的觀察值均在接受域范圍之內(nèi)。因此，有95%的把握預(yù)言百貨商店照度水平、電器專賣店照度水平和照明功率密度存在顯著的地域性差異；而商業(yè)步行街、超市、地下停車場(chǎng)照度水平和照明功率密度、百貨商店照明功率密度以及購物中心總照明功率密度不存在顯著的地域性差異。可能原因是購物中心整體照明設(shè)計(jì)的主導(dǎo)者是開發(fā)商而不是各零售企業(yè)的經(jīng)營者，且所有購物中心的實(shí)測(cè)樣本均屬于同一品牌旗下。開發(fā)商委托建筑設(shè)計(jì)院根據(jù)國家規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以整體而言不存在顯著的地域性差異。

致謝：本研究得到清華大學(xué)建筑學(xué)院李曉峰團(tuán)隊(duì)的大力支持，特此鳴謝。

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