唐春娥，袁景玉，劉 寧，孫婷婷，王 婧

(1.河北工業(yè)大學 建筑與藝術(shù)設(shè)計學院，天津 300401;2.天津泛海科技有限公司，天津 300384)

0 引言

目前我國的辦公建筑大多為大進深辦公建筑，且大多采用側(cè)窗采光的天然采光方式，導致了進深較大的方向依賴天然采光無法滿足辦公建筑照度標準規(guī)定的照度水平，故通常在晝間也會長時間采用輔助人工照明，從而造成照明用電的浪費。照明設(shè)計不僅應在照明裝置上盡可能選用更節(jié)能的燈具，同時應考慮照明分布的合理性以及引入較多的天然光。通過對工作環(huán)境下的光照和天然光進行控制，以及窗口設(shè)計對室內(nèi)天然光分布的影響，從而找出照明節(jié)能的最佳方案。研究結(jié)果表明，采用基于天然光的燈光控制系統(tǒng)可以節(jié)約照明用電70%左右。

文章采用照明和采光計算軟件對辦公室空間的天然采光和人工照明進行模擬計算，探討和天然采光相協(xié)調(diào)的人工照明節(jié)能、高效、舒適的控制策略，實現(xiàn)健康、節(jié)能、綠色的辦公空間晝間光環(huán)境。

1 辦公室光環(huán)境標準

在CIE《室內(nèi)工作場所照明》中對辦公室內(nèi)光環(huán)境有如下幾個方面要注意:亮度分布、光的方向性、眩光、照度、晝光、顏色、閃爍和維護。在天然光環(huán)境下辦公，要注意房間的采光亮度，視屏最好背向窗口，避免光線直射視屏，否則工作人員非常容易產(chǎn)生視覺疲勞，影響工作效率和生理健康。

根據(jù)建設(shè)部于2006年v發(fā)布的JGJ 67—2006《辦公建筑設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定，我國目前在天然采光方面的辦公建筑照明設(shè)計標準要求設(shè)計辦公建筑時其中辦公室、接待室、會議室等功能室內(nèi)應引入天然采光，其天然采光的采光系數(shù)最低2%，室內(nèi)天然光臨界照度100 lx。辦公室側(cè)面采光窗地面積比1/5。GB50034—2004《建筑照明設(shè)計標準》規(guī)定辦公建筑中普通辦公室桌面水平照度標準為300 lx。國際照明委員會CIES008/E-2001 關(guān)于辦公建筑照度標準的規(guī)定比我國的《建筑照明設(shè)計標準》相對較高一些。

2 天然采光與人工照明控制設(shè)計及節(jié)能分析

通常在采用側(cè)面采光的房間，天然光的采光系數(shù)分布具有不穩(wěn)定、梯度大的特點。而人工照明則可以根據(jù)不同區(qū)域的照度要求進行開關(guān)燈及調(diào)功率控制。通過軟件模擬的方式，尋找與天然光照度相適應的照明控制曲線，在滿足辦公光環(huán)境要求的同時降低能耗。

2.1 實驗條件設(shè)計

實驗對象:某辦公建筑L 形平面辦公室。

實驗軟件:Dialux 4.9 版。

燈具的選擇:考慮到實際案例及其辦公環(huán)境要求，選擇如圖1 所示的燈具，其參數(shù)如圖2 所示，尺寸為599×599×125 mm，總功率為73 W，重量為3.85 kg。

圖1 燈具控制圖

圖2 光源參數(shù)

2.2 案例的燈具控制圖設(shè)計

案例的燈具控制圖見圖3。

圖3 燈具控制圖

2.3 模擬結(jié)果

2.3.1 全燈情況

設(shè)置燈具全部開啟，且燈光控制全部為100，每1 m 為一個計算點，根據(jù)所得數(shù)據(jù)生成如圖4 和圖5 所示。

圖4 大進深部分全燈照度數(shù)據(jù)圖

圖5 小進深部分全燈照度數(shù)據(jù)圖

2.3.2 14 點模擬結(jié)果

首先模擬得出14 ∶00，全陰天光環(huán)境如圖6 和 圖7 所示。

圖6 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖7 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

針對14 ∶00 全陰天經(jīng)過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設(shè)計符合表1 的最優(yōu)照度設(shè)計方案如圖8 及圖9 所示。

表1 控制設(shè)計表

圖8 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖9 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

2.3.3 16 點模擬結(jié)果

全陰天光環(huán)境16∶00 照度分布如圖10 及圖11 所示。

圖10 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖11 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

針對16 ∶00 全陰天經(jīng)過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設(shè)計符合表2 的最優(yōu)照度設(shè)計方案如圖12 及圖13 所示。

表2 控制設(shè)計表

圖12 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖13 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

2.3.4 18 點模擬結(jié)果

全陰天光環(huán)境18∶00 照度分布如圖14 及圖15 所示。

圖14 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖15 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

針對18 ∶00 全陰天經(jīng)過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設(shè)計符合表3 的最優(yōu)照度設(shè)計方案如圖16 及圖17。

表3 控制設(shè)計表

圖16 大進深部分照度數(shù)據(jù)圖

圖17 小進深部分照度數(shù)據(jù)圖

2.4 控制設(shè)計方案的節(jié)能分析

根據(jù)上述模擬計算的結(jié)果，采用辦公空間人工照明控制方案，既可滿足辦公光環(huán)境要求，提供標準的辦公環(huán)境照度，同時還能減弱室內(nèi)臨窗位置與遠離窗口位置的照度和亮度的強烈對比，降低人工照明用電量，從而節(jié)約建筑能耗。

與此同時進一步對上述控制方案進行定量節(jié)能分析，按照時間分段，12 點至14 點節(jié)能情況如表4，總節(jié)能量如表5;14 點至16 點節(jié)能情況如表6，總節(jié)能量如表7;16 點至18 點節(jié)能情況如表8，總節(jié)能量如表9。

表4 12 點至14 點節(jié)能情況表

續(xù)表

表5 12 點至14 點節(jié)能

表6 14 點至16 點節(jié)能情況表

表7 14 點至16 點節(jié)能量

表8 16 點至18 點節(jié)能情況表

表9 16 點至18 點節(jié)能量

上述表格的數(shù)據(jù)清晰明確的體現(xiàn)了這一控制設(shè)計方案的節(jié)能優(yōu)勢，依據(jù)表中數(shù)據(jù)，可計算得出，辦公空間半天節(jié)約電量為4.51 度，全天節(jié)約電量為9.02度，全年將節(jié)約3 293.32 度電，相當于降低了29.43%的照明能耗。這些數(shù)字說明了目前我國辦公室照明節(jié)能設(shè)計可以有更大的提高。

3 小 結(jié)

天然光(含直射光和天空光)是一個純凈無污染、取之不盡、用之不竭、可再生的能源，充分利用天然采光，降低人工照明用電，節(jié)約照明用電量可以有效減少能源的浪費。采用天然采光與人工照明相結(jié)合的方式，滿足了人們對晝間室內(nèi)視覺舒適型的要求，同時通過實現(xiàn)人工照明控制節(jié)約了電能，降低建筑能耗，體現(xiàn)了節(jié)能管理的意義，并對今后的辦公建筑光環(huán)境設(shè)計、建筑與室內(nèi)設(shè)計，照明燈具及調(diào)光控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)等工作具有重要指導意義，為改進辦公室光環(huán)境質(zhì)量提供了參考依據(jù)。

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