鐘世權(quán)

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510010)

引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國航空交通基礎(chǔ)設(shè)施都得到了飛速的發(fā)展，機(jī)場(chǎng)數(shù)量持續(xù)增長、規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)《中國民用航空發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》，到2025年我國將新建、擴(kuò)建、改建一批現(xiàn)代化的綠色節(jié)能的大型機(jī)場(chǎng)航站樓。機(jī)場(chǎng)航站樓辦票大廳照明設(shè)計(jì)與實(shí)施的優(yōu)劣，不僅直接影響建筑及空間效果，更影響機(jī)場(chǎng)旅客的空間感受。LED燈具具有優(yōu)越的節(jié)能效果和超長的使用壽命，其應(yīng)用是目前照明行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。但是，大功率LED燈具在機(jī)場(chǎng)辦票大廳采用直接照明方式的應(yīng)用較少。本文將以新建的廣州白云國際機(jī)場(chǎng)二號(hào)航站樓辦票大廳為例，介紹大功率LED燈具在辦票大廳的設(shè)計(jì)，并對(duì)其照明成果進(jìn)行檢測(cè)分析和研究。

1 設(shè)計(jì)原則

機(jī)場(chǎng)航站樓辦票大廳是供旅客辦理登機(jī)牌、行李托運(yùn)等出港手續(xù)并提供相應(yīng)服務(wù)的區(qū)域，是航站樓為旅客服務(wù)的最重要的窗口。廣州白云國際機(jī)場(chǎng)二號(hào)航站樓辦票大廳空間平面為432 m×152 m，建筑面積約為66 000 m2。結(jié)構(gòu)柱距為東西向?yàn)?6 m,南北向?yàn)?5 m，南北兩面全部與東西面約1/3的墻面為玻璃幕墻。天花為波浪狀，底部距地面高度為19～26.8 m。整個(gè)大廳屬于高大空間。

GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定交通建筑辦票大廳照明的照度標(biāo)準(zhǔn)值為200 lx，功率密度現(xiàn)行值9.0 W/ m2、目標(biāo)值8.0 W/m2[1]。因此采用傳統(tǒng)大空間照明設(shè)計(jì)方式顯然難以達(dá)到GB 50034—2013的要求。綜上，我們結(jié)合GB 50034—2013的要求，遵循綠色、智慧的設(shè)計(jì)理念，制定了辦票大廳照明設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則：

1)基礎(chǔ)照明原則：辦票大廳作為高大空間，照明設(shè)計(jì)難度較大，應(yīng)選擇合理的照明方式、合適的照明燈具，準(zhǔn)確控制好照度、功率密度、亮度、眩光、顯色性等各項(xiàng)照明指標(biāo)，使其真正符合人對(duì)照明功能的需求。

2)綠色節(jié)能原則：航站樓是一個(gè)巨大的能耗建筑，照明系統(tǒng)是其中僅次于中央空調(diào)的第二用電大戶。因此，照明設(shè)計(jì)在滿足照明功能的基礎(chǔ)上，盡可能降低照明的功率密度，減少照明能耗；同時(shí)充分利用自然采光，盡可能地實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。

3)智能控制原則：航站樓作為行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿類建筑，應(yīng)該充分應(yīng)用最前沿的智能建筑理念，根據(jù)時(shí)間和人流情況，針對(duì)不同的環(huán)境實(shí)行不同的照度控制，達(dá)到更加智慧、節(jié)能和舒適的照明效果。

4)裝飾功能原則：照明還需要與建筑環(huán)境、室內(nèi)設(shè)計(jì)完美地結(jié)合，并充分應(yīng)用各種照明手段來表現(xiàn)建筑內(nèi)部空間和外部形象，突出建筑環(huán)境特點(diǎn)。

2 照明設(shè)計(jì)方案

2.1 天然采光設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目通過波浪弧形落地玻璃幕墻和屋面設(shè)置采光天窗并采用漸變旋轉(zhuǎn)式吊頂將充足的天然光引入室內(nèi)，既是對(duì)室內(nèi)光環(huán)境的極大的補(bǔ)充，又能使空間在視覺上更加通透明亮，如圖1所示[3]。這種天然采光設(shè)計(jì)符合綠色節(jié)能的原則，與人工照明起到相輔相成的效果[5]。

圖1 辦票大廳天然采光示意圖Fig.1 Schematic diagram of natural lighting in the check-in hall

2.2 照明方式和光源選擇

1)照明方式比較。辦票大廳照明一般采用直接照明、間接照明、混合照明的方式，目前間接照明在機(jī)場(chǎng)應(yīng)用較多。間接照明方式優(yōu)勢(shì)為空間效果好、舒適性高、眩光易控制；其劣勢(shì)為由于光經(jīng)過反射進(jìn)行照明，造成光能損耗較大，且均勻度難以控制。如白云國際機(jī)場(chǎng)一號(hào)航站樓采用間接照明，其實(shí)測(cè)照度值小于100 lx[5]，而照明功率密度大于20 W/m2，與GB 50034—2013的要求有明顯的差距。直接照明的優(yōu)勢(shì)為充分利用光能，均勻度高，節(jié)能效果明顯；其劣勢(shì)為空間效果差、難以避免眩光。

2)光源比較。高大空間照明常用的燈具是金鹵燈，但是金鹵燈難以滿足GB 50034—2013對(duì)照明功率密度的要求。LED燈的光效較高，符合綠色節(jié)能的原則；且LED燈作為固態(tài)光源，具有很好的可控特性[6]，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)光控制。由此可見，在公共建筑高大空間采用大功率LED燈更加合適。

因此，本辦票大廳照明方案以大功率LED燈直接照明為主、間接照明為輔，通過光源空間布置、燈具選型與安裝方式的設(shè)計(jì)改善眩光的影響。

2.3 光源布置方案

光源布置方案如圖2所示。

圖2 辦票大廳光源布置Fig.2 Light source arrangement of Planned hall

1)大廳東西方向按36 m為單元，在吊頂波浪造型的波峰(兩座辦票島中間通道上方)、波谷(辦票島上方)分別設(shè)置南北方向的馬道，照明燈具在馬道下方結(jié)合吊頂造型安裝在吊頂內(nèi)部，同時(shí)利用馬道解決高空燈具安裝與維護(hù)問題。

2)除辦票島正上方?jīng)]有安裝燈具外，每條馬道下設(shè)置4列燈具，燈具的列間距為1.5 m、行間距為3 m。其中吊頂波峰內(nèi)燈具選用90 W LED投光燈(總功率為115 W)、波谷吊頂內(nèi)及北側(cè)餐飲平臺(tái)區(qū)域選用70 W LED投光燈(總功率為86 W)，燈具色溫為4 000 K。所有燈具均藏在吊頂天花內(nèi)，通過在鋁合金板上開圓形透光孔，并結(jié)合鋁合金板安裝調(diào)整燈光投射方向后將燈光均勻投射到地面，提供大廳功能照明，實(shí)現(xiàn)見光不見燈的照明效果。

3)每個(gè)辦票島頂部設(shè)置49行、每行3套共147套功率150 W的WRGB LED投光燈(其中4 000 K白光光源總功率約為45 W)作為間接照明與泛光照明，向上照亮頂棚，表現(xiàn)天花曲面造型，并通過鋁合金板的漫反射將空間打亮，使得照明與建筑和室內(nèi)設(shè)計(jì)融合為一體。同時(shí)，通過對(duì)WRGB燈具的調(diào)色控制滿足不同的節(jié)日氣氛需求，為旅客提供不一樣的感受[3]。

4)辦票島鋼架上每個(gè)服務(wù)柜臺(tái)上方安裝2套18 W的明裝LED筒燈作為服務(wù)柜臺(tái)的重點(diǎn)照明，滿足500 lx照度的工作需求。

2.4 燈具選型與安裝

燈具的選型與安裝對(duì)于大空間照明效果影響很大。經(jīng)過深入的比選、研究，設(shè)計(jì)師和照明顧問結(jié)合項(xiàng)目情況創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款LED投光燈。燈具設(shè)計(jì)如圖3所示。

每套燈具的內(nèi)部由24只高效LED“微燈具”組成，設(shè)計(jì)將“微燈具”光源均勻表貼在球面燈體上，每只“微燈具”配置極窄的光束角，并調(diào)整各自的照射方向使光聚集在下方300 mm處的燈具中心線的圓心上，再散射到下方空間。這種處理確保天花上方的光損失最少，并且通過將燈具深藏在天花上方實(shí)現(xiàn)見光不見燈與減少眩光目的[3]。另外將燈具設(shè)計(jì)為正方形并四周倒角便于燈具在燈槽內(nèi)安裝固定，燈具外殼采用一體化壓鑄鋁并配置高密齒散熱器，有效增加散熱面積，有利于延長燈具壽命。

根據(jù)燈具布置確定燈具定位槽的位置，利用吊頂龍骨與結(jié)構(gòu)桁架固定燈具的鋁板定位槽；然后依據(jù)燈具安裝的具體位置，在鋁板天花上開透光孔；光線通過小孔均勻投射大廳面，調(diào)試燈具和透光孔。經(jīng)過透光小孔后的光照更加均勻，從而降低眩光的影響。辦票大廳整個(gè)高大空間的燈具被隱藏在天花板里，實(shí)現(xiàn)了“燈無形，光有形”的效果，充分實(shí)現(xiàn)照明與建筑的融合。

圖3 燈具設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the luminaire design

2.5 模擬效果

按照燈具布置方案，按26 m的安裝高度進(jìn)行照度模擬，得到辦票大廳地面平均照度為245 lx，功率密度計(jì)算值為6.81 W/m2，詳見圖4。計(jì)算的結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求和設(shè)計(jì)預(yù)期。

圖4 辦票大廳(局部)偽色表現(xiàn)圖與地面等照度圖Fig.4 Pseudo-color representation and the ground illumination of The counterfeit hall (partial)

3 配電與控制設(shè)計(jì)

3.1 配電方案

本辦票大廳照明配電分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別包括普通照明與應(yīng)急疏散照明(圖5)。

圖5 辦票大廳照明供電系統(tǒng)圖Fig.5 Lighting system of the ticketing hall

1)普通照明配電方式。本辦票大廳照明屬于一級(jí)負(fù)荷，每個(gè)區(qū)域普通照明采用雙重電源的兩回路交叉供電的方式配電，相鄰兩行燈具由不同的電源配電，來保證照明供電可靠性和照明空間亮度不間斷。圖6為辦票大廳普通照明配電系統(tǒng)示意圖。

圖6 辦票大廳普通照明配電系統(tǒng)示意圖Fig.6 Schematic diagram of general lighting distribution system in the check-in hall

2)應(yīng)急疏散照明配電。應(yīng)急疏散照明采用雙重市電+柴油發(fā)電機(jī)+EPS電源供電的配電方式。另外，JGJ 243—2011《交通建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》8.5.2條第2款規(guī)定：人員密集場(chǎng)所內(nèi)的疏散照明地面最低照度值不應(yīng)低于5 lx[2]。本項(xiàng)目的消防設(shè)計(jì)要求為“疏散距離大于現(xiàn)行規(guī)范的區(qū)域以及避難走道應(yīng)增加疏散應(yīng)急照明照度至10 lx”。辦票大廳中間區(qū)域存在疏散距離大于現(xiàn)行規(guī)范的情況，因此疏散照明照度按不低于10 lx設(shè)計(jì)，并且考慮照度均勻度問題，經(jīng)模擬計(jì)算后將平時(shí)照明燈具的10%按應(yīng)急疏散照明的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

3.2 調(diào)光控制方案

由于LED燈具有線性連續(xù)調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)使用需求調(diào)節(jié)照度可以提升建筑環(huán)境的舒適度，同時(shí)也能延長燈具的壽命、降低照明能耗，更好的達(dá)到節(jié)能效果。因此本辦票大廳照明結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況采用調(diào)光方式的智能照明控制系統(tǒng)控制。

經(jīng)過對(duì)適合LED燈調(diào)光控制的可控硅調(diào)光、0～10 V調(diào)光、DALI調(diào)光、DMX512調(diào)光四種調(diào)光控制方式分析、比較，初步選定0～10 V調(diào)光作為本項(xiàng)目辦票大廳照明的調(diào)光控制方式。由于本項(xiàng)目調(diào)光回路最長的控制線接近400 m，為了驗(yàn)證傳輸距離過長是否影響控制效果，我們進(jìn)行了模擬測(cè)試：將10套40 W LED燈組成一個(gè)配電與調(diào)光控制回路；采用RVV-2×0.75 mm2長度均超過400 m的控制線。控制調(diào)光驅(qū)動(dòng)器10%～100%輸出，發(fā)現(xiàn)燈具輸出光通量平穩(wěn)提高，同時(shí)對(duì)控制線末端信號(hào)電壓檢測(cè)，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 1～10 V調(diào)光模擬測(cè)試數(shù)據(jù)

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)?zāi)M，確認(rèn)控制線傳輸距離長度對(duì)0～10 V驅(qū)動(dòng)輸出信號(hào)的影響不大后，最終大廳頂棚L(fēng)ED投光燈選用了0～10 V調(diào)光方式控制(設(shè)計(jì)中控制線采用ZR-RVS-2x1.0)。辦票島上的WRGB LED投光燈因?yàn)橛姓{(diào)光、調(diào)色的需求所以采用DMX512調(diào)光方式控制。

4 照明檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

4.1 樣燈測(cè)試

頂棚安裝的兩款LED投光燈總功率實(shí)際為112.3 W與84.3 W，辦票島頂部設(shè)置WRGB LED投光燈白光光源總功率實(shí)際為42 W。由此計(jì)算出實(shí)際功率密度值為6.61 W/m2，比設(shè)計(jì)計(jì)算值稍低。

為了確保照明效果，按最不利條件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：在現(xiàn)場(chǎng)屋架下距地面26.8 m處按實(shí)際安裝間距標(biāo)準(zhǔn)安裝8 套燈。測(cè)試點(diǎn)位置[4]如圖7所示。

圖7 樣燈照度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)布點(diǎn)圖Fig.7 Sample lamp illumination test site and test experiment layout chart

測(cè)試包括裸燈(即無穿孔遮擋)與過孔(使用硬質(zhì)紙箱開孔模擬)兩種狀態(tài)下，得到數(shù)據(jù)如圖8所示，可見三組數(shù)據(jù)的平均照度均大于200 lx，排除遠(yuǎn)離燈具照射范圍的測(cè)試點(diǎn)10、11后平均照度超過260 lx，基本符合要求，且照度受燈具過孔影響很小。采樣點(diǎn)10和11的照度不足，造成均勻度只有0.4左右，其主要原因是由于本次測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)只裝了8套燈，測(cè)試場(chǎng)地空曠，天花、墻面、地面等不但不具備反射條件反而有吸光效應(yīng)，且辦票島上方間接照明安裝后也將對(duì)照度有正面影響。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

為了深入探究照明設(shè)計(jì)效果，項(xiàng)目啟用后進(jìn)行了照度檢測(cè)和調(diào)光檢測(cè)。在照明全開模式狀態(tài)下，站在大廳的任何位置，除抬頭直視正上方時(shí)感覺到明顯的眩光外，抬頭仰視基本感覺不到刺眼，整個(gè)大廳的照度與空間的亮度都讓各方感到滿意。

圖8 樣燈照度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Illumination test results of Sample lamp

1)照度分析。根據(jù)建筑平面布局與燈具布置方案，結(jié)合配電分區(qū)，利用中心布點(diǎn)法[4]進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)照度檢測(cè)。測(cè)量點(diǎn)布置如圖9所示。測(cè)量過程中，現(xiàn)場(chǎng)最西側(cè)的辦票島區(qū)域靠島頭和靠島尾多組燈具處于不受控常關(guān)狀態(tài)，所以用D1、D2點(diǎn)照度代替A1、A2點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。得到辦票大廳燈具100%輸出時(shí)的照度如圖10所示。

圖9 辦票大廳照度檢測(cè)布點(diǎn)圖Fig.9 Illumination inspection point map of Checkpoint

由圖10可知，100%輸出時(shí)整個(gè)辦票大廳各個(gè)區(qū)域的照度基本都大于200 lx，整個(gè)區(qū)域的平均照度為309.5 lx，均勻度為0.64。根據(jù)GB 50034—2013要求，機(jī)場(chǎng)候機(jī)廳維護(hù)系數(shù)按0.7考慮，折算后平均照度為216.7 lx，符合標(biāo)準(zhǔn)中要求的設(shè)計(jì)照度與照度標(biāo)準(zhǔn)值偏差不超過10%的要求[1]。

2)調(diào)光控制分析。本次實(shí)驗(yàn)記錄了各個(gè)測(cè)試點(diǎn)調(diào)光驅(qū)動(dòng)輸出處于100%、80%、50%、20%條件下的照度，各點(diǎn)照度變化趨勢(shì)如圖11所示。

圖10 辦票大廳各點(diǎn)照度圖Fig.10 Illumination map of each point in the check-in hall

圖11 不同調(diào)光輸出時(shí)辦票大廳各點(diǎn)照度圖Fig.11 Illumination of each point in the ticket hall during different dimming outputs

如圖12所示，除個(gè)別點(diǎn)由于調(diào)光控制失控造成無法調(diào)節(jié)燈具亮度輸出外，調(diào)光驅(qū)動(dòng)輸出降低時(shí)照度會(huì)隨之降低，但各點(diǎn)照度降幅步調(diào)不完全一致。如A6比A4、A5降幅步調(diào)稍大，其原因是：A6照度基本來源于天花板LED燈具的直接照明，而A4、A5照度由天花板LED燈具的直接照明、辦票島上方燈具的間接照明和辦票島柜臺(tái)的直接照明三組光源疊加，后兩者燈具沒有參與調(diào)光控制，所以A4、A5照度變化敏感度稍低。因此，A6照度數(shù)據(jù)更能表達(dá)LED調(diào)光控制的效果(圖13(a))。

圖13(b)為燈具驅(qū)動(dòng)器輸出電流隨調(diào)光驅(qū)動(dòng)輸出電壓的變化曲線，LED燈亮度與電流成正比，故可表征燈具亮度隨調(diào)光驅(qū)動(dòng)輸出電壓的變化。A6照度檢測(cè)結(jié)果與理論調(diào)光曲線在趨勢(shì)上是一致的，即實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的調(diào)光效果。

為了進(jìn)一步研究調(diào)光的節(jié)能效果，實(shí)驗(yàn)記錄了調(diào)光控制處于100%、80%、50%、20%條件下其中一組天花頂棚直接照明時(shí)配電箱電度表的輸入功率，如圖14所示。

對(duì)比圖15(a)和(b)，各個(gè)調(diào)光點(diǎn)實(shí)際功耗并未隨著調(diào)光控制呈正比的下降，均比理想狀況要高一些，主要是因?yàn)椴糠譄艟咛幱诓皇芸貭顟B(tài)，相關(guān)燈具的功耗沒有隨控制信號(hào)調(diào)整。另外，由于 LED驅(qū)動(dòng)器的效率和功率因數(shù)(PF)隨著輸出功率的下降而下降，因此要調(diào)光效果則需要消耗更多的功率，從而呈現(xiàn)非完全的線性關(guān)系。

5 結(jié)束語

通過對(duì)本辦票大廳的照明設(shè)計(jì)實(shí)踐，證明大型機(jī)場(chǎng)航站樓高大空間應(yīng)用大功率LED投光燈可以滿足GB 50034—2013對(duì)于照度的要求，且功率密度值小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的目標(biāo)值。調(diào)光檢測(cè)和辦票大廳不同區(qū)域照度對(duì)比分析的結(jié)果表明，照明調(diào)光控制可以起到提高空間照度均勻度和降低能耗的效果。因此，良好的天然采光條件與大功率LED投光燈+調(diào)光控制的人工照明設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式是交通建筑高大空間照明設(shè)計(jì)的優(yōu)選方案。筆者也發(fā)現(xiàn)調(diào)光控制過程會(huì)產(chǎn)生功率損耗，所以進(jìn)一步研究LED驅(qū)動(dòng)器對(duì)節(jié)能具有重要意義。另外，設(shè)計(jì)方要完成一個(gè)優(yōu)秀的照明項(xiàng)目不僅需要優(yōu)秀的方案與施工圖設(shè)計(jì)和施工的緊密配合，還需要在工程竣工后繼續(xù)深入調(diào)研、優(yōu)化控制策略。只有這樣，設(shè)計(jì)意圖才能真正落地，達(dá)到預(yù)定的效果。

圖12 辦票島D區(qū)各點(diǎn)調(diào)光控制照度變化曲線圖Fig.12 Dimming control illuminance curve of each point in the D area of the check-in island

圖13 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)光控制照度變化和燈具亮度調(diào)光控制變化曲線Fig.13 On-site dimming control illuminance change curve and luminance brightness dimming control curve

圖14 辦票大廳配電箱調(diào)光控制相對(duì)功耗圖Fig.14 Dimming control relative power consumption diagram of Check-in hall distribution box

圖15 效率隨輸出電壓變化曲線和功率因數(shù)隨輸出功率變化曲線Fig.15 Efficiency vs. output voltage curve and power factor vs. output power curve

致謝：感謝北京光景照明設(shè)計(jì)有限公司、廣州世榮電子有限公司、歐普照明股份有限公司、第一太平戴維斯物業(yè)顧問有限公司等對(duì)本項(xiàng)目的支持。