光导照明在建筑节能中的应用研究

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摘要：光导照明作为一种照明的节能材料，其通过采集太阳光的光导管绿色照明系统、而使得照明成本低而且照明效果显著。本文通过对比分析光导照明形式与传统采光形式，以表明光导照明节能的应用价值，同时结合实例，提出光导照明在建筑不同部位的应用，为光导照明在建筑节能设计中的应用提供参考。

关键词：建筑节能；节能材料；光导照明；自然光采光

引言

通过光导照明系统，可以使建筑室内环境充满户外大自然光线的室内环境，使得每个屋子都充满了自然阳光，让您回归到自然中。不管时从审美角度还是从健康角度来进行比较，都会发现泛光灯的照明与户外的自然光是完全一致。这种光导照明所产生的自然照明为室内用户带来了众多的利益，这不仅仅是提供健康的光源，而且可以可持续再生能源及节能。这种光导照明值得在建筑节能设计中得到推广与应用，本文通过对比分析光导照明形式与传统采光形式，以表明光导照明节能的应用价值，同时提出光导照明在建筑不同部位合理设计的措施。

1、光导照明原理分析

光导照明作为现代的建筑采光形式，其工作原理就是使用采光装置聚集室外的自然光线并将其导入系统内部，再经过导光装置强化和高效传输后，由系统底部的漫射装置把自然光均匀地导入到室内任何需要光线的地方。由于光导照明可直接采集室外光线输送到室内以用于室内的照明，所以光导照明方式不仅能有效地节约能源、使得经济效果显著，而且所产生的光效好、光线健康，从而有效地提高室内用户的工作效率。

1.1照明工作原理

目前采集太阳光的方式主要有利用镜面反射搜集阳光、利用天窗等，但被最为广泛运用的成熟产品是本“向日葵”系统，它GPS定位、凸镜组聚焦提升阳光照度、光纤导入、阳光自动跟踪系统。本产品将阳光压缩1.5万倍，通过光纤导入将阳光传输转弯，随心所欲到达任何位置。地下室、北面房都可以有阳光，使房产大幅升值，产品安装方便，新、老房屋都方便使用。与利用天窗、镜子等进行集光的采光系统不同，本产品“向日葵”不受房间的位置、窗户的方位、太阳的高度等条件的限制，一整日都能够进行稳定的采光。

1.2光导材料选取

从以上所分析的光导照明工作原理可清晰知道，光导照明系统中所采用的光导材料是相当关键，其决定着能否获得更多稳定的光量，为此对光导材料的选取进行的试验研究。目前光导管主要材料为国外进口成型板材，基材为铝板。光导管外型多为圆型和方型。这种光导管的特点在于密度小、重量轻、强度高、反射率高。目前所使用的光导管主要采用5种材料，材料厚度为0.02mm，五层特殊膜确保了光线的高效传输和稳定性，材料全反射率达到95%-98%之间，。另外对光导管材料进行光传输实验以及传输稳定性实验，实验结果如图1和图2所示。从图1可发现，光导管材料的反射率越高，剩余光通量越大。从图2可发现附有特殊膜的光导管材料且反射率越高，其光线传输稳定性好。从以上两个实验可发现，为了得到更多和更稳定的光线，其光导管材料的选择应从以下两方面考虑：（1）材料的全反射率应95%以上；（2）光线的传输稳定性：主要从材料的结构组成考虑。

图1 光传输实验结果曲线对比图2光传输稳定性实验结果曲线对比

2、传统光与光导照明对比分析

为了进一步验证光导照明系统相对于传统采光形式的优越性，现通过案例来进行对比分析。本项目为某公司的厂房采光设计一期工程。该厂房一期建设，总建筑面积为23436 m2，坡屋顶，层高4m，室内吊顶，屋脊到吊顶3m，吊顶到地面的距离为3.6m，一期采光设计场所为仓库和裁片车间，建筑面积为2097m2。

2.1设计方案

本厂房一期工程设计光导照明采光场所为辅料库、光坯库和裁片车间。辅料库：建筑面积为270 m2，长27m，宽10m，有一直通室外的侧门窗；光坯库：建筑面积为1260，长126m，宽10m，为黑房间； 裁片车间：建筑面积为567 m2，长31.5m，宽18m，为黑房间。光导照明系统是采光和照明的结合体。仓库以照明为主；车间以采光为主。车间采光面积为75%的面积，其采光率不得低于2%，以此标准进行光导照明设计。

（1）仓库：辅料库结合侧门窗采光设计，光导照明系统离门窗较远，光坯库均匀布点，两个仓库共布置17套。当室外照度为25k lx时，室内平均照度为85 lx。

（2）车间：工作区域设计，共13套，采光率为3%，同时，当室外照度为45klx时，可以达到照明的要求，室内平均照度为240 lx。

2.2节能分析对比

根据GB 50034―2004《建筑照明设计标准》可发现，如果该厂房不采用光导照明系统，而采用传统的采光形式。则经初步计算，仓库照度要求为100 lx时，单位面积用电量为5w/ m2（荧光灯），生产车间照度要求为300 lx时，单位面积用电量为12w/ m2（荧光灯）。、白天照明时间以10小时计算。由图纸可知，仓库照明面积为1530 m2，生产车间照明面积为567 m2。经最后计算可得到，该厂房仓库和生产车间一年用于白天照明的总用电费用约为：5.28万元+1.06万元=6.34万元。

而如果该厂房通过采用光导照明，本工程设备投入费用约为16.50万元，安装费为1.5万元，，维护费为1万元（25年），则可计算得到通过安装光导照明，其总投资为：16.50万元+1.5万元+1万元=19.00万元。

从以上的计算结果对比可发现，本工程所采取传统采光与光导照明对比，安装光导照明系统回收期为约为3年，同时安装光导照明系统还可以节省部分室内制冷费用，所以回收期为2.5年左右。显然，安装光导照明系统不仅能够享受到自然光带来的舒适的照明效果，避免了日间电力照明固有的能源浪费和安全隐患，延长了灯具的使用寿命，同时还降低了人工维护和设备更新成本，带来了可观的经济效益。

3、安装措施

由于光导照明在国内还没有普及应用，笔者结合本工程实例以及工程实践经验，提出光导照明在建筑不同部位应用时，应采取的相应设计与安装措施，旨在能为同类工程得到参考借鉴。布置与坡屋顶阴面的系统，其采光器距屋脊的距离不应小于2m；采光器距女儿墙的距离不应小于1.5m。

表1光导照明设计规律

序号 间距 漫射器到地面（或工作面）的距离

H≤3.0m 3.0m 6.0m

1 系统与墙体 ≥0.5H ≥0.5H ≥0.5H

2 系统之间（R） 1.0H≤H≤1.5H 0.8H≤H≤1.0H H≤0.8H

3 备注 办公室 厂房 体育场馆

3.1安装应用技术

（1）屋顶安装。根据屋顶方位角度和高度及最佳安装位置的偏离度，面板既可水平安装，也能倾斜安装。

（2）正面安装。在任何纬度中，安装在朝东和朝西墙面的面板，都可以水平固定在墙体上（垂直于地面）；安装在朝南的墙面时，只有在纬度90度到53度之间（例如柏林），才能水平固定在墙面。

（3）对于钢结构建筑而言，我们采用屋面直接开孔形式，防水采用双层屋面形式，本工程使用光导照明型号为EVGC530-Ⅰ，屋面开孔尺寸550±5mm，同时光导管与屋面做保温处理。

4、结语

本文通过对比分析光导照明形式与传统采光形式，以表明光导照明节能的应用价值，分析表明光导照明为人们带来了众多的利益，不仅提供健康的光源，而且可以可持续再生能源及节能。同时结合实例，提出光导照明在建筑不同部位的应用，为光导照明在建筑节能设计中的应用提供参考。

注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看