绿色校园建筑的照明策略：以 Thomas Paine Study Center为例

曹燕华 袁 樵

(复旦大学环境与科学工程系，上海 200433)

1 引言

建筑总能耗在中国能源消费总量中的份额已经超过27%，而照明用电在建筑总能耗中占有相当比例，降低建筑中的照明能耗对于实现节能减排、缓解环境危机的双重目标有着重要意义。高等院校是多元文化、先进科技和优秀人才的孕育基地，其对于诸多先进低碳节能技术的应用，不仅对改善气候问题、缓解能源危机有重要作用，对贯彻落实“十二五”规划中低碳节能和可持续发展的规划目标也有指导典范作用。绿色校园建筑的照明策略研究对于节能可持续照明的发展有着巨大的推进作用。

本文通过对英国东英吉利大学最新的绿色校园建筑——Thomas Paine Study Center的典型办公室照明策略进行照明模拟计算，从而对绿色校园建筑照明策略的诸多发展途径进行初步的探讨和研究，旨在为进一步发展节能可持续照明作一份贡献。

2 Thomas Paine Study Center简介

Thomas Paine Study Center(TPSC)是继ElizabethFry Building之后，东英吉利大学最新的绿色校园建筑，共有两个阶段。该建筑不但成功的实现了低碳节能的目标，同时为广大学生和老师提供了一流的学习、工作、科研环境和各类行政辅助功能。

本文主要讨论TPSC的第二阶段，于2010年开放。其使用者主要为挪威商业学校的师生，建筑的主要功能定位为办公行政楼。部门办公室的配置主要为分格式办公室以及相关的辅助支持区域。

TPSC第二阶段房屋面积为1162平方米。在所有楼层都配置有可容纳3人进行学术讨论的分格式办公室以及供员工进行会议讨论和学术展示的大型会议空间。此外，打印区域及茶歇空间等辅助支持空间也设置在每一楼层以提供和谐交流的环境，促进彼此沟通。

3 TPSC办公教学区照明策略简介

TPSC的办公教学区的照明策略主要采用天然采光结合人工照明的方式。

天然采光区域选用高性能的低辐射玻璃作为窗户、这种玻璃在其密封的双层玻璃单元间填充了氩气。在建筑南立面，特别配置有可以调节的百叶窗遮阳板以控制进入室内的自然光。

人工照明主要从智能高效的照明控制系统、高效节能的照明设备以及最优化合理的照明设计三方面考虑。在办公室以及教学区域，使用结合控制系统、感应器以及调光装置的人工照明以配合天然采光，从而为室内提供恒定的温度和照度。照度要求应严格遵循相关国家标准，不能低于标准值，也不能大幅度高于标准值从而造成不必要的电能消耗。选择附有高频传动装置的紧凑型荧光灯或T5三基色荧光灯以提高能源利用率。一般照明在满足基本照度需求的前提下应尽量满足光源类型及数量最少化，同时充分考虑及利用库存中留存的灯具［1］。

4 TPSC典型空间照明模拟计算

TPSC第二阶段共三层，每一层典型室内空间均为分格式办公室，其建筑底层平面布置图如图1所示，而其中E-E剖面细部如图2所示。本文将选择“Office 4”作为示范空间，对其进行模拟计算，从而进一步研究分格式办公室的照明策略及其成效。

图1 TPSC一层平面图Fig.1 1stfloor plan of TPSC

图2 TPSC E—E剖面图Fig.2 E—E section plan of TPSC

4.1 模型空间设置

模拟办公室空间“Office 4”空间尺寸如下:长3.6m、宽 3.05m，面积约为10.98m2，层高3.065m。墙面和顶棚都粉刷成白色，地面为条形橡木板。集成可旋转百叶窗的透光玻璃单元设置在南立面高于成品层高0.9m处。模拟办公室室内各个元素的反射系数如表1所示。

表1 办公室各个元素的反射系数Table 1 Reflection factors of different sections in office

4.2 空间灯具设置

本模拟办公室空间昼光控制的天然采光结合人工照明策略中所选取的灯具及其参数如表2所示。

表2 办公室灯具配置Table 2 Parameters of luminaries

4.3 照明模拟计算

本节通过照度计算软件Relux对无控制的纯天然采光、利用遮阳板昼光控制的天然采光以及昼光控制的天然采光结合人工照明三种照明策略进行模拟，从而对绿色校园建筑TPSC的典型办公空间的最优照明策略进行详细探讨。

4.3.1 无控制纯天然采光模拟

在侧窗采光情况下，室外昼光一般通过三种方式进入室内:直射太阳光、散射天空光、地面和附近建筑物的反射光。在这里，仅考虑太阳直射光和散射天空光。

建筑位于英国诺维奇市，北纬52.6度，东经1.3度。通过照度计算软件 Relux对模拟办公室空间进行纯天然采光模拟。该场景不设置人工照明及百叶窗遮光板，以考察无控制的纯天然采光效果，测光结果如表3所示。

表3 无控制纯天然采光测光结果表Table 3 Calculating results of uncontrolled daylighting

由表3可知，TPSC办公空间侧窗采光面积大，对白天室内照明贡献很大，仅依靠天然采光照明时室内平均照度水平即可满足工作任务要求。然而，在没有采用昼光控制的情况下，无论是全晴天空还是全阴天空，整个空间的照度分布，包括工作面的照度分布都极不均匀。0.75m水平面照度最大值为2020lx，而最小照度值仅为59lx，二者相差30倍之多。故而光环境质量无法满足照度均匀性的要求。

4.3.2 遮阳板昼光控制模拟

在本模型中，遮阳板百叶角度可以根据需要在零至一百八十度范围内进行手动调节，叶片宽度和叶片间间距均为40mm。纯天然采光情况下，通过调节遮阳百叶角度进行昼光控制。以叶片闭合角度为基准0度，每隔15度进行顺时针调节，测光结果如表4所示。

表4 遮阳板昼光控制测光结果表Table 4 Calculating results of louver-controlled daylighting

由表4可知，当百叶窗遮光板顺时针旋转在15°、90°、105°、120°、135°、150°、165°时，采光系数极低，且对0.75m工作面平均照度值的贡献极为低下。而当其顺时针旋转在45°至60°之间时，采光系数具有最大值;30°至45°之间以及60°至75°之间，采光系数也具有可观的平均值。故而，除非在日光特别强烈的情况下，在使用百叶窗进行昼光控制时，角度适宜控制在顺时针旋转30°到 75°之间。

4.3.3 昼光控制的天然采光结合人工照明

设置百叶窗遮光板的纯天然采光以牺牲采光系数为代价，虽然有效地控制了天然光，却无法为该工作面提供足够的照度水平以及照度均匀度。故而，需要人工照明对其进行补充。

百叶窗遮光板顺时针旋转75°的模拟结果如图3、图4所示，而旋转角度30°至75°时，昼光控制的天然采光结合人工照明的测光结果如表5所示。

图3 天然采光+人工照明照度伪色分布图Fig.3 Pseudo colors distribution

表5 昼光控制的天然采光结合人工照明测光结果表Table 5 calculating results of louver-controlled daylighting with artificial lighting

由表5可知，四个角度下，0.75m工作面的平均照度模拟值的平均值为358lx，略高于标准值(300lx)，处于标准值的±20%之内。而照度均匀度的平均值为0.68，处于标准值 (0.7)的±10%之内。

本模拟场景未考虑智能控制照明系统，等价于调光及感应模式关闭。通过对灯具进行智能调光控制，使0.75m工作面的平均照度值略高于300lx，在满足标准值的同时、不显著高于标准值的，从而进一步贯彻低碳节能的宗旨。

根据TPSC整个建筑设计的电力供应和分配标准，照明部分的允许值为8 W m2，而本模型 (昼光控制的天然采光结合人工照明)的模拟照明功率密度LPD为7.19 W m2，符合低碳节能的标准。

5 小结

东英吉利大学最新绿色校园建筑Thomas Paine Study Center很好地实现了控制碳排放以及提供舒适高效的教学办公环境的双重目标。其办公教学区主要采用遮阳板昼光控制的天然采光结合人工照明的照明策略。

TPSC典型办公室空间的天然采光照明模拟计算结果显示，无昼光控制的天然采光为0.75m水平面提供了448lx的平均照度，然而其照度最大值为2020lx，与最小照度值相差30倍之多。其光环境质量却无法满足照度均匀性的要求，因此昼光控制十分重要。利用百叶窗进行昼光控制的天然采光通过对遮阳板的调节，角度适宜控制在顺时针旋转30°到75°之间，从而有效控制进入室内的自然光，很大程度提高空间的采光系数均匀度以及照度均匀度。

人工照明以悬挂式荧光灯及嵌入式筒灯结合智能高效的控制系统提供适当的一般照明，以可调光、高度可调节的台灯提供工作区重点照明。TPSC典型办公室空间的天然采光结合人工照明的模拟计算结果显示，在未使用智能调光控制时，遮阳板顺时针旋转在30°至75°之间时，0.75m工作面的平均照度模拟值平均在358lx左右，而照度均匀度平均值为0.68，照明功率密度LPD为7.19 W m2，均符合绿色校园建筑相关标准。此外，在现模拟基础上应用照明智能调光控制系统，使0.75m工作面的平均照度值略高于300lx，在满足标准值的同时、不显著高于标准值，能够进一步贯彻低碳节能的宗旨。

最后，在成本允许的前提下，笔者建议在绿色校园建筑中更多地选择LED灯具，充分利用其高寿命高光效的特点，从而进一步服务于低碳节能的宗旨。

［1］Martin Ingham.Thomas Paine Study Center:How it Works［J OL］.Build with CaRe.http: www.buildwithcare.eu images pdfs tpsc_how_it_works_march_2012.pdf，2012－03.