城市地下工程的自然采光和通风研究

徐智兴 王梦宁 姜慧明

【文章摘要】

随着人口的不断增长，城市地下工程迅速发展，尤其像重庆等丘陵地区，合理利用地下空间对促进城市发展，缓解交通及用房压力方面发挥着不可替代的作用。本文从最大程度利用自然能源的角度，讨论了具有自然通风效果的光导管等自然通风和采光技术在地下工程当中的应用。

【关键词】

地下工程；重庆；自然能源；通风采光

0 前言

目前，城市地下空间的发展程度已经成为了衡量一个城市发达程度的指标之一，地下工程可以缓解城市土地利用和交通压力，在一个现代化的城市里扮演着十分重要的角色，尤其随着人们生活水平的提高，私家车数量激增，对车库的需求日与剧增，因此研究自然采光和通风对提高地下空间的空气和光照质量以及改善环境质量有着十分重要的意义。

1 研究的目的和意义

在地下工程中，照明和空调耗能占了很大的比重。据统计世界各国照明用电量最高占到四分之一，我国约为12%，其中照明用电中用于发光的不超过四分之一，剩下的能量大都以热量的形式散发到周围的空间当中，与此同时还会增加地下空间中空调等通风设备的热负荷，进一步增大能耗。采用经济的自然通风可以在不消耗动力的前提下获得不错的通风换气量，达到改善空间内空气质量的目的；而光导管则可以利用光纤或管道，通过反射和漫反射，将地上的自然光导入地下空间，实现自然光照明，减少眩光和采光不均匀现象，节能环保，从而减少整个地下空间的能耗。

2 光导管应用状况

近几年光导管在国内外迅速发展，得到广泛应用，尤其是在地下室、地下车库和地下通道等地下空间，近来有人提出将通风技术与光导管结合，在进行自然采光的同时实现自然通风的新方法，并且运用有限元软件对光导管自然通风进行了模拟，分析了热压和风压的自然通风量。国内目前对该光导管照明系统的研究才刚刚开始起步，北京工业大学利用示综气体法对光导管系统的热压通风量进行了实验研究，实验测得结果与理论值基本吻合。

3 地下光导管工作原理

3.1地下工程光导管采光原理：

光导技术通过光纤或管道利用反射和漫发射的原理将室外自然光导入采光不利的空间，为空间提良好的自然光照明光环境，而且不会产生热辐射，可以视为冷光源。

光导管主要由集光器、导管、散光器三部分构成。集光器置于地面进行采光，有的集光器可以感应太阳光，自动调整角度，实现最大程度的自然光采集；光导管内部有反射涂料，光线经过反射传递到散光器，并分散到空间各个部位，实现绿色照明。

3.2具有自然通风效果的地下光导管通风原理

具有通风效果的地下光导管是在光导管旁边同轴布置环形通风管，管道在光导管集光器附近布置通风口，如图1所示。前人曾专门就通风口的形状进行了试验和研究，得到了T型通风口通风效果最好的结论，如图2所示。和其他形式的自然通风一样，光导管通风同样是利用室内外温差引起的烟囱效应即热压通风和室外风压即风压通风来实现地下空间的通风的。这样一来不仅可以解决因为不能开窗而引起的憋闷现象、有效改善室内空气质量，而且还可以减轻空调等通风设备的负荷，延长设备使用年限，达到节约能源、降低成本的目的。

4 小结

新型城市地下工程的自然采光和通风系统研究，不仅能够最大程度的实现自然能源的利用，还能提高地下空间的的空气质量和舒适度，通过合理的光线设计给人营造轻松愉快的环境。此外，光导照明和通风系统的利用很大程度上节约了电能，减少了煤炭消耗和环境污染，对实现降低地下工程能耗，实现低碳环保有十分重要的意义。

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