Discussion on Energy-saving Design of Underground Garage Transition Lighting

2016-07-14LiGuangxi

智能建筑电气技术 2016年3期

Li Guangxi

Li Guangxi

AbstractDesign of underground garage transition lighting which use light source of artificial lighting or natural light is introduced. The practical meaning of using the natural lighting as a transitional lighting is proposed.

Keywordsunderground garage, transitional lighting, illuminance, energy conservation

0引言

随着我国城市建设的繁荣发展，地下汽车库数量越来越多，其出入口过渡照明设计关乎行驶车辆和行经人员的安全，本文将探讨此处过渡照明的设计方案及节能措施。

白天，当汽车驶近照明亮度相对外部环境低的地下车库入口时，由于人眼来不及适应光线的突然变化，在洞口处有如黑洞穴一样的感觉,称为“黑洞效应”，如图1所示。产生“黑洞效应”时，驾驶员无法看清前方的障碍物甚至短时间内会失去方向感。而在车库出口处由于洞外亮度很高，出口处如一个白色的大洞，称之为“白洞效应”，如图2所示。“白洞效应”会对驾驶员形成强烈的眩光，严重时会造成驾驶员视觉可见度下降，直接影响视觉功能。因此地下车库出入口的亮度过渡对行车安全有着直接的影响[1]。JGJ 100-2015《车库建筑设计规范》7.4.5条也明文要求坡道式地下车库出入口应设过渡照明，可见设置过渡照明的重要性[2]。

图1　地下车库入口处黑洞效应

图2　地下车库出口处白洞效应

1过渡照明参数

1.1项目简介

本文以武汉某新建工程为例介绍地下车库出入口的过渡照明设计。该项目总建筑面积约7.27万m2。地下一层，标高为-4.5m，其建筑面积约1.24万m2，设停车位169个，其中无障碍车位4个。该地下车库有两个出入口，分别位于地下室的西北角和东南角，车道宽均为6m。设计时按照CECS 45：92《地下建筑照明设计标准》在车库出入口增加过渡照明[3]。

考虑本项目的特殊性，地下车库既服务公共人群也服务居住人群，按GB 50034-2013《建筑照明设计标准》表5.2.1和表5.5.1[4]可知，本设计中车道照度取50lx，功率密度不超过2.00W/m2，车位照度取30.00lx, 功率密度不超过1.80W/m2。考虑到节能，光源采用功率为16W 的T5型LED灯管，灯管光通量为1 300lm。经计算，车道平面实际计算平均照度为54.46lx，实际功率密度为1.52W/m2；车位平面实际计算平均照度为32.70lx，实际功率密度为0.91W/m2。

1.2计算过程

1.2.1室外亮度

查CECS 45：92附表B可知，武汉地区年平均散射照度为13.0klx。室外坡道为水泥地面，反射系数取0.15，室外对应亮度为：L=(ρ×E)/π=(0.15×13 000)/3.14=621cd/m2。

1.2.2过渡距离

JGJ 100-2015《车库建筑设计规范》7.4.5条要求白天入口处亮度变化可按10∶1～ 15∶1 取值，夜间室内外亮度变化可按2∶1～ 4∶1 取值。本设计中白天取15∶1，则白天出入口处室内照度为：13 000lx/15=867lx，对应亮度L′=L/15≈41cd/m2。

车道照度为50lx，对应亮度L″=(ρ×E)/π=(0.15×50)/3.14=2.4cd/m2。

参照亮度与适应时间关系曲线[3](图3)可知：人眼从41cd/m2到2.4cd/m2的适应时间约为11s。若车速为5km/h，则所需过渡距离为15.3m，取15m。

图3　亮度-时间曲线

1.2.3过渡段设计照度值

考虑白天过渡处照度的渐变，将过渡段(取15m)分成三段，每段长5m。第一段设计照度为850lx，第二段设计照度为500lx，第三段设计照度为150lx，如图4所示。

图4　过渡照明灯具布置图

本设计中夜间室内外亮度按 4∶1 取值，设计时将过渡段的车道常用照明灯具只开启一半，此时车道入口处照度为25lx，考虑夜间小区道路照明约为8lx，满足夜间过渡照明要求，可不另行设计。

2人工过渡照明

由于车道原设计的照度值为50lx，则根据以上计算可知，需要在第一段照明增设照度800lx，第二段照明增设照度450lx，第三段照明增设照度100lx。

对于过渡段的大照度照明，采用高压钠灯作为光源，配节能电感镇流器，灯具发光效率约100lm/W。

经计算，可在第一段处增设两盏250W高压钠灯(光通量为28 000lm)、第二段处增设两盏150W高压钠灯(光通量为16 000lm)、第三段处增设两盏35WT5型荧光灯(光通量为3 300lm)即可满足相应过渡照明要求。

灯具布置如图4所示，过渡照明单独设一个回路N3，过渡段车道普通照明分为N1和N2两个供电回路，白天控制车道照明为全亮，夜间为1/2亮，以利于过渡照明的连续性。

在以上设计中，通过利用高效光源、分组及分时控制等措施减少电能消耗，达到了一定的节能目的。

人工过渡照明的年耗电量为：该地下车库一个出入口的过渡照明设备总功率为957W，假设每天使用时间为12h，则年耗电量为4 191.7kW·h。电价按0.57元/ kWh计，则年电费为2 389元，因该地下车库含有两个出入口，年总电费为4 778元。

由于在计算中采用的年平均散射照度为固定值，而实际上，室外照度是随季节和时间的变化而不断变化的，所以虽然设计了人工过渡照明，减少了事故的发生率，但过渡效果并不理想。

3自然光过渡照明

采用自然光作为照明光源是最节能、环保的方案，但由于自然光的储存和可控技术还不成熟，所以需要先将太阳能转换为电能，再将电能转换为可控的光能，这个转换过程会损失大量的能量，但地下车库的过渡照明恰恰可以直接利用室外日照避免这个劣势，这是由其照明特性决定的。

过渡照明的特点为室外地平面的照度越高，过渡处需要的照度也越高；室外地平面的照度越低，过渡处需要的照度也越低。鉴于此，可以考虑利用自然光作为过渡照明。

3.1自然照度实测值

选取已建成的某地下小型车库进行照度实测作为设计参考。该车库的车道宽、高参数及建造地点与本设计项目相近，不同的是该车库的两个出入口相邻且布置在一条直线上，与车库成T字形布置，这种构造使得过渡处的采光相对于两个分散的出入口更为充足。

测试前关闭该车库入口处的过渡照明，分别对车库外地平面、车库入口处各段及车库内车道的水平照度进行测试，测试设备采用数字照度计(测试量程为20 000lx时分辨率为1lx，测试量程为200lx时分辨率为0.1lx)，测试条件为：

测试时间：2016年1月27日，12：00～12：30。

天气：多云转阴。

由于测试时云层较厚，地面照度中直射照度成份较少，几乎为散射照度，车库外地面水平照度实测值为7 340lx，如图5所示。

图5　车库外地面照度

该测试车库入口处采用上扬式设计，使得入口处可以采集到更多的日照，入口处照度实测值为4 210lx，如图6所示。

图6　车库入口处照度

进入车库后，测试照度值迅速降低，离入口3m处的测试照度约为390lx，离入口6m处的测试照度约为169lx，离入口9m处的测试照度约为39lx，此时室外日光对室内照度的影响较微弱，水平面照度几乎全为电气照明提供。车库内车道上照度实测平均值约为33lx。

由此可见，仅在自然条件下，室外反射的光线虽然可以为过渡段提供一部分照度，但由于照度值下降过快，不能满足规范对过渡段的照度要求。在其他天气条件下的几组测试数据也反映了类似的规律，限于篇幅，不一一列出。

3.2自然光过渡照明设计

鉴于进入车库后自然光迅速减少，不能直接满足过渡照明需求。考虑根据所需照度值采取分段弱化室外亮度的措施，将弱化后的室外光线分别引入到相应过渡段达到过渡照明的目的。

文献[5]中介绍了一种自动百叶，该装置可以通过自动调节百叶保持稳定的室内日光照度水平，如图7所示。该思路可以作为本设计中的参考。

图7　自动百叶装置

参照前述计算可知过渡段距离为15m时，可以考虑在入口处增设一段15m×6m的格栅顶板，通过实验和建筑设计实现白天室外亮度与过渡段始端处亮度变化比为15∶1，与过渡段末端处亮度变化比为260∶1，将格栅镂空部分由多到少渐变排列，形成一个自然的过渡照明段。该段照明将随着外界照度变化而变化，达到形成过渡照明的目的。但在夜间由于格栅的遮挡，过渡段的自然照度会低于马路的照度，此时需要补充约6lx的人工照明作为过渡。

4结束语

通过以上分析，可知地下车库白天利用自然光作为过渡照明与采用电光源作为过渡照明相比，不但更符合视觉要求，且更具环保、节能的优势。建筑照明不单仅是人工照明，而是人工照明与自然照明的有效结合，这需要电气专业与建筑专业的良好合作，在有条件的状态下尽量利用自然光进行照明，达到合理用能、有效节能的目的。

参考文献

[1]马玉成, 孔令旗, 郭忠印. 隧道入口基于照明过渡的安全运营车速及控制对策[J]. 山东交通学院学报, 2007, 15(1): 79-84.

[2]JGJ 100-2015 车库建筑设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2015.

[3]CECS 45-92地下建筑照明设计标准[S].

[4]GB 50034-2013建筑照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5]IES.THE LIGHTING HANDBOOK [M].Tenth Edition. IESNA，2011.

作者简介

李光曦

硕士，工程师，注册电气工程师，研究方向：建筑电气安全与节能。

地下汽车库过渡照明节能设计探讨