航站楼大空间照明设计和实施的剖析

2017-01-12王秋香

现代建筑电气 2016年12期

关键词：离港马道吊顶

王秋香

(河南省机场集团有限公司, 河南郑州 451161)

航站楼大空间照明设计和实施的剖析

王秋香

(河南省机场集团有限公司, 河南郑州 451161)

介绍了郑州新郑国际机场T2航站楼大空间照明系统设计及实施,从航站楼高大空间照明、灯具选型、布置安装、灯具维护、应急照明、配电及控制等方面进行了探讨。重点剖析了航站楼高大空间照明采用大功率LED灯具的可行性和实施过程中应注意的问题,实际应用效果满足国家规范的要求,并达到了节能的目的。

航站楼; 大空间照明; LED灯具; 照明配电; 照明控制

0 引言

随着国内经济的发展以及与国外交流的增加,照明系统正在从以往仅仅满足功能上的需求,逐步向美观、舒适、个性、节能等多方面发展,故对照明设计和施工提出了新的要求。为了能更好地完成照明设计与施工,需要对建筑空间、装修材料、灯具产品等有更深的了解,同时还要考虑工程造价、运行维护等方面的因素。本文介绍了郑州新郑国际机场T2航站楼大空间照明设计与实施,以期为电气设计人员提供参考。

1 项目概况

郑州新郑国际机场T2航站楼是一栋三层式航站楼,建筑面积为48.6万m2,建筑高度为39.5 m,可提供71个近机位,到2025年可满足3 000万人次的使用要求。航站楼平面呈“X”布置,由主楼和4个指廊组成,建筑主楼面宽为306 m,最小处进深为192 m,最宽处进深为232 m,南北长约为1 128 m。郑州新郑国际机场T2航站楼效果图如图1所示。

图1 郑州新郑国际机场T2航站楼效果图

2 大空间照明方式选择

大空间照明应满足建筑美学、功能需求、环境舒适等要求,同时还应方便以后的运营及维护。目前机场航站楼大空间照明主要有以下3种方式:

(1) 直接照明方式。采用直照型灯具,安装在顶棚,通过合理选择灯具数量、功率及灯具配光曲线,以达到均匀的地面照度;缺点是配线距离长,灯具安装及维护较困难。

(2) 间接照明方式。采用大功率投光灯,光线从下部向上投射至顶棚,通过顶棚的二次反射来达到要求的地面照度。为保证地面照度达到标准要求,顶棚的照度值会很高,整个空间的亮度较大。与直接照明方式相比,间接照明方式功率大,效率低,能耗也大,由于灯具投射方向为上射光,眩光宜控制,因此具有较好的美观性及光环境的舒适性,安装及维护较方便,配线简单。

(3) 直接照明和间接照明相结合方式。利用间接照明来表现建筑结构形态特点,用直接照明来补充及完成功能性照明要求。

郑州新郑国际机场T1航站楼离港大厅原来采用的是间接照明方式,很好地满足了建筑装饰风格要求,投入初期效果很好。运行多年后,地面照度有所降低,原因是灯具的光通量衰减和灯具面罩积灰。T2与T1航站楼离港大厅不同,航站楼的离港大厅有吊顶板,可以嵌入式安装灯具,对建筑的整体效果没有影响。虽然灯具安装最高处已达到了21 m,灯具安装及维护有困难,配线距离超长,但采取一些措施可以解决;离港大厅的吊顶板颜色为白色金属板,投光灯光线投射到吊顶板会有明显的反射光斑,而且空旷区域面积大,可放置灯具的位置很少,灯具布置受限制,难以达到理想的照明效果,模拟计算结果也证实了这点。另外,建筑师无法接受混合照明方式,故采用直接照明方式。

3 光源及灯具选择

高大空间照明通常选择金属卤化物灯、大功率LED灯和高天棚用荧光灯。高天棚用荧光灯不适用于该工程离港大厅,故选择大功率LED灯。大功率LED灯具有寿命长、低污染、低功耗、启动时间快和抗冲击等优点,广泛应用在道路照明、景观照明等领域。目前,国内大型机场航站楼高大空间灯具仍多采用金属卤化物灯,其主要原因是大功率LED灯具散热设计、LED封装技术以及驱动电源质量都会直接影响灯具的使用寿命。选购LED灯具应注意以下方面问题:

(1) 灯具散热问题。要保证LED光源能达到5万h寿命,灯具散热设计至关重要。LED灯具将电能转换成光能的同时还有部分转换成热能,如果不能将热量导出灯具外,这些热量会影响LED的发光效率,导致严重光衰。所以,在灯具选择时应注意灯具散热必须是结构性散热设计,且散热设计合理,不仅是通过外加散热扇来解决灯具散热问题。

(2) LED封装技术。LED封装工艺直接影响着LED灯具的质量,如果封装不合格,会导致光损失严重、光通和光效低、光色不均匀、使用寿命短。LED封装形式有引脚式封装、表面组装贴片式封装、板上芯片直接式封装、系统封装式封装。

① 引脚式LED封装采用引线架作为各种封装外型的引脚,是最先成功投放市场的封装结构,品种多,技术成熟度较高,缺点是热阻较大,LED使用寿命短,一般用于小功率LED 的封装。

② 表面组装贴片式LED封装是继引脚式封装之后的一种LED 封装方式,是将已经封装好的LED 器件焊接到固定位置的封装技术,具有可靠性强、自动化易于实现、高频特性好等优点,主要应用于电子行业中。

③ 板上芯片直接式LED 封装技术是一种直接贴装技术,是将芯片装配于引线框架封装成分立的器件,再将LED器件焊接在印刷电路板上,进行引线的键合,最后使用有机胶将芯片和引线包装保护的工艺,主要用于大功率多芯片阵列的LED封装。

④ 系统封装式LED 封装技术是近几年发展起来的技术,符合系统便携式以及系统小型化的要求,封装的集成度最高,成本相对较低,可以在一个封装内组装多个LED 芯片,是未来大功率LED封装的方向。

(3) 大功率LED灯具驱动电源。大功率LED灯具驱动电源多采用恒流式驱动方式。LED的使用寿命为5～10万h,而驱动电源的使用寿命通常为2～3 a,如果按5万h连续点亮算,则要达到6 a质保年限的驱动电源价格应是普通驱动电源的4～6倍。所以在选定灯具时,应强调驱动电源的质保年限。

另外,驱动电源要确保LED的恒流工作特性,保证各LED发光亮度和发光色度的一致性及功率转换效率高,同时具有短路、过负荷、过压、输出开路保护、输入输出隔离等功能。

根据设计提出的灯具参数和安装要求,大功率LED灯具主要技术参数如表1所示。

表1 大功率LED灯具主要技术参数

参数数值功率/W90/100输出/lm9000/10000效率/(lm/W)>100色温/K4000显色性85色容差SDCW<5配光WB(宽光)防护等级IP65/IK07电器等级Ⅰ材料灯体：高压铸铝密封：耐热硅橡胶圈透镜：光学级PMMA面盖：高透过率钢化玻璃适用环境温度/℃-40～50灯具寿命/h50000(LM70)驱动器PhilipsXitaniumLED输入电压/V220～240(50/60Hz)功率因数>0．95安装方式吊钩/杆装/支架

离港大厅LED灯具如图2所示。配光曲线如图3所示。

图2 离港大厅LED灯具

图3 灯具配光曲线

根据安装高度不同,选用100 W、90 W和60 W三种规格LED灯。

4 灯具布置、安装及检修

该工程大空间场所主要有离港大厅和候机厅,两者吊顶相互连接构成同一空间,但高度不同,离港大厅高度为18～21 m,候机厅高度为7～18 m。离港大厅吊顶天花板有平板和翻板两种板块,灯具只能安装在平板上,灯具布置形式要充分考虑照度均匀性、灯具检修可行性、配电线路合理性及经济性等问题。如果采用传统的均匀布置灯具方案,即在每块平板处布置1盏灯具,灯具间距为6 m。该方案很容易满足照明质量要求,但检修马道的设置非常密集,综合考量并不合理。为了使马道设置最小化,并结合建筑美学、满足照明质量要求等因素,最终将灯具分组布置,组间距为18 m,每组灯具为8盏。经过照度模拟计算后,虽然照度均匀度不如第一种方案,但各项指标均满足GB 50034—2013《建筑照明设计标准》[1]中对照明质量的要求。离港大厅吊顶灯具布置(局部)如图4所示,阴影区域为翻板,无阴影区域为平板,灯具安装在相邻的3块平板吊顶上,每个平板吊顶安装2盏灯具。

高大空间照明灯具检修必须要考虑,可采用室内升降梯,或在吊顶内设置检修马道。前者受高度及场地条件限制,后者投资造价成本过高。

综合考虑后,离港大厅的高度超过18 m的区域,采用在吊顶内设置检修马道方案;高度低于18 m区域,采用室内升降梯检修灯具方案。检修马道在灯具上方通长设置,马道中心间距为18 m,马道宽度为1.1 m,每组灯具上方另增设1个检修平台,但由于受钢结构屋面网架杆件的限制,马道和平台无法在每组灯具的间隙处布置。离港大厅马道布置(局部)如图5所示。

经过施工方、设计方、建设方研究讨论、制作样品、现场试验,最终研制出一套灯具安装及更换的灯具升降系统。

5 应急照明设计

JGJ 243—2011《交通建筑电气设计规范》[2]规定:大空间及公共场所应设置备用照明,用以确保当正常照明因故障熄灭后仍可继续进行正常工作或活动,其照度值不应低于该场所正常照明照度值的20%。目前国内大型机场航站楼高大空间多采用金属卤化物灯,而金卤灯不能满足断电后快速启动的要求,通常只能另设具有快速启动功能的灯具作为应急照明。T2航站楼离港大厅和候机厅采用的是LED灯,完全满足JGJ 243—2011的要求,故将1/4的LED灯作为应急照明,这些灯具中4/5灯具电源取自双电源切换箱,1/5灯具电源取自EPS电源箱,由EPS供电的灯具要保证疏散照明照度不低于5 lx。无论是由双电源切换箱还是由EPS电源箱供电的灯具,平时均可作为正常照明使用,通过智能照明控制系统控制,火灾时由消防自动报警系统控制点亮。

6 照明配电

T2航站楼离港大厅和候机厅的正常照明均采用交叉供电方式,可保证一路失电时仍有50%以上的照明。为了满足供电质量要求,离港大厅的照明配电箱设置在马道上,每隔60 m设置1组配电箱,包含2个普通照明配电箱(A、B配电箱)和1个双电源切换箱。由照明配电箱至灯具采用照明小母线供电,每条照明小母线内有6根铜导体,分2个独立的照明回路,分别供给每组中的3盏灯具,即每组8盏灯具中有3盏灯具接A配电箱,3盏灯具接B配电箱,另外2盏灯具接双电源切换箱。

马道上配电箱电源均引自楼层配电间。由于EPS电源箱重量重、体积大,考虑到马道承重和吊顶内防火问题,EPS电源箱设置在楼层配电间内。配电线路敷设在马道上的防火金属线槽内,并通过控制每个回路灯具的数量和加大导线截面来解决供电线路电压降问题。

7 照明控制

该工程大空间照明及公共区域照明均采用智能照明控制系统控制。

离港大厅和候机厅所采用的LED灯具具有可支持数字DALI或模拟1～10 V调光控制接口,通过照明控制系统可对每个灯具进行单灯独立或多灯分组调光控制[3]。除具有传统的照明控制所具备的功能外,还具有以下特点:

(1) 全寿命恒亮控制。通过预设的调光控制程序和光衰减曲线,使灯具在初始条件下以较低的亮度和功率开始运行,在寿命周期内逐渐提高功率来补偿LED的光衰,实现全寿命期间亮度恒定,延长灯具寿命,带来节能效果。

(2) 时钟控制。可将作息时间表或日光变更周期预设入灯具,在不同时间段自动实现照明亮暗的调节,有效降低能耗。灯具集成的Dynadimmer时钟控制器可以最多提供5级亮度设置,同时每天进行独立设定管理。

(3) 寿终警示预设。灯具使用时间会被自动记录在驱动器中,当灯具达到预设的寿终使用时间时,寿终警示信号将被激活,提醒用户更换新灯具。寿终警示激活时间可以按每500 h的增量进行设定。当到达激活点时,灯具会持续明暗闪烁2.5 s后正常运行,以后每次开灯都会闪烁,重复提醒用户。

(4) 渐亮开启预设。LED灯具最大特点之一是瞬时启动,开启瞬时即达到100%亮度。对于某些特定应用场合,高功率LED灯具的瞬时全亮会带来刺眼和不舒适的感觉。控制系统可以预设灯具开启后从0%到100%全亮的时间跨度,确保照明系统在平顺和舒适的过程中达到全亮,缓冲时间可设定为1～30 s。

(5) 过热保护控制。高温环境对LED的寿命有很大的影响,过热保护控制可以帮助灯具自动检测环境温度是否过热,一旦超过灯具承受的最高温度5 ℃以上时,灯具自动降低电流和功耗,最大程度减少高温对灯具寿命和性能的影响。

以上控制方式为LED照明系统的理想控制方案。由于受工程造价限制,该工程未能完全采用这些控制方案,而是仅通过一套与公共照明共用的智能照明控制系统实现对系统的控制。

8 结语

介绍了郑州新郑国际机场T2航站楼大空间照明系统设计及实施,剖析了采用大功率LED灯具的可行性和实施过程中应注意的问题。与其他同类照明场所相比较,实际应用效果满足要求,可节省电能30%～50%。

[1] 建筑照明设计标准: GB 50034—2013[S].

[2] 交通建筑电气设计规范:JGJ 243—2011[S].

[3] 邵民杰,王伟宏,倪云茹,等.机场航站楼大空间照明的设计与实施策略[J].照明工程学报,2008,19(4):71-78.

Analysis on Design and Implementation of Large-space Lighting System for Airport TerminalWANG Qiuxiang

This paper introduced the design and implementation of large-space lighting system for T2 airport terminal of Xinzheng International Airport,and discussed the large-space lightin,lamp selection and installation,lamp maintenance,emergency lighting,power distribution and control,etc.The feasibility of using the high power LED lamps and the matters needing attention in implementation process were mainly analyzed for the large-space lighting of airport terminal.The actural applications meet the requirements of national standards,and achieve the purpose of energy saving.

airport terminal; large-space lighting; LED lamp; lighting distribution; lighting control