导光管照明在地铁车辆段项目中的应用研究

中铁一局集团建筑安装工程有限公司，陕西 西安 710000

1 导光管照明的工作原理

导光管采光系统原理为将室外的日光通过采光装置导入系统内部（且能够过滤90%以上的紫外线），经导光管传输，由漫射装置均匀地把自然光发散到室内。同时，通过改良采光装置、漫射装置组成材料，可显著提高系统采光传导的效率，增加光能的采集量，减少传输损失量。导光管采光系统主要由采光罩、导光装置、漫射器、调节器等组成，构造如图1所示。

图1 导光管采光系统构造示意图

采光罩为透明的半球结构，内设棱镜，置于楼顶、地坪或室外墙体采光好的地方。导光装置即导光管，管壁内材料为玻璃或特殊塑料，其上镀一层高反射率的金属涂层，通过导光管的旋转弯曲来改变导入光线的角度和反射长度。漫射装置在系统底部，能均匀地将通过光导管的光线散射到室内。调光装置为调光器，可以根据使用需求调整散发到室内光线的强度。

导光系统安装前，可在结构上预留孔洞，增设混凝土反坎。在安装过程中，系统构件与结构的缝隙采用不燃材料封堵，以此增强导光系统的隔热、防火性能。周边的防水措施采用密封嵌固方法，防止渗水、漏水情况的发生。

2 导光管施工工艺流程

（1）标记吊顶和屋面的开孔中心位置，切割开孔。

（2）安装金属防水帽，部分防水帽安装前需先安装墩座。

（3）安装顶部、底部角度管和装配加长管，装配和组装管道。

（4）安装导光管环和漫射器，封闭式吊顶应先安装圆转方转接盒。

（5）将管道组件自屋顶防水帽开孔处放入。

（6）在导光管顶部的导光管环部位安装采光罩密封条。

（7）安装光线捕捉器。

3 导光管照明的应用

3.1 项目概况

杭州地铁6号线SG6-1-3标段项目属于地铁上盖物业开发类项目，有局部功能房间如餐厅、内走廊及卫生间等无窗的全封闭房间，采光条件差，该车辆段盖下大部分为人工采光光源，且光照度低于100lx，远不及《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）标准值200lx。

3.2 导光管照明的设计模型及施工后照度测量结果分析

（1）计算模型的设计。采光罩采光效率为90.69%；导光管单次反射率为99.7%。当光导管长度为3m，太阳高度角为30°时，反射次数n约为10次；当光导管长度为4m，反射次数n约为13次。单次反射长度l=0.53×tan30°=0.306m，反射次数n=L÷l=4÷0.306=13.1≈13次。光导管效率为96.2%，漫射器效率为90.96%，产品理论效率值Tr为0.791。考虑到阴雨天气等不利因素对效率的影响，整套产品效率Tr≥0.70，经过计算可以得出采用导光管照明系统能满足各个房间的采光要求。

（2）施工完成后照度测量结果及分析。晴天时，室内外照度情况实测结果如表1所示，阴雨天室内外照度情况实测结果如表2所示。

表1 晴天室内外照度实测结果

表2 阴天室内外照度实测结果

根据测试结果，除阴雨天及个别位置，现场照度基本满足《建筑照明设计标准》（GB 50034—2013）要求。

3.3 该项目的能耗及节能情况

（1）直接耗电及节电情况。使用导光管照明系统节省电费数据分析如下：该项目一共使用200盏30W和120盏5W的灯具，白天电费为1元/（kW·h），灯泡每3年更换1次，项目灯具全年全部使用，使用时间为8：00—18：00，1年灯具使用时间为10×365=3650h，1年使用灯具耗电量为（200×30+120×5）÷1000×3650=24090kW·h，使用导光管照明每年节约电费为1×24090=24090元。

（2）间接耗电情况。灯具使用1年散热量为（200×30+120×5）×3650×1.25×3.4×0.2928=29976kW，1 年损耗的热能为29976×50%=14988kW；使用导光管照明1年节约空调费用为14988元，使用导光管照明1年节约的制冷费用为14988元。因导光管照明系统所需洞口较小，密封性能较好，基本不产生热量，故极大地降低了冷、热传导系数，增强了保温隔热性能。相比传统的照明方式，其降低了采暖及制冷能耗，节省了此部分的费用。

（3）灯具材料节约情况。该项目30W灯泡的价格为100元/个，5W灯泡的价格为20元/个。根据照明灯具国家标准寿命3年（10000h）计算，采用传统电力照明方式，灯具每3年需更换一次。单次灯具更换节省的费用为（200×100+120×20）=22400元，每年灯具更换节省的费用为22400÷3=7467元，320个灯罩（设定其价格为100元/个）每3年也更换一次，年度节省灯罩设备更新费为320×100÷3=10667元。由于降低了空调的负荷，在初期空调设备投入方面，可以降低设备功率的要求，从而降低空调设备的购买成本约20%（预估节约空调购买成本约7000元），年度节约耗材费用为7467+10667+7000=25134元。

（4）人工清洁灯具费用节约情况。导光管照明系统清洁方便，采光罩设计为半球形，该项目区域年度雨水较多，可利用雨水、风吹达到清洁效果，节约了人工定期清洁的费用，建议每年用自来水冲洗1次，冲洗人员为2人，冲洗时间为1d。

4 结束语

综上所述，节能减排中建筑节能占较大比重，每年建筑耗能大约占全部能耗的28%，而在公共建筑的全年能耗中，空调制冷、采暖系统大约占建筑耗能的60%，照明系统大约占建筑耗能的40%。公共建筑自然采光可以显著减少日间人工照明的时间和用于电灯的能源费用，且在有日光的环境中工作能够改善工作环境，使人心情愉悦，因此光导管照明技术作为绿色照明的典范，必然会成为建筑节能的主力军。