摘要：光导照明系统是一种把自然光引入室内的新型照明装置，近年来该系统被广泛应用于各类工程设计。作者结合近期设计的污水厂改扩建工程实例，从照明设计角度对光导照明系统的实施进行了论述，并针对投资经济、节能减排等指标与传统电力照明进行了比较，从而探索该新型照明系统的社会推广价值，以期为类似的工业厂房及建筑项目的设计提供有益参考。
关键词：光导照明系统 光导管 建筑节能 绿色照明
引言
市政行业是能耗较大的行业之一，加强节能设计的有效应用，促进市政工程设计的科学性和有效性，对建设资源节约型社会有着重要意义。作为电气设计人员，在遵循节能环保原则的基础上，积极推广节能减排新技术、新产品，对节能技术进行合理的应用迫在眉睫。
1 光导照明系统在工程设计中的应用实例
1.1 兰州七里河安宁污水处理厂改扩建工程概况
1）兰州七里河安宁污水处理厂改扩建工程主要生产性构（建）筑物为新建的地埋式钢砼箱体一座，全部生产工艺设备迁至地下，地下钢砼箱体为生产工艺综合构筑物，内含MBR生物池、膜池、鼓风机房等十余个不同功能构筑物。目前该项目正处于初步设计阶段。
2）以地下生产车间B区地下一层部分为例进行分析，局部截取横向2-9轴至2-17轴止，纵向截取3-1C轴至2-Y轴止，截取区域长66.4m，进深24.0m，梁底距离负一层地面高度5.8m，梁板厚度1.5m，覆土厚度2.0m，建筑面积：66.40×24.0-7.0×8.0=1537.6m2。
1.2 照明设计依据及照明标准
1）《建筑采光设计标准》GB50033-2013；
《建筑照明设计标准》GB50034-2013；
《导光管采光系统技术规程》JGJ/T374-2015。
2）照度计算依据《建筑照明设计标准》GB50034-2013，第6.4.2条明确规定：“当有条件时，宜利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明”。同时，根据表6.3.13，公共和工业建筑非爆炸危险场所动力站、泵房功率密度限值4W/m2，照度标准值100lx。
1.3 照度分析及光导照明数量的确定
初步估算：
1）本次改扩建工程设计光导照明系统选用型号DS750产品，依据上述照度标准进行光导照明设计，依据变型公式， ，初步估算系统布置数量为：n=100lx×[（66.4m×24m）-（7m×8m）?/（0.8×0.9×4835.11lm）=44套。
论证验算：
2）按导光管适用类型划分，DS750产品主要用于厂房，该型号光导管直径为750mm；长度为4000mm；采光罩的可见光透射比T1为0.88；漫射器的透射比T2为0.89。计算光导管的等效长度M=L/D=4000/750=5.33，根据照明设计手册表5-30，当光导管反射比为0.99，M=5.33时，按内插法计算TTE，TTE≈0.93。光导管系统效率η=T1×TTE×T2=0.88 x0.93 x0.89=0.728。
3）本项目地处光气候III区，室外天然光设计照度值Es=15000lx；根据照明设计手册表5-31确定光导管有效截面积At为0.44 m2，
Φu=Es×At×η=15000×0.44×0.728=4804.8（lm）；
4）计算室空间比RCR， =5×5.8×（66.4+24）/66.4×24=1.645；
根据表5-27、表5-28，CU取值0.93，MF取值0.8。
5）为计算方便，一些厂家根据产品直径分类，并按光气候分区计算出了输出光通量Φu，加以归纳成表格，直接供设计采用，免去了上述Φu的计算步骤。在这里，我们查手册表5-32直接获取Φu=4835.11（lm）。
6）据此， =43×4835.11×0.93×0.8/1537.6≈100.60（lx）﹥100lx。
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7）在局部截取区域内系统布点，各系统设计间距6.0米左右，最终在该区域内布置43套。
2 投资及节能分析
2.1 光导照明系统初始投资及维护
1）以本次设计工程为例，采用“等距分布”的布置原则，在局部截取区域1500平米设置43套光导照明，每套市场价格约2050元。该截取区域仅占地下钢砼箱体总面积的1/52，光导照明系统总投入费用约：43套×52×2050=458.38万元。
2）光导管系统从安装使用开始便属于一次性投资，不需要更换仅需常规清洁保养，使用寿命长，正常情况下大于等于30年。
2.2 普通照明灯具初始投资及维护
1）该工程若使用传统电力照明系统设计，平均照度（Eav）=光源总光通量（N×Ф）×利用系数（U）×维护系数（K）/区域面积（m2），若采用工厂直杆灯，1x150W NG高压钠光源26套，取灯具维护系数K=0.7，利用系数U=0.59，其平均照度Eav=26×15000×0.59×0.7/1537.6=104.75Lux。
2）根据国家标准规定的照明灯具寿命，电力照明灯具及光源平均每三年更换一次，依照经验，高压钠灯更换频率更高。若安装费用每套灯具200元计算，整个地下钢砼箱体共安装26×52=1352盏，费用总计27.04万元，加之维护费用，投资在40万元左右。
2.3 电费节省
1）大工业用电电价标准
污水厂按大工业用电执行“二部制电价”，两部制电价由基本电价、电度电价和功率因数调整电费三部分构成。本例中年电度电价按平时段用电费率0.72元/千瓦时。
2）节省费用
兰州七里河安宁污水处理厂改扩建后为全地下式结构，使用光导照明系统后，由此替代本应由白天提供的电力照明，光导照明系统提供白天约12小时的照明，即节省约12小时的照明电费。节省电费计算如下：
年节省照明耗电电度电费为26×52×0.15×12× 365×0.72=639550.08元。
2.4 导光管相对普通灯具投资回报期
由上述案例可知，导光管同高压钠灯相比，投资回报期=（导光管投资-市电灯具安装费用）/（运行电费+市电灯具维护费用），即（458.38-27.04）/（63.9+13）=5.61年。
2.5 静态投资回报期
本次工程设计中，无论有无光导照明系统，必须消耗639550.08元电费，即夜间电耗，应用光导照明系统后，节省白天电耗开支，光导照明系统静态投资回收期=光导系统投入/节省电费=458.38/63.9=7.17年
2.6 经济效应
通过以上计算，当项目初期投资经回收资金后，每年将给污水厂节省约64万元的电费成本，并在相应节能减排要求的同时，还在同行业中起到了示范作用。
2.7 节能减排
目前我国以火力发电为主，火力发电使用的燃料基本为煤炭。按照国家相关标准，每节约1万千瓦时电，就相应节约了1.229吨标准煤。本次分析案例中，应用光导照明装置每年可节约用电88.83万千瓦时，相应可节约109.17吨标准煤。因减少了相应火力发电量，由此光导照明系统的应用同时减少了有害气体等污染物的排放。
2.8 健康安全分析
1）绿色健康的新能源
光导照明系统相应国家政策号召，充分利用太阳能资源，加以人工因素传输自然光线，自然光线具有全光谱、无频闪和炫光等特点，拥有比照明灯具更好的视觉效果，从而减少疲劳和灯光引起的各种疾病，提高了工作效率。
2）安全可靠的新能源
因减少了相应火力发电量或其他电力能源消耗，从而减少了用电期间的危险因素。另一方面，市政工业厂房中多使用高压钠灯，其中存在的金属卤化物对人体的健康有着一定的威胁。光导照明系统构件全部采用环保要求的材料，对人体无害。
结束语
光导照明充分利用自然光线，有效的减少了白天照明电力能耗，是一种绿色健康、节能环保的新型照明系统。可广泛应用于各类工业建筑、公共建筑等。本文通过在设计实例中应用，进一步论证了其能取得良好经济效益和社会效益的潜质。
参考文献
[1]北京照明学会照明设计委员会.照明设计手册 第三版[J].中国电力出版社.2016（12）
[2] GB50033-2013，《建筑采光设计标准》[s].
[3] GB50034-2013，《建筑照明设计标准》.
[4] JGJ/T374-2015，《导光管采光系统技术规程》.
论文作者:杜望,尹旭平,谢佳奇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/17
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