深圳寶安國際機場T3航站樓高大空間照明節能設計淺析

楊明軻 /康 凱(北京市建筑設計研究院有限公司,北京市 100045)

圖1 深圳機場T3航站樓俯視圖

前言

近年來隨著建設資源節約型、環境友好型社會的概念眾所皆知，節能減排的理念更是深入人心。深圳機場 T3 航站樓(見圖1)作為設計規模約45萬m2，集國際、國內、中轉等功能為一體的航站樓，具有建筑造型獨特，設備繁多且運行時間長的特點。在設計過程中貫徹了國家可持續發展節能的基本策略，采用環保節能的設計理念以降低能耗。

通過對以往一些機場項目的研究分析，得出機場的負荷能耗主要受到以下幾個方面的影響：氣候條件(溫度、濕度、風速、日照條件等)；飛機航班：運行高峰是否與圍護傳熱高峰一致；大量玻璃幕墻使用；行李處理系統的復雜性以及規模(占能耗比較大)；行李處理系統牽引力使用電力還是柴油；空氣幕系統；航站樓的經營運行方式等。

根據模擬軟件分析，對深圳機場的能耗評估得出了如下結果(見圖2)。

圖2 深圳機場T3能耗分析

從圖2可以看出照明節能是航站樓建筑節能的重要組成部分。

大量的測試和研究發現，目前民用建筑中照明用電的浪費主要表現在不合理的燈具設置，“白天開燈”現象以及低效光源和燈具的使用等。在深圳機場的設計當中，如何在滿足規范要求的前提下，充分利用自然采光合理燈具布置與采用智能控制是實現航站樓大空間照明節能的重要因素。

1 自然采光分析

《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)要求：“有條件時，宜隨室外天然光的變化自動調節人工照明照度”；“有條件時，宜利用各種導光和反光裝置將天然光引入室內進行照明”。

《民用建筑電氣設計規范》(JGJ 16-2008)要求：“在確定照明方案時，應考慮不同類型建筑對照明的特殊要求，并處理好電氣照明與天然采光的關系，采用高光效光源、燈具與追求照明效果的關系，合理使用建設資金與采用高性能標準光源、燈具等技術經濟效益的關系”。

考慮到深圳機場屋面造型的復雜性(見圖1與圖3)，在深圳機場T3項目的大空間照明節能策略和方法的具體采用，關系到最終節能效果和具體實施的實用性，必須根據當地的氣候條件，具體建筑的用途以及其內部各區域的功能，運行方式和業主的要求進行具體分析。

1.1 自然采光條件

自然采光除了為內部空間引入合理照度的日光，改善照明及視覺舒適度外，配合適當的采光設計及控制設備，還可節省日間的人工照明需求。采用自然采光，部份照明系統可于正常日照情況下關閉，從而節省能耗。深圳地區日照充足，加之機場較高的窗墻比，天窗設計(見圖3)等給自然采光提供了有利條件。

圖3 深圳機場模型

深圳地區日照條件主要可以從晴空指數(見圖4)的分布看出(晴空指數 Kt(clearness index), 指入射到水平面的太陽總輻射與天文輻射之比，作為區分晴天，多云天和陰天的指標。當Kt小于0.3時，為陰天；大于0.65時為晴天；在0.3和0.65之間為多云天)，深圳地區全年的晴空指數大部分超過0.3，或者說超過70%的天氣為晴天或多云天氣，光照條件良好，如果能夠在白天關閉機場內的人工照明而采用自然光的話，將會對能源的節約帶來極大的幫助。

圖4 深圳全年晴空指數分布

1.2 模型假設

設計條件為全陰天情況、天晴情況，以夏至日作為自然采光的輸入條件。

以下僅以北指廊為例，在模擬分析中，不但需要對建筑物內外層表皮的所有特性都進行考慮，同時還要在模型中增加鋼結構的桿件，因為這些桿件對日照直射的影響也頗大。同時對模型做了適度的簡化，將建筑內部平面布置簡化成一個平面，這樣可以清楚地看到內部采光的分布。其建筑模型如圖5所示。

圖5 用于日照采光分析的北指廊建筑模型

1.3 模擬結果及分析

根據建筑幕墻結構的設計，結合深圳當地的氣象條件，針對建筑內部的自然采光，利用 Radiance 模擬軟件，對航站樓大空間北指廊區域自然采光情況下的照度情況進行分析。

圖6 北指廊自然采光照度分析

1)晴天情況下的日照情況(以9：00、12：00、18：00為例)，如圖6所示：

從圖6中可以看出：屋頂全天(即使是在正午時分)基本沒有太陽光直射進入室內，僅在圖6所示的左側(東南面)靠近墻的地方有小部分的太陽光直射進入室內，整體來說，照度較為均勻。在中午時段(10：00-16：00)的平均照度為1 000Lux左右。而在早上或傍晚時分的照度就跌至500Lux 左右，最主要的因素是受雙層皮結構中復雜的鋼結構的影響，從而使得整個建筑使用區域幾乎沒有直射的太陽光線入內。同時，由于建筑的方位和窗墻比例的影響，圖6所示右側區域(西北面)的采光效果(照度和亮度)均較左側(東南面)要差。

(2)陰天情況下的日照情況，如圖7所示：照度 亮度

圖7 北指廊全天陰天采光照度分析

在全陰天的情況下，由于沒有直射光線的影響，在整個建筑內部的日照分布十分均勻，整體的照度為250lux左右。

(3)分析小結

從上述的分析可以看出，北指廊內部的平均日照采光在天晴的情況下為1 000lux左右，陰天的情況下為250lux 左右。該指廊區整體的自然采光照度較為合適。由于立面窗墻比率較大以及大幅單層玻璃窗存在，周邊區域的采光較為明亮。自然采光效果如圖8。

圖8 北指廊自然采光效果圖

1.4 節能分析

所有的電力照明設備，例如燈光照明設備，在其開啟時不但會消耗電能，還會放出熱量。減少這些照明設備的工作時間，就能達到節能的效果，同時這也有效降低了對冷卻系統的負擔。

這里用于計算節能的策略是：如果室內的自然光照強度高于300lux，則關閉機場的人工照明，反之則開啟人工照明。這樣可以計算出累計的每月采用自然采光照明的小時數，如圖9所示，機場總面積約40 000m2，其中可用于采光的面積約為14 000m2。同時參照圖9中自然采光的使用情況，由于在夏季光照強度充足，可以更多地采用自然光照明取代人工照明，在用電高峰的夏季可以降低整個機場的用電負荷。計算全年，假設機場的照明用電密度為10W/m2，可以節約4 715 200kWh的電能。由于可以采用自然光照明的時間通常處于一天中的用電高峰(早7點～晚7點)，深圳地區的峰谷電價大約為1.08元/kWh。這樣，預計一年能夠節約電費500萬元左右。

圖9 深圳全年自然采光時間分布

2 大空間照明設計

2.1 燈具照明方案

目前國內外機場建筑大空間照明燈具方案主要分為如下三種：

1)直接照明方案

采用直接照射型燈具，其效率較高，能源損失較少，但需要與建筑風格協調，同時對燈具的布置方式以及其外觀有特殊需求。

2)間接照明方案

采用大中功率投光燈，利用建筑結構或裝飾物反射進行照明，雖然此種方式的舒適度更好且更容易與建筑風格相融合，但其效率相對較低。

3)直接照明與間接照明相結合的方案

利用間接照明來表現建筑結構的形態特點與風格，用直接照明來補充以及完成功能性照明的需求。

結合本工程獨特的建筑造型，經過與建筑師反復研究與分析，最終確定航站樓大空間照明采用直接照明結合局部重點照明(在值機島、安檢柜臺等區域)的方式，將直接照射型燈具安裝于大空間吊頂馬道上。

圖10 指廊區燈具分組布置示意圖

圖11 主樓區燈具分組布置示意圖

2.2 燈具布置與分組方案

在燈具布置上，為了實現節能，充分利用自然采光，也為了使整個空間的亮度與建筑風格更加相稱、使旅客對建筑環境留下深刻的印象，天花燈具并未采取以往同類工程普遍采用的“滿天星”的布置方式，而是在利用上節自然采光分析成果的基礎上，分析了地面的建筑分布與特點、機場人員流向，結合大空間開孔吊頂的布置情況，在建筑物主樓區域采用了燈具不規則環形布置的方案，在指廊區域采用了燈具不規則直線布置的方案(圖10，圖11)。

在自然采光分析成果基礎上，對屋頂下照燈具進行合理分組，在不同時段進行開啟。

大空間下照燈具根據建筑物內各區域感受的不同，日光亮度劃分為若干控制分區，每個分區內照明控制劃分A、B電源兩部分(均布，各帶50%負荷)獨立支路。白天運行時，可按照不同日光亮度調整控制區域下照燈具相應數量照明支路的開啟和關閉，從而達到節能的目的。夜間停航時，可根據管理需求開啟應急值班照明燈具，提供疏散照度。任何照明分區內，有五種狀態可供選擇：

所有照明支路關閉—全關。

A、B電源部分支路各開50%—50%開。

A或B電源部分支路各開25%—25%開。

應急照明開—疏散照度。

所有照明支路開啟—全開。

3 其他節能措施

3.1 照度指標的確定

依據《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)以及《交通建筑電氣設計規范》(JGJ 243-2011)對航站樓值機大廳，候機廳等區域確定照度設計指標，對登機口、值機島區域附加柜臺聚光燈及熒光燈照明，使桌面平均照度500lx，地面平均照度200lx。

3.2 光源及燈具選擇

1)由于航站樓的室內面積空間較大，其需要的燈具數量、光源功率以及用電量都將會比較大，為此大空間照明對燈具光源的選擇除了要注意到美觀以及配光合理外，還充分考慮其節能性。在選擇光源時除了依據色溫以及環境對顯色性的要求外，還按照高效、長壽命的原則選擇燈具。

2)大空間下照燈具光源選擇優質、高效的金鹵燈(要求Ra≥80，Tcp≈4 000K～4500K，色差不宜大于±200K，平均壽命不低于10 000h)，選用節能型電感鎮流器，總諧波標準應滿足國標GB 17625.1—2003的規定，平均壽命不低于50 000h，鎮流器的流明系數和能效值不低于鎮流器的國家能效標準“節能評價值”。

3)大空間下照燈具由于其具有全天運行且維護時間短、維護量大等特點，為了盡量減少運行費用，所以燈具應選用優質、高效產品，并應符合GB 7000系列標準，通過CCC認證，要求材料堅固耐用，結構安全合理，美觀耐用，保證結構強度、防護等級、耐溫等性能適合使用需要，屋頂頂棚內燈具選用防護等級IP44燈具。

3.3 照明監控管理系統

航站樓內設置照明監控管理系統，采用完全分布式集散控制系統，集中監控，分區控制，管理分級，通過網絡系統將分布在各現場的控制器聯接起來，軟件與硬件分散配置。

照明監控系統通過網絡NTP方式接收機場的時鐘信號，自動為系統設備校時。通過IBMS與IMF中文集成，接收機場的航班等信息，配合機場運營。

大空間內部裝亮度探測器檢測典型區域亮度，智能照明管理系統可根據檢測值調整預先設定的照明場景。探測器檢測到的亮度值宜連續或至少可區分三種不同的亮度，亮度范圍的上下值可以設置，探測應能反映典型區域四周的亮度的變化，以實現人工照明與自然光配合。

通過照明監控系統可實現高大空間燈光的開關自動和手動控制、分散集中控制、遠程控制、定時控制、光線感測控制、與其他設備系統的聯動控制等，控制方式方便、靈活、易于修改、易于操作、易于維護。

4 結束語

通過航站樓大空間照明節能方案的實施，筆者感受到在工程照明設計過程中，雖然規范中有很多條款對于專業設計進行了指導與約束，但是隨著建筑的不同結構與外形、維護體系、運營需要，在實施過程中并沒有可以同時滿足所有條件的合理措施，需要根據具體工程的特點進行詳細分析，與各相關專業進行協調，并充分利用自然采光的條件，最后提出符合項目實際的設計。

同時在今后的發展中，隨著科技進步，建筑構造與外形會有許多新的突破，將更加復雜多變。三維技術、模擬分析以及信息化等軟件的應用將越來越廣泛，這就要求專業設計人員緊跟科技進步，熟悉多種設計工具，不斷完善自己，利用先進的技術對各種復雜狀況進行詳盡的分析，從而使自己的設計作品不斷提高。

[1]中國建筑科學研究院.GB 50034-2004 建筑照明設計標準[S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[2]中國建筑東北設計研究院，主編.JGJ 16-2008 民用建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2006.

[4]Arup.深圳機場 T3 項目綠色建筑設計中期報告，2008.