基于側窗采光的辦公空間晝間照明節能控制策略研究

唐春娥，袁景玉，劉 寧，孫婷婷，王 婧

(1.河北工業大學 建筑與藝術設計學院，天津 300401;2.天津泛海科技有限公司，天津 300384)

0 引言

目前我國的辦公建筑大多為大進深辦公建筑，且大多采用側窗采光的天然采光方式，導致了進深較大的方向依賴天然采光無法滿足辦公建筑照度標準規定的照度水平，故通常在晝間也會長時間采用輔助人工照明，從而造成照明用電的浪費。照明設計不僅應在照明裝置上盡可能選用更節能的燈具，同時應考慮照明分布的合理性以及引入較多的天然光。通過對工作環境下的光照和天然光進行控制，以及窗口設計對室內天然光分布的影響，從而找出照明節能的最佳方案。研究結果表明，采用基于天然光的燈光控制系統可以節約照明用電70%左右。

文章采用照明和采光計算軟件對辦公室空間的天然采光和人工照明進行模擬計算，探討和天然采光相協調的人工照明節能、高效、舒適的控制策略，實現健康、節能、綠色的辦公空間晝間光環境。

1 辦公室光環境標準

在CIE《室內工作場所照明》中對辦公室內光環境有如下幾個方面要注意:亮度分布、光的方向性、眩光、照度、晝光、顏色、閃爍和維護。在天然光環境下辦公，要注意房間的采光亮度，視屏最好背向窗口，避免光線直射視屏，否則工作人員非常容易產生視覺疲勞，影響工作效率和生理健康。

根據建設部于2006年v發布的JGJ 67—2006《辦公建筑設計規范》中的規定，我國目前在天然采光方面的辦公建筑照明設計標準要求設計辦公建筑時其中辦公室、接待室、會議室等功能室內應引入天然采光，其天然采光的采光系數最低2%，室內天然光臨界照度100 lx。辦公室側面采光窗地面積比1/5。GB50034—2004《建筑照明設計標準》規定辦公建筑中普通辦公室桌面水平照度標準為300 lx。國際照明委員會CIES008/E-2001 關于辦公建筑照度標準的規定比我國的《建筑照明設計標準》相對較高一些。

2 天然采光與人工照明控制設計及節能分析

通常在采用側面采光的房間，天然光的采光系數分布具有不穩定、梯度大的特點。而人工照明則可以根據不同區域的照度要求進行開關燈及調功率控制。通過軟件模擬的方式，尋找與天然光照度相適應的照明控制曲線，在滿足辦公光環境要求的同時降低能耗。

2.1 實驗條件設計

實驗對象:某辦公建筑L 形平面辦公室。

實驗軟件:Dialux 4.9 版。

燈具的選擇:考慮到實際案例及其辦公環境要求，選擇如圖1 所示的燈具，其參數如圖2 所示，尺寸為599×599×125 mm，總功率為73 W，重量為3.85 kg。

圖1 燈具控制圖

圖2 光源參數

2.2 案例的燈具控制圖設計

案例的燈具控制圖見圖3。

圖3 燈具控制圖

2.3 模擬結果

2.3.1 全燈情況

設置燈具全部開啟，且燈光控制全部為100，每1 m 為一個計算點，根據所得數據生成如圖4 和圖5 所示。

圖4 大進深部分全燈照度數據圖

圖5 小進深部分全燈照度數據圖

2.3.2 14 點模擬結果

首先模擬得出14 ∶00，全陰天光環境如圖6 和 圖7 所示。

圖6 大進深部分照度數據圖

圖7 小進深部分照度數據圖

針對14 ∶00 全陰天經過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設計符合表1 的最優照度設計方案如圖8 及圖9 所示。

表1 控制設計表

圖8 大進深部分照度數據圖

圖9 小進深部分照度數據圖

2.3.3 16 點模擬結果

全陰天光環境16∶00 照度分布如圖10 及圖11 所示。

圖10 大進深部分照度數據圖

圖11 小進深部分照度數據圖

針對16 ∶00 全陰天經過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設計符合表2 的最優照度設計方案如圖12 及圖13 所示。

表2 控制設計表

圖12 大進深部分照度數據圖

圖13 小進深部分照度數據圖

2.3.4 18 點模擬結果

全陰天光環境18∶00 照度分布如圖14 及圖15 所示。

圖14 大進深部分照度數據圖

圖15 小進深部分照度數據圖

針對18 ∶00 全陰天經過多種組合控制燈具照度，最終得出控制設計符合表3 的最優照度設計方案如圖16 及圖17。

表3 控制設計表

圖16 大進深部分照度數據圖

圖17 小進深部分照度數據圖

2.4 控制設計方案的節能分析

根據上述模擬計算的結果，采用辦公空間人工照明控制方案，既可滿足辦公光環境要求，提供標準的辦公環境照度，同時還能減弱室內臨窗位置與遠離窗口位置的照度和亮度的強烈對比，降低人工照明用電量，從而節約建筑能耗。

與此同時進一步對上述控制方案進行定量節能分析，按照時間分段，12 點至14 點節能情況如表4，總節能量如表5;14 點至16 點節能情況如表6，總節能量如表7;16 點至18 點節能情況如表8，總節能量如表9。

表4 12 點至14 點節能情況表

續表

表5 12 點至14 點節能

表6 14 點至16 點節能情況表

表7 14 點至16 點節能量

表8 16 點至18 點節能情況表

表9 16 點至18 點節能量

上述表格的數據清晰明確的體現了這一控制設計方案的節能優勢，依據表中數據，可計算得出，辦公空間半天節約電量為4.51 度，全天節約電量為9.02度，全年將節約3 293.32 度電，相當于降低了29.43%的照明能耗。這些數字說明了目前我國辦公室照明節能設計可以有更大的提高。

3 小 結

天然光(含直射光和天空光)是一個純凈無污染、取之不盡、用之不竭、可再生的能源，充分利用天然采光，降低人工照明用電，節約照明用電量可以有效減少能源的浪費。采用天然采光與人工照明相結合的方式，滿足了人們對晝間室內視覺舒適型的要求，同時通過實現人工照明控制節約了電能，降低建筑能耗，體現了節能管理的意義，并對今后的辦公建筑光環境設計、建筑與室內設計，照明燈具及調光控制系統的研究與開發等工作具有重要指導意義，為改進辦公室光環境質量提供了參考依據。

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