基于建筑采光中节能技术的研究

吕达林 闫旭

（郑州大学 土木工程学院，河南 郑州 450000）

1 建筑采光与节能

1.1 自然光利用的意义、存在的问题以及解决方案

自然光带给人一种与生俱来的亲切感，利用它进行室内采光照明不仅可以使人感觉到舒适，也可以有效地提高人的视觉功能，而且自然光完全绿色无能耗。由此看来，利用自然光作为照明光源是一种切实可行的建筑节能方式。但自然光的合理利用也有急需解决的问题，如：自然光的稳定性差，直射光会使室内的照度在时间上长生较大的波动；大进深井建筑侧窗采光存在窗口照度远远大于最深处照度并且容易引起眩光的问题；特殊区域（如大面积的中庭）存在采光设计难度大等问题。传统的采光手段已经无法满足要求，因此，我们研究出新的采光方案，很好地解决了以上问题，具体如下：

1.1.1 大空间建筑室内顶部采光和侧面采光相结合的方式

顶部采光是在屋顶开设天窗，光线直射进入房间，极易产生眩光。侧面采光是利用侧窗进行采光，但光线的质量很容易受房间的朝向及窗口的大小、高度的影响，且照度极不均匀。我们都知道，为保证房间的采光要求，一般单侧采光时进深不大于窗上口至地面距离的2倍，双侧采光时进深尺寸可比单侧采光增加一倍（如图1）。对于房间进深较大的大空间建筑来说，难以通过侧窗实现室内照明要求，经研究发现，我们可以采用顶部采光和侧面采光相结合的方式。通过装设散光玻璃的天窗解决顶部采光的眩光问题，同时又解决了了大空间建筑室内自然采光照度不均匀的问题。

图1 房间单侧与双侧采光示意图

1.1.2 解决自然光稳定性的技术

自然光的不稳定性是天然光源利用中最大难题，目前已开发的的日光跟踪系统可按照太阳转角自动调节采光方向，最大限度地捕捉阳光，保持较高的室内照度。

1.2 天然采光新技术

目前，采集自然光主要由以下几种方法：光导管法，利用导光管将太阳集光器收集的光线送到室内采光；光导纤维法，利用光导纤维将光线引导室内采光。

1.2.1 光导管照明技术

光导管照明系统适用于白天仍需要电力照明的、同时又能有相应露天的位置采集太阳光的场所，比如地下停车场、工厂、大型商场和超市等。光导照明装置能提供白天10h左右的照明时间，从而节省电力照明费用。它通过采光装置聚集室外的自然光线并导入系统内部，再经过特殊制作的导光装置强化与高效传输后，由系统底部的的漫射装置把自然光线均匀的导入室内任何需要光线的地方[2]。国内有许多著名大型公共设施如鸟巢附近的中国科技馆、清华大学节能示范楼等场所都在使用该系统。

光导管照明技术具有一定的局限性。光导照明系统只能应用于日间一般照明，由于它不具备能量的贮存与转换能力，无法解决天然光源的不稳定问题，因而光导管采光适用于天然光丰富、阴天少的地区，对照度恒定的场所和作为应急照明使用的场合并不适用。大多数情况下光导管照明系统还需要有人工光源作为备用光源，以便在太阳光不足的时候作为补充光源使用。

1.2.2 太阳能光导纤维照明技术

太阳能光导纤维照明技术由于具有光的柔性传输和安全可靠的特点，被广泛地应用于手工业、科研、医学及景观设计中。到20世纪60-70年代，随着新技术的出现，光纤照明突破发展屏障，重新走入了人们的视野。新技术的出现尽管还没能使光纤照明实现大批量产业化和商品化，但也将光纤装饰照明推向了实用化阶段,其发展前景广阔。

1.3 太阳能光纤照明与光导照明的联系与区别

太阳能光纤照明与光导管照明的工作原理基本相同，二者的区别主要在于采光方式和传导介质的不同。如表1。光纤照明系统和光导照明系统两者相辅相成，互为补充，光导管照明系统无法解决采光的问题，可利用光纤照明系统给予解决，如建筑内采光窗的黑房间采光问题。

表1 光纤照明与光导传输照明系统比较

1.4 太阳能光纤照明在建筑中的应用

由于太阳能光纤照明技术有着诸多优点，使它在广泛的领域中为人所用，主要有商场、运动场、地下空间、剧院和飞机场等场所的日间照明。由于光导纤维能够任意弯曲成任何形状，将其与太阳能整合在一起使用有很强的实用性。如利用光导纤维短距离传输阳光可以实现一点采光多点照明，塑料光纤可被用于传输太阳光作为水下和地下空间的照明。

1.5 太阳能光纤照明的局限性

尽管太阳能纤维的优点很多，但它与光导照明一样，无法解决天然光源不稳定的问题。另外，太阳能光纤照明还存在光的传输距离问题，现行的光纤照明系统由于存在光衰减，传输距离最大只能达到30m。同时对我国来说，目前能够生产光纤照明设备的厂家不多，而且存在着价格偏高的问题。

2 结语

以上所介绍的照明方案和新技术可以整体提高建筑对自然光源的利用率，降低了建筑总照明能耗，紧跟国家现推行的“绿色照明”的理念。但不同的照明技术也有它的局限性和不足，在设计时，我们要根据建筑本身结构的特点，合理的选择照明方案和技术，才可真正实现自然光源的最大化利用。

[1] 国家能源局《2105年全社会用电量报告》.

[2] 焦阳，孙勇.《绿色建筑光环境技术与实例》[M]，北京：化学工业出版社，2012.4.