公共建筑绿色照明设计研究——以云南高校为例.pdf

鞋类工艺与设计SHOES TECHNOLOGY AND DESIGN2024 年 4 月第 4 卷 第 7 期Apr.2024Vol.4 No.724公共建筑绿色照明设计研究 以云南高校为例李有清，刘志安*（昆明理工大学，云南 昆明 650504）摘要：为响应绿色低碳发展，建设美丽中国，我国的经济发展逐渐向节能、生态、环保转型，随着科技水平的进步，高层建筑越来越多，建筑照明系统造成的能源浪费问题一直处于非常关键的位置，其中建筑总体碳排放量中照明所产生的能耗占了相当大的比例，在校园建筑中尤为突出。图书馆是除教学楼以外学生自主学习最主要的空间，对光环境照明要求高，但建筑体量大、进深宽，对自然光利用薄弱，过于依赖人工照明进行辅助，是用电量大的场所，所产生的能耗量巨大。基于此，本文主要针对云南高校图书馆的自然采光照明运用计算机模拟技术进行演示分析，充分利用自然光和太阳能发电，改进采光途径和设备，从而达到可持续发展的目的，促使可持续理念在公共建筑的应用中得到更好的发展。关键词：公共建筑；光环境；自然照明；绿色可持续中图分类号J524.3文献标识码A DOI:10.3969/j.issn.2096-3793.2024-07-008 Research on Green Lighting Design of Public Buildings a Case Study of Universities in Yunnan ProvinceLI Youqing，LIU Zhian*(Kunming University of Science and Technology,Kunming 650504,China)Abstract:In order to respond to the green and low-carbon development and build a beautiful China,the economic development of our country is gradually transforming to energy-saving,ecological and environmental protection,the problem of energy waste caused by building lighting system has been in a very critical position,in which lighting energy consumption accounts for a large proportion of the total carbon emissions of buildings,especially in campus buildings.Besides the teaching building,the library is the most important space for students to study independently.It has high requirements for light environment lighting,but the building is large in volume,wide in depth and weak in utilizing natural light,it is the place that uses electricity greatly,the energy consumption that produces is huge.Based on this,this paper mainly aims at the demonstration and analysis of the natural daylighting lighting in Yunnan University Library by using computer simulation technology,making full use of natural light and solar energy to generate electricity,improving daylighting ways and equipment,so as to achieve the goal of sustainable development and promote the sustainable concept in the application of public buildings to get better development.Key words:public buildings;light environment;natural lighting;green and sustainable引 言绿色照明是节能高效、环境友好、健康舒适的现代照明理念，其倡导先进的照明技术和管理方式，以实现照明领域的可持续发展。最早由美国国家环保局于 20 世纪 90 年代提出，其核心思想是将环保理念与照明技术结合，通过高效、环保、安全、舒适的产品，实现能源的有效利用和环境保护1。绿色理念以生态学为基础，本质是人们对日益恶化作者简介：李有清（1998-），女，研究生在读，研究方向：艺术设计，.通信作者：刘志安（1979-），男，硕士，教授，研究方向：城乡环境设计，.第 7 期视觉设计25李有清，等 公共建筑绿色照明设计研究以云南高校为例的环境问题的担忧，从绿色到可持续共经历了 4 个阶段，现已较为完善。绿色设计理念源于 20 世纪 60 年代，强调使用低碳环保材料，以 3R 原则为核心，即减少、循环、再利用。随着人们关注社会的永续发展，设计不仅要满足当代人的需要，还要兼顾子孙后代，实现经济、社会和环境的可持续发展，以最少的资源消耗取得最大的经济社会效益。1 高校公共建筑光环境研究1.1 研究目的与意义高校作为知识创新和人才培养的中心，通过对公共建筑照明系统的改造，运用绿色照明技术，实现照明系统的低能耗运行，降低运维成本，提高经济性。推动绿色技术，旨在降低能耗，减少污染，在全生命周期内最大限度地减少消耗和污染，提升建筑的绿色属性2。1.2 研究问题由于建筑修建时年代较早，未充分考虑绿色原则，出现窗户面积过小、朝向不佳、遮挡严重等问题，限制日光进入以及缺乏智能感应控制系统，导致自然资源浪费。人工照明重“量”不重“质”，为达到规范，盲目地布置灯具，会造成一定的资源浪费3。1.3 研究方法实地测量法：对样本空间底层、顶层、标准层进行测量，根据实测数据对建筑内部照明现状进行分析，总结室内光环境出现的问题和使用者的相关需求，以此分析样本空间光环境的改造策略。模拟分析法：借助计算机辅助软件 Ecotect 模拟场景和分析照明，通过三维模型更加清晰直观地从投影遮挡、自然光照度、光通量等方面分析照明特性，在原始数据上对空间和设备不断优化，对比分析，最终达到标准规范和节能效果4。2 场地分析与研究2.1 场地现状图书馆坐北朝南，馆内采用大开间、大流通的布局方式，整体呈“品”字形建造，建筑外侧和顶部均采用玻璃围合，采光面积较大，建筑内部近窗处采光最好，远窗处自然光量呈线性递减，且家具遮挡，因此白天仍需人工照明辅助，照明长达 13h，照明灯具数量多，种类少，质量差，以长条灯和筒灯为主，白天室内照度既不达标，又会产生能耗和污染5。2.2 研究内容图书馆作为学习空间，要充分考虑各方面因素，其中最重要的就是照度，它直接影响学生的学习效率。提供教育使用的建筑，根据建筑采光设计标准在类光气候区的要求，侧面采光时，采光系数 3%；无人工照明时，自然光照度应达到 450Lx；有人工照明时，在距地0.75m 垂直处，照度值达到 300Lx。3 数据分析3.1 实地测量数据分别选取底层、标准层、顶层实地测量，数据获取时间为 14:00-17:00。在室内光源全部关闭，窗帘闭合且为浅黄色透光材质的情况下进行。由实测数据可知，近窗处太阳直射无遮挡时，照度值高达 1000Lx10000Lx。远窗处由于中部无光通道，自然光无法进入，且灯具质量差、有遮挡，照度值低至 0Lx200Lx，两者差距显著。3.2 ECOTECT 模拟原始自然采光分析在不考虑人工照明和玻璃洁净，全阴天模式下的样本层平面近窗处采光值为 40%，远窗处采光值为 0%。顶层中庭采光值为 70%，中庭底部采光值仅为 40%。自然光未被充分利用，总体采光无法满足阅读需求。冬、夏至选取早上 9 点、中午 12 点、下午 5 点对样本层模拟，底层和标准层采光系数变化单一，均为太阳直射时该面近窗处采光系数高达 90%，反之，采光系数低，中部活动空间低至 0%，整体光环境差，冬至日更为明显。建筑投影遮挡关系随太阳运动而变化，正午采光效果最好，下午 2 点后建筑内部整体受投影遮挡影响，尤其是中部空间，自然光无法引入，下午 5 点后室内无自然光，需以人工照明为主。4 照明优化策略人们更喜欢在自然光下从事个体活动，优先考虑自然照明，包括顶面、侧面和反射光。4.1 顶面采光使光线均匀分布在室内图书馆高宽比为 3:1，保留中庭玻璃穹顶，在平滑曲面穹顶安装自然光镜面反射器和反射隔板，利用“镜面反射”装置改善和收集太阳的热量及光线，并将其反射到建筑中心，优化内部照明，减少人工照明的使用。冬季采光较差时，利用隔板将太阳光反射进室内，使室内获得更多自然光，夏季则可遮挡过多的太阳光线，避免眩光刺激眼睛。4.2 侧面采光通过玻璃投射到室内图书馆前后跨度较大，侧窗采光是最好的形式。在保留建筑玻璃采光的基础上加装内外反射板，同时将窗帘第 4 卷视觉设计鞋 类 工 艺 与 设 计26替换为太阳能电池板控制的百叶窗和反射板装置，二者采光原理相似。当反射板外转 40或水平放置时，室内采光均匀度增加，光照强度降低；内转 40时反之。读者可根据太阳运动直射时调节反光板角度，解决光照过强或不均问题，控制百叶间距遮挡炫光和热量，实现遮阳效果，见图 1。图 1 内外反射板采光示意图4.3 反射光利用玻璃穹顶和侧面隔板将光线反射到建筑中心中庭借鉴柏林议会大厦，设计锥形采光通道，顶部设太阳能电池板、自然光反射器、遮阳板。镜面反射器将自然光引入光锥，光锥通过多个反射板将光线引入室内，全天既提供和储存能源，又达到有效照明和观赏性。通过全方位的照明优化设计，营造适宜的光环境，见图 2、图 3。图 2 垂直光锥示意图图 3 建筑整体采光示意图5 结 语图书馆作为大型公共建筑，运作时间长且能源消耗大，自然照明对于图书馆内部空间具有重要意义，不仅可以节约能源、降低运营成本，还能提高读者舒适度和阅读体验。本文从读者的切身需求和实际情况出发，借助计算机软件模拟和探讨了图书馆的不足以及对自然采光的设计优化策略，利用反射板、百叶窗、反光锥等措施解决室内采光不足的问题，为了优化图书馆内部空间的自然照明，主要从以下几个方面进行改造设计：内部空间优化、顶面采光、侧面采光和反射光设计，通过以上改造措施，可以有效提高图书馆内部空间的自然照明效果，为读者创造一个舒适、宜人的阅读环境。同时，结合通风、遮阳，为读者提供良好体验。并且要注意节能减排，提高图书馆的整体环境质量，更好地实现绿色、低碳、节能、环保。参考文献：1 赵益泽.基于太阳能电池板的反光百叶窗设计 J.通信电源技术,2018,35(02):155-157.2 齐鸿海.柏林新议会大厦,德国 J.世界建筑,2000,(06):42-45.3 秦佳楠.现代图书馆的自然采光设计 J.居舍,2021,(31):25-27.4 龙滟潋.用灯光点亮居住空间对室内灯光设计的探讨 J.鞋类工艺与设计,2021,1(20):112-114.5 周智勇,王益梅,柳倩莹.基于昆明高校教学楼采光质量的窗墙比优化研究 J.能源工程,2021,(06):64-68.