崔俊兰
摘要：随着国家对节能减排工作的日益重视，建筑行业中光导照明的应用越来越广泛。本文首先阐述了光导管系统构成和主要的技术要点，比较了光导照明系统相比普通照明灯在经济性方面的优势，并根据投资回报分析说明了光导照明在建筑中的应用前景。
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关键词 ：光导照明；建筑；经济性；投资回报
经过多年的发展与积累，光导照明技术逐渐发展成为一种较为成熟的自然采光技术。这种照明产品能为千家万户带来优良光源，对环境不造成任何污染。本文将介绍光导照明技术及其在建筑领域的应用，并着重分析其相比于普通照明灯的经济性。
一、光导照明系统的组成及特点
光导照明系统主要依靠光导管工作，主要由漫射器、采光罩、弯管、装饰灯、防雨设备、固定环等共同组成。该系统原理是将自然光经过采光罩导入到光导管中，对自然光实现再次分配，通过反射率极高的镜面光导管进行强化，最后借助漫射装置将经过强化后的光均匀地投射在室内，取得绝佳的照明效果。无论气候情况如何，即使是阴雨天气，采用光导照明系统的建筑室内仍然拥有相当充足的光源。光导照明系统又可根据功能划分为采光装置、导光装置与漫射装置。其中采光桩身是用PC工程塑料制作而成，装置的表面做了紫外线上光工艺处理，可以起到隔音、隔热的特殊功效，确保采光效率维持较高数值。常见的采光装置是半球形与方形。导光装置即光导管和弯管的组合，前者可以反射与汇聚自然光，目前采用的光导管反射率很大，接近于1，即使反射多次，最终得到的反射光强度依然很大。漫射装置必须有良好的漫射均匀性，其透过率通常在0.8至0.95之间，用户可针对不同适用场合进行科学的选择。
光导照明效果很大程度上取决于光导材料，根据实际使用情况合理选择光导材料，能使所得光量更稳定。我国采用的光导材料大多为进口成型板材，并以铝板作为基材。将光导管做成圆形或者方形，尽量在确保一定强度的同时，降低导管密度，提高反射率。光导管材料由内而外分别为铝基材、阳极氧化铝层、粘结层、铝物理镀层和氧化物，光导管的厚度约为0.02毫米，上述五层膜是稳定传输光纤的重要保障。提高光导材料反射率将有利于提升剩余光通量，稳定性也会得到改善。目前光导材料必须满足的两个必要条件为全反射率高于95%和高传输稳定性。
二、光导照明系统的应用及优势
光导照明系统目前主要应用在厂房、展览馆、地铁、火车站、别墅等建筑中，不仅安全节能，而且可以起到隔音隔热的功效。所得到的光线十分柔和，能为用户创造良好的视觉环境。一般而言，一套直径为300毫米的导光管可以实现70平方米左右的照明面积。
目前我国已经有自主研发的光导照明系统，为未来自然光照明铺平道路。光导照明和传统的侧窗、天窗与电灯照明相比优势十分明显，下文将作光导照明与其他照明方式的比较。
1.光导照明和电灯照明
以半径为165 毫米的光导照明系统（系统型号为EVGC330-I，漫射器距地面1.5米，光罩为半球形，光导管长为1米）为例，在七月某个阴雨天，无论黎明还是黄昏，即便没有太阳的情况下，采用光导照明的建筑物内光线十分充足，不仅可以足足达到八小时以上的照明时间，还可以节省白天对电能的依赖，对节约电能有突出的效果。作为对照，采用电灯照明的建筑物内由于电力产生的热负荷效应，使得能源消耗增加。采用光导照明得到的光线是全色光，不仅柔和舒适，而且分布极为均匀，基本都是低频率频闪光，能产生良好视觉效果，有利于缓解眼部疲劳。人的视觉对入射到室内的自然光的灵感程度约高于电灯照明10%左右。
2.光导照明和侧窗采光
侧窗采光是常见的建筑采光途径，实验与生活经验表明，室内与侧窗的距离越大，通过侧窗得到的照度明显下降。离侧窗约为2.5米时，采光量只有距侧窗0.5米时的三分之一，且只有窗口处照度的五分之一。因此，通过侧窗实现采光目的的局限性很大。除此之外，侧窗采光效果的优劣还取决于周围建筑物，如果周围建造较高，可能使侧窗采光效果急剧下滑。如果侧窗采光所选用的采光面积偏大，将会直接影响室内温度，也无法进行调光，视觉效果不佳。当采用光导照明时，由于有专门的采光设备进行自然光线的采集，并经过导光装置与漫射装置，使进入室内的光线不会出现眩光，亮度方面也有明显优势。一般的光导照明系统均会配备有调光装置，住房用户可以根据实际需求合理调光。
3.光导照明和天窗采光
采光天窗一般朝向选取为朝南，进入室内的光线很大程度取决于入射角度，其随入射角度变化的采光效果如图1所示。
由图1可见，入射自然光角度发生变化时，照射面将不断变化，相对位置也将发生改变。天窗采光极易出现局部位置的聚光现象，不符合用户正常生活工作需求。采用光导照明不会出现这种照明效果随入射角骤变的情况，在不同入射角下的采光情况。如图2所示，室内采光效果并没有随着入射角的变化有明显改变，照射面积始终保持在较大的范围内，出射光线均匀，无局部位置聚光现象。除此之外，建筑内部的吊顶结构会使其采光面积很大，降低天窗采光效果，为安装与防水带来诸多不便。光导照明不仅可以基本去除以上不便，还可以针对不同屋面进行相应的安装与防水处理，基本不受限于吊顶结构。光导照明的传输距离在10到20米左右，大孔径的照明系统传输距离甚至将会超过20米。
4.光导照明的优势小结
太阳能是未来重要的可再生能源，采用光导照明系统相比其他照明形式优势明显，主要集中在以下几个方面：
（1）经过光导照明系统进入室内的光线相当柔和与舒适，使用户更好的视觉享受成为可能，即使在天气状态不佳时，光导照明系统仍然能够提供长时间的充足光源，满足用户白天对照明的需求。采光条件完全相同情况下，采用光导照明系统相比其他照明方式屋面开孔面积节省约83%，使房间内部效果更佳。
（2）资料分析表明，在厂房等建筑中采用光导照明技术，加强对自然光的利用，可以有效提高生产率，使生产率提升约10%，使公司取得更高的经济效益。自然光相比灯光具有更加完整的光谱特性，可使员工生物钟得到调整，激发更多活力。除此之外，光导照明系统为室内带来的光线视觉效应好，色彩更加真实，相比灯光有天生优势。
（3）多年工作经验得出，采用电力照明的商务楼宇中所消耗的能量中仅有一半用于实际照明，还会导致二氧化碳的排放，促进温室效应的加剧。光导照明可以替代一半以上的电力照明系统，在节能性和经济性上都具有十分良好的效果。
（4）一般而言，光导照明系统寿命为电力照明系统的10倍左右，而且有优良的隔热性能，无需为该系统增添制冷与供暖。
三、光导照明的经济性分析
以杭州市某车间厂房为例，该厂房建筑面积570m2，照明照度按3001x 设计。该地位于光气候分区的四区，年均照度约为23klx。当室外照度小于平均值23klx时，夏季与冬季的有效工作时间依次为11小时和7小时，另外两季均为9小时。考虑到特殊天气条件的影响，雨雪气候在夏春与秋冬分别大约为5天/季度与10天/季度。结合《建筑采光设计标准》《民用建筑绿色设计规范》以及上述数据可以大致认为杭州当地每天的实际照明时间为10小时。
1.传统照明费用
传统照明方式为低压钠灯，根据照度要求需15盏400W钠灯，灯具及施工费、材料费需950/盏，初始造价14250元。年照明时间按3000h测算，使用系数按0.7计算，线路损耗按3%测算。则传统钠灯年用电量：15×400×3000×0.7/1000*1.03=12978kwh。
工业电费按0.6元/kwh测算，传统照明年电费0.6×12600=7786.8元。
照明灯具国家标准寿命3a计算规定考虑，灯具年维护更新费用经验值为初始投资的5%，约712.5元。
2.光导照明系统费用
厂房光导照明价格由光导管的长度确定，本案例需要备置13套导管，单价约5000元/套，初始投资约65000元。
该系统无电费，系统年维护费用经验值为初始投资1%，约650元。
3.光导照明与电力照明经济性对比
系统造价上，光导照明投资比传统多5万元，但没有运行电费。考虑到项目的整个生命周期，将各年运营费用以8%的折现率折算成现值。可以看出，短期（5年以内），光导系统不太经济，但放远10年至20年的周期，采用光导照明方式经济性更好。
四、小结
尽管光导照明初期投入资金较大，但应用前景广泛，采光效果良好，维修更换费用低下，经济回收期很短，相比电力照明系统优势十分明显，无疑是现代绿色建筑应当优先考虑的照明方案。光导照明系统的可见投资成效突出，几乎无温室气体排放。在提高建筑物经济性的同时，它将创造出更大的社会价值。
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（作者单位：江苏国衡土地房地产资产评估咨询有限公司）