导光筒在建筑工程中的应用

导光筒在建筑工程中的应用

张滨

中亿丰建设集团股份有限公司   江苏   苏州   215000

【摘要】传统建筑侧重于用电照明，在绿色、生态的建筑背景下，越来越多项目开始引入导光筒采光系统。 文章所列项目根据建筑平面布置特点，在地下室顶板种植屋面应用11个导光管并结合天窗，将自然光传递到地下室，满足白天日常照明，降低了能源消耗，取得了较好的社会效益和经济效益，该做法具有施工简便、效果好、成本可控的特点，可为类似工程施工提供参考。

【关键词】导光筒   近零能耗   双壁波纹管   地下室

0 前言

随着国民经济发展和建筑业转型升级，人们对建筑品质的需求稳步提升。在倡导绿色、和谐、生态的建筑背景下，含绿色、健康、近零能耗、海绵、智慧一体的建筑的理念日益受到社会各界重视。

在打造绿色生态建筑时，健康舒适是一个比较重要的衡量指标，设计师在进行绿色建筑设计时比较注重建筑构件隔声、室内照片设计、眩光控制、可调节外遮阳的应用，忽视自然光的利用。而采用自然光有利于改善建筑室内的视觉效果，在建筑设计时，设计人员在了解建筑构造的基本形式后，在此基础上把控建筑空间和物体的光照，可以打造不同的光照效果。另一方面，引入自然光能够更好地调节室内温度，减少碳排放和环境污染。
    建筑师在利用自然光时，一般会考虑建筑朝向、建筑间距和体量等因素，结合项目的地理位置和所在区域规划，充分利用自然光的日照效果，在建筑朝向方面，首选南偏西45度；在建筑间距方面，建筑的层数越高，影响越大，充分考虑遮挡问题，满足设计的合理性；体量控制方面，一般选择进深较大的空间对建筑采光效果具有积极的作用，必要时考虑分散采光。

对于顶层开阔的房间，如运动场、活动室等，利用天窗采集自然光会有比较好的采光效果，对于地下室等需长期照明、但又不需要太强光线等区域，利用导光筒采集自然光是个较好的选择。导管筒的数量，需要结合地下室结构特点及采光间距等综合因素进行确认。

房屋建筑设计时，多数情况下，地下室建筑面积一般比上层建筑面积大，此时地下室顶板在设计为种植屋面时，可结合地下室车库行车路线、功能房建合理布置采光筒；对于裙房屋面，顶层为大开间房间时，根据建筑功能，采用天窗或导光筒利用自然光，同时对于顶层通道等狭长区域，可以充分利用导光筒进行采光。

建筑设计时，合理应用自然光设计符合建设设计科学性和建筑设计美观性，减少建筑工程运行中产生的能源消耗，打造健康舒适的绿色生态建筑。

1工程概况

苏州城亿绿建科技股份有限公司新建PC构件项目总建筑面积44490.43㎡，工程位于苏州市望亭镇。其中综合楼建筑面积为9063.02m2，地下一层，地上四层，建筑高度19.8m，综合楼是全国首例采用新型快速装配组合结构体系的项目，新型快速装配式结构体系包含预制空心钢管组合柱、预制型钢接头叠合梁、节点连接区和大跨度预应力空心楼板。

本工程是“绿色化、工业化、数字化”三化合一的集成实践，是高品质绿色建筑项目。工程目标为江苏省优质工程奖“扬子杯”、江苏省建筑产业现代化示范项目；科技部中美清洁能源二期夏热冬冷地区装配式近能耗办公建筑示范项目。

综合楼在绿色技术方面，共应用了12项达到国内领先或区域领先先进技术。在健康舒适领域，采用了建筑构件隔声、室内照明设计、眩光控制、可调节外遮阳、地下车库导管筒等技术。

   综合楼地下室建筑建筑为3179.52m²,一层建筑面积为1364.67m²,地下室顶板为种植屋面。根据建筑布局，地下室北侧主行车道上方，布置3个天窗及6个导光筒采集自然光，导光管间距为9~10m。地下车库南侧外扩1700mm并布置5个导光筒进行采光，保证白天时地下室日常照明。导光筒直径530mm，土建预留洞口Ø600mm。

2导光管原理及技术参数

2.1工作原理

导光管采光系统，是通过采光装置捕获室外的阳光，利用传输管道将自然光散射到建筑物室内。

2.2优点

相比电力照明，导光管采光系统直接采集室外自然光，自然光为原生态全光谱，不会出现频闪，无视力伤害和产生视觉疲劳。在将自然光传输到室内时，可以避开吊顶或管道等室内障碍物。

2.3技术参数

导光管需严格按照《建筑采光设计标准》（GB 50033-2013）、《导光管采光系统技术规程》（JGJ/T374-2015）及相关国家设计标准进行设计。根据规范，苏州地区属于第Ⅵ区，全年平均照度为30kLx≤Eq＜35kLx。同时导光管采光系统设计使用区域为地下车库时，以室外天然光平均照度值35klx进行照度计算。导光管采光系统设计使用区域平均照度为50 LX。本工程根据设计规范要求，导光管采光系统的主要技术参数如下：

1、采光系统

（1）导光管采光系统为晶钻型采光系统；

（2）管长610mm的导光管采光系统的透光折减系数≥0.67；

（3）系统具有良好的三性，合理的断桥导流技术保证系统的防结露能力。

（4）导光管采光系统的显色指数高达99%；

(5) 导光管采光系统的传热系数K值为1.5W/(㎡·K)；

(6) 导光管采光系统的太阳得热系数SHGC为0.3。

2、集光器

（1）晶钻集光器采用添加抗紫外线的PC材质，PC具有高强度及高冲击性，透光率高，耐老化等性能。其可见光透射比大于85%，厚度约3mm。

（2）为保证安全，集光器必须具备一定的抗冲击性，从1m的高度落锤到晶钻集光器上不得产生裂纹或孔洞。

（3）集光器的采光罩一般添加UV成分，在采集太阳光的同时过滤掉99.9%的紫外线入侵。

3、导光管

（1）导光管材料反射率高达99%，具有高反射性和耐腐蚀性，最大限度减少光在传输过程产生的损失。

（2）配备0~~90度弯管，可任意调节导光管角度，使用寿命大于20年。

（3）导光管分为弯管和直管。弯管具有角度调节能力，能够解决安装过程中遇到的复杂管线及结构障碍等问题；直管分为标准管和延长管，标准管长度常规为610mm ,延长管长度可达1250mm(长度可根据现场情况，提前与厂家沟通并进行定制)，使用延长管可以突破空间限制，满足长距离管线传输。

4、漫射器

漫射器片材质为PMMA，高透光率、高扩散率、耐老化，抗破碎能力强，无眩光，漫射器可见光透射比≥86%。

3施工工艺流程及操作要点

3.1导光筒混凝土翻边

在浇筑混凝土结构板时，以建筑图纸中导光筒所示位置确定现场实际孔位，导光筒形状为圆形或内圆外方。

因导光筒多数处于地下室顶板或裙房屋面，导光筒混凝土翻边施工时翻遍高度应高出地下室顶板或屋面建筑标高不小于250mm。

图1 导光管砼翻边剖面图

   考虑到设计单位对导光筒外观要求不同、木工支设导光筒内侧模板难度大，可以采用HDPE双壁波纹管作为导光筒的内侧模板，对波纹管进行固定时需固定牢固，避免波纹管在浇筑混凝土的过程中大幅度移位或者角度倾斜。内膜为HDPE，外模为胶合板时，加固龙骨可选用圆钢或扁铁。

图2 预留孔洞平面图             图3预留孔洞剖面图

    采用HDPE双壁波纹管作为内侧模板时，因波纹管外形为凹凸型，需保证钢筋混凝土与波纹管的包裹力，钢筋配筋时，局部需伸入波纹管的凹槽内。墩座壁厚可根据覆土施压情况确定，配筋节点由结构设计师根据实际预留情况进行配筋，此图为示意。

图4预埋波纹管及配筋示意图

3.2防水

地下室顶板或屋面防水施工时，防水层应铺设至墩座返沿顶口处。

3.3导光筒安装

图5导光管安装完成示意图

为防止种植屋面施工时，回土时人为破坏导光筒，导管筒安装时间可待种植屋面全部施工完成后进行安装，导管筒安装需由专业厂家进行安装。施工完成后需注意成品保护。

3.4注意事项

1、需选用能打散光线的集光器，因中午太阳光角度较高时，通过打散减光，方可使射进室内的光线变得柔和、更加均匀。集光器一般在顶面会设置多个晶片，按角度均匀分布。角度达到15度时，可防止积灰，达到自清洁的效果。

2、导光管连接工艺一般为卡扣式缝合，无需胶带密封，上下插接式连接确保了密闭性和稳定性，增加导光管使用寿命。

3、漫射器需具有极强的透射性和散射性，将从导光管传递来的自然光重新分配，使之均匀分布在室内，其可见光透视比不低于0.85，光线经过漫射器后相对温和，光线照射面积被放大，以满足室内照明需求，采用亚克力材料，光线均匀，不易破损。漫射器一般有晶格漫射器和螺纹漫射器。

4、防雨装置材料一般需用铝材或不锈钢，一次性成型，具有防火、耐腐蚀性能。防雨装置可根据不同建筑结构要求，进行灵活定制不同材料和大小的产品。

5、根据用户需要，还可以选用智能调光控制装置。利用智能调光控制技术，可以先设置室内的光照度，通过光敏感应装置检测室内照度，到检测到室内照度高于或低于设置照度值时，智能模块进行自动调节，使室内达到一个稳定的照度值，给人一个舒适的工作环境。

4结语

本工程在建筑设计过程中，优先采用天窗方式改善天然采光条件，同时通过导光管、棱镜玻璃等措施充分利用天然光，节省能源消耗。导光管采光系统使人们在室内也能够沐浴太阳光，自然光为全光谱辐射，无频闪、无色偏、无眩光，使室内环境更加舒适健康。同时，导光管采光系统还能够彻底隔绝太阳光中的紫红外线和其他有害光线，改进视觉条件，减少光环境污染。工程于2021年1月11日开工，2022年3月30日完工试运行，目前工程运转一切正常。

图6现场导管筒完成实际效果图             图7现场导管筒完成实际效果图

导光筒的选择可以根据不同的建筑条件，选用相匹配的导光筒采集系统。集光器可选用晶钻型或平板型，侧墙采光还是屋顶采光，直管或弯管。随着导光筒采光系统日益推广，产品越来越多样化，目前，可根据建筑特点，采用定制导光系统。

导光管在安装过程中，需注意防雨装置的固定安装，保证地下室或屋面无漏水，同时需注意系统的密闭与防尘，安装时注意密封套圈的使用。另外，采光点位是建筑设计师根据光源模拟分析，计算所得，土建预留孔洞需预留准确。总体而言，导光筒安装工艺施工方法简单，采光效果好，无污染，同时导光筒外形美观，可与建筑及绿化完美结合，提高建筑品质，有显著的社会效益和环保效益，值得推广应用。

参考文献

[1] 吴自清   导光管照明在地铁车辆段项目中的应用研究 工程技术研究，2021年第7期

[2] 徐保永，苑秀更，李学良，郑晨晓，孙晓伟   第二十六界华东六省一市土木建筑工程技术交流会论文集 2020年9月

[3]金成兰   导光管采光系统在绿色建筑中的应用研究   科技与创新，2020年第3期

[4]冯喜军，吴小燕，徐英友，张立，祁生旺   光导系统组成及多光源组合照明方案分析   江西建材，2022年第3期

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