屋面导光管采光系统及其应用.docx

屋面导光管采光系统及其应用李正刚（中国五洲工程设计集团有限公司，北京 100053）摘要：屋面导光管采光是建筑物自然采光的新做法，适用于各种类型的屋面。该系统由屋面采光罩、防雨装置、导光管和室内漫射器组成；可根据建筑的使用性质，按建筑采光设计的国家标准确定系统的采光等级和照度值；安装时要求 做好基座的泛水。关键词：屋面导光管；采光；组成；安装文章编号：1007-497X（2013）150042-05中图分类号：TU231；TU745文献标识码：BThe Lighting System of Light Pipe on Roof & Its ApplicationLi Zhenggang（China Wuzhou Engineering Group Co., Ltd., Beijing 100053, China）Abstract: The lighting of light pipe on roof is a new approach to natural lighting of buildings, which is suitable for all typesof roofs. The system consists of roof lighting cover, rain means, light pipe and indoor diffuser. The daylighting grade and illuminance value of the system can be determined according to the use of building and national standard for lighting design of buildings, and the flashing of bedding must be installated well.Key words: roof light pipe; lighting; composition; installation目前，我国可再生能源在建筑中的应用，比较成熟的技术有三种方式，即：太阳热能利用（太阳能热水 器）；太阳能光电转换（光伏发电）；太阳光直接利用（合理开窗与配置采光装置等）。屋面导光管采光是太阳光直接利用的手段之一，它是通过系统构件装置组 合实现的。导光管采光系统是一种绿色、健康、环保、 无能耗的新型自然采光产品。1导光管采光系统的应用导光管采光系统是英国蒙诺加公司在上世纪 80 年代末研发的一种新型采光装置，近 20 年来这项技 术已经在欧美国家得到广泛应用。瑞士巴塞尔购物中心的中庭采用的是直径大约 3 m 的大型导光管采光系统，室内采光效果非常好。2011 年建成的伦敦奥运 会手球馆建筑面积 7 171 m2，用 88 根直径为 1.5 m 的导光管照亮了整个比赛场地（图 1）。这种采光装置 不用电，传输的是自然光线，全光谱，无频闪、无眩光， 它的应用极大地减缓了欧美国家电力能源紧张的问 题。与传统的屋面采光窗相比较，导光管采光具有隔 热、隔音、避免阳光直射、采光效率高、可以穿过吊 顶、阁楼和与屋面相隔的楼层等特点，所以它得到了 国际社会的广泛关注。这项技术于 2004 年引入我国，并在地下车库、体育馆、大型工业厂房、仓库、办公室、会议室、学校、医院、别墅等场所广泛应用。第七届国 际园林博览会济南园博园主展馆屋面的导光管有大 有小，其中大型的直径达 2.4 m，导光管采光系统设收稿日期：2012-12-21作者简介：李正刚，男，教授级高级工程师，副总建筑师。联系 地址：100053 北京市西便门内大街 85 号 五洲工程设计研究 院，电话E-mail：。42CBW-Roofing Engineering 2013.15图 1 2012 年伦敦奥运会手球馆导光管采光系统（上） 及该馆剖面示意图（下）图 2 济南园博园屋面导光管采光系统坡屋面卷材、涂膜屋面蓄水屋面种植屋面 停车屋面图 3 导光管采光系统应用示意图采光罩 防雨装置延长管标准管固定环 漫射器弯管图 4 导光管采光系统构成示意图屋面辅助配套件管采光系统设置在蓄水池中，将自然光引入喷泉下方的地下室。我们在做工业建筑项目设计时，经常会按工艺设 计的要求，在车间外侧贴建生活辅房或生产辅房。当 辅房的内走廊被四周的房间包在里边成为暗廊时，导 光管采光系统就可帮助解决自然采光的难题。导光管采光系统可用于平屋面、坡屋面和金属屋 面，亦可用于种植屋面、蓄水屋面和停车屋面等。导光 管系统在建筑物中应用的示意，见图 3。置在种植屋面上（图 2）。昆明卷烟厂联合工房和上海家乐福金桥店仓库，都是将导光管采光系统设置在金 属屋面上。上海的这一项目还因采用了这种节能设 施，获得了上海市节能技术改造项目专项资金。河南 安阳广厦新苑小区地下车库采用了平板型采光罩的 导光管采光系统，地面上照样可以行车停车，同时还解决了地下车库的白天采光要求。天津市高等交通学 院东局子体育馆篮球馆的屋面设置了可调光的导光 管采光系统，利用自由调控装置可以根据篮球馆室内 不同时间不同照度要求，来调控室内比赛场地采光的 亮度。此外，广州亚运会开闭幕式广场的海心沙，导光2导光管采光系统的构成导光管采光系统由屋面采光罩、防雨装置、导光 管和室内漫射器构成（图 4）。2.1屋面采光罩屋面采光罩是用聚碳酸酯 （PC） 一次注塑成型201315 中国建筑防水屋面工程 43采光罩保温密封圈 防雨套圈成品高密度 聚乙烯波纹管附加防水层防水层 导光管翻边配筋（见单体工程）25355050图 5 防雨套圈的应用采光罩 保温密封圈防雨板导光管附加专用自粘防水层 保温密封垫100水泥钉密封胶封严80密封胶封严 水泥钉10100图 6 防雨板的应用屋面辅助配套件的，表面喷涂 UV 光固化硬质涂层，光滑耐磨并且有自洁能力。采光罩还耐紫外线照射，透光性强，不易破 碎，质量轻。阳光（自然光）经过采光罩聚集后，折射进 入导光管。采光罩的造型，有半球型、平板型、钻石型 等，目前以半球型的应用最为广泛。平板型的适用于要求地面平整可以走车的广场、街道和停车屋面，并 且采光罩可以适应各种场地楼地面的不同承重要求。2.2 防雨装置在采光罩与屋面安装基座的连接处，配有防雨装 置。一般防雨装置有两种，即防雨套圈和防雨板，都是 铝合金材质的，系一次冲压成型，表面经氧化喷砂处 理。防雨装置的作用是覆盖屋面泛水的接口，防止雨 水渗入。当安装基座翻边较窄时，装置的尺寸一般为5060 mm，可用防雨套圈将屋面防水层的收头一起 套起来（图 5）。弯管，将光线传输到建筑设计需要采光的地方。导光管质量轻、易固定，尺度大的导光管光线最大传输距 离可达 20 m。目前，国内导光管产品的最大直径可达2 400 mm，常用的导光管标准管长度有 610 mm 和 1250 mm 两种，直径为 330750 mm。如有安全需要， 在导光管上部还可安装防盗网。2.4室内漫射器 室内漫射器具有较强的透射性，可将进入系统的自然光重新分配，使之均匀地分布到室内。它的外观 很像大型的吸顶灯。漫射器可帮助用户制造无眩光、 全光谱、健康舒适的光环境。室内采光要求较高的工程，可采用有机玻璃漫射器；要求一般的地下室，可采用聚碳酸酯漫射器。在漫射器上边的导光管里，还可 安装调光装置，通过遥控器控制遮光片的旋转角度， 对室内光照度进行调节，甚至完全关闭。如果在导光 管的管壁上安装有电力照明系统，就可解决夜晚照明 的需要，这种做法还可节省天花板上的灯具。3导光管采光系统的选用与安装3.1系统的选用建筑平面设计时，可根据房间的使用性质，按建 筑采光设计的国家标准确定采光等级和照度值。常用 导光管直径与照度值的关系和参考采光面积，见表1；设计人可以参考表列参数值选择导光管采光系统 的数量和直径。例如设计的是地下变电所，顶部采光当安装基座翻边的上口宽度较大时，装置的尺寸一般为 150200 mm，可用防雨板，再用耐候性能好 的自粘防水卷材封口（图 6）。2.3导光管导光管是传输光线的重要部件，它的反射率在98%以上。导光管用 0.4 mm 厚铝合金板弯制成管材， 内衬镜面反射膜，它的反射率越高，剩余光通量越大。 导光管除标准管是直管外，还有各种角度的弯管。在 光线较长距离传输中遇到障碍时，可采用不同角度的44CBW-Roofing Engineering 2013.15采光罩1008000导光管250附加防水层 3（附加防水层）屋面做法 防水层保温材料图 7 采光罩安装屋面辅助配套件表 1导光管采光系统设计参数表照度为 75 lx，导光管长度为 1 m，作业面距漫射器距离为 46 m，选用的导光管直径为 450 mm，查表 1 可 得 知 照 度 值 为 12060 lx，一个导光管系统可 满 足2050 m2 的采光需要；如果变电所的平面尺寸为 8 m8 m，选择二个导光管采光即可。3.2系统的安装导光管采光系统的施工安装与传统的屋面采光 罩类似，主要是要求做好基座的泛水。如导光管采光 系统安装在钢筋混凝土屋面上，在屋面结构设计时屋 面上应做预留洞。洞的周边做高出屋面面层 300 mm 以上的基座（图 7）。施工时为节省模板和方便施工， 推荐采用高密度聚乙烯波纹管做现浇钢筋混凝土基 座的内模板。高密度聚乙烯波纹管是双壁结构，外壁 是环形波纹状，内壁是平滑表面，用双机共挤工艺生 产成型，主要用于下水道工程的衬管。这种波纹管具 有抗压强度高、工程造价低、施工快捷、耐低温等特 点，长度可根据工程需要现场切割，具体安装构造，见 图 8。用于停车屋面及道路广场上的屋面采光罩，为方形的玻璃罩。通过金属连接件，将方形的玻璃罩架在 内圆外方的钢筋混凝土翻边上，其安装详图见图 9。 钢筋混凝土的翻边高度，要求低于屋面面层设计标高130 mm。在屋面或道路广场设计找坡时，应注意尽量 不要将屋面采光罩放在集水区域内，以防渗漏。4结语“低碳经济”方兴未艾，并已成为世界各国经济发201315 中国建筑防水屋面工程 45导光管直径/mm导光管长度/mm室外照度为 45 klx 时，漫射器正下方不同距离的照度值/lx参考采光面积/m21 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m10 m地上建筑地下空间3300.611582891287251010201115328812872211432851277131133283125704500.621565392391348659102020501215153723913486582213653423713384563212253023513282555300.629937483321871198361462030501001298674633118611982604322969742330185118825942329537383281841178159427500.6600015006663752401661229374603050100200159911497665374239166122937359259671491663372238165121937351359431488659368233163120927148采光罩保温密封圈 防雨套圈002503导光管附加防水层 （附加防水层）成品高密度屋面做法 聚乙烯波纹管防水层 保温材料图 8 聚乙烯波纹管的应用方形成品平顶12 50密封胶封严 耐车载采光罩屋面标高0防水层13固定连接件回填土 导光管附加防水层10图 9 停车屋面采光罩安装构造屋面辅助配套件的工作与生活环境正在发挥着重要的作用。参考文献：1 中国五洲工程设计有限公司，中国建筑标准设计研究院.12J201 平屋面建筑构造S.北京：中国计划出社，2012.展的主旋律，屋面导光管采光技术巧妙地利用太阳光，改善无法设置外窗的建筑物的采光和室内环境， 为人们创造了可持续发展的生存环境，也为改善人们止植物根系对防水层的穿刺破坏，还必须设置一道耐根穿刺防水层。通过检查设计是否符合一级防水等 级的防水设防要求、检查使用的耐根穿刺防水材料及 其施工方法是否具有符合要求的全项检测报告，确定 是否满足本条要求。4 结语种植屋面作为一种屋面类型，具有节能降耗、降 噪滞尘、改善环境、缓解热岛效应、提高人们生活和工 作环境质量等作用，同时还可以保护建筑物顶部，延 长屋顶建材使用寿命。近年来，种植屋面在国内外成 为一种趋势，国外（如德国、瑞士、意大利、新加坡等） 从设计理念到材料技术，都达到了一个相当成熟的阶 段，同时政府也给予了很大的政策支持力度。我国的 种植屋面也在近几年得到快速发展，逐渐受到国家、 地方和市民的认可 ，成为一种屋 面发展趋势 。JGJ1552013种植屋面工程技术规程的修订，将会进 一步规范种植屋面市场，推动中国种植屋面技术的发 展。（上接 第 29 页）原结构进行鉴定。”荷载涉及建筑结构安全，新建种植屋面工程的设计应首先确定种植屋面基本构造层 次，根据各层次的荷载进行结构计算。既有建筑屋面 改造成种植屋面，应首先对其原结构安全性进行检测 鉴定，以确定是否适宜种植及种植形式。新建种植屋 面必须进行种植荷载计算，既有建筑屋面改造还要进 行结构安全性评估。设计师应按本规程的规定设