1研究背景某建筑位于河北省燕郊空港物流国际产业基地，分为一层、夹层、二层和三层。总建筑面积约4 360 m2，占地面积约2 000 m2。建筑现状为物流工业用房，拟改造成为实验办公综合楼。工业建筑现有照明系统无法满足实验办公综合楼的基本需求，按照实际需要和相关标准规范的要求进行改造，需要达到科研基地改造项目国家级低碳实验室功能设计改造的要求。现有建筑进深过大，改造后部分功能房间无法进行自然通风采光，必须进行改造。基于以上改造要求，根据现状、当地应该满足的建筑节能标准和后续应用低碳实验办公综合楼的要求，对现建筑进行优化并改造。2优化研究2.1照明标准要求在满足建筑照明要求的基础上，根据《建筑采光设计标准》（GB 50033—2013）[1]，办公建筑的采光系数标准值如表1所示。表中数值适合我国Ⅲ类光气候区，其他类光气候区的采光系数限值应做相应修正，各类光气候区的光气候系数如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T001表1办公建筑的采光系数标准值采光等级房间名称侧面采光采光系数最低值/%室内天然光临界照度/lxⅡ设计室、绘图室3150Ⅲ办公室、工作室、会议室210010.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T002表2各类光气候区的光气候系数项目光气候区ⅠⅡⅢⅣⅥ光气候系数0.850.901.01.101.20室外临界照度/lx6 0005 5005 0004 5004 000本项目位于燕郊，属于Ⅲ类光气候区，室外自然光临界照度值为5 000 lx。根据标准要求，在全阴天漫反射条件下进行模拟计算，玻璃透光率取0.5。模拟平面高度取距地面0.75 m。按照《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）[2]推荐的不同房间电器设备功率值，普通办公建筑的照明强度为20 W/m2、高档办公室为13 W/m2、会议室为5 W/m2。采用高效照明灯具使照明功率密度设计值达到《建筑照明设计标准》（GB 50034—2020）[3]中的目标值。办公建筑和其他类型建筑中具有办公用途的场所照明强度限值如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T003表3办公建筑和其他类型建筑中具有办公用途的场所照明强度限值房间或场所照明标准/lx照明强度/(W/m2)现行值目标值普通办公室300≤9.0≤8.0高档办公室、设计室500≤15.0≤13.5会议室300≤9.0≤8.0服务大厅300≤11.0≤10.02.2现状模拟结果研究采用Ecotect建模的方式对项目的室内光环境进行模拟，并对模拟结果进行优化设计。Ecotect是一个全面的技术性能分析辅助设计软件，可以进行太阳辐射、热、光学、声学和建筑投资等的综合分析。Ecotect中的昼光照明分析均以采光系数为基础，而采光系数计算采用建筑研究组织(Building Research Establishment)的分项研究(Split Flux)方法。基于以下假设，不考虑直射光，到达房间内任一点上的自然光包含3个独立的组成部分：天空光组分(Sky Component，SC)、外部反射光组分(Externally Reflected Component，ERC)和反射光组分(Reflected Component，IRC)。系统分别计算某一点上的3个不同组成部分内容，综合取得采光系数。通过采光系数和室外设计天空照度（查询光气候分区取得）可以计算工作面照度。Ecotect采用国际照明委员会(CIE)的全阴天模型，考虑最不利条件下的情况，上述计算不包括直射日光。对建筑的一层、夹层、二层和三层分别进行优化模拟。以二层为例，二层计算模型如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.F001图1二层计算模型对建筑的采光情况进行模拟计算，二层的采光系数如图2所示。近窗户处采光较好，无窗走道和中间暗房间采光较差。二层平均采光系数为2.39%。根据二层采光系数的计算结果，二层主要需要改善中间暗房间及无窗内走道的采光效果。另外，化学分析室由于房间进深较大，也需要加强采光。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.F002图2二层的采光系数一层主要优化对象为北侧实验室，由于进深大，层高高，实验室远离外窗处采光较差。一层主要暗房间主要为设备机房，这些房间非主要使用空间，对采光无强制要求。夹层的标高高于一层外窗顶高，无自然采光，夹层优化需要解决该层的自然采光问题。在夹层增加了采光通风窗，夹层采光得到了极大的改善，虽然采光通风窗面积不大，但是由于夹层的层高有限，进深处采光效果尚可，改造时建议采用浅色棚顶以增加自然光的反射，进一步增强进深处的采光效果。夹层增加采光窗后，一层采光效果同样获益，一层报告厅部分采光效果得到增强。为了使一层实验室采光效果得到改善，夹层与实验室的隔墙以及两个实验室隔墙在夹层标高以上改为玻璃隔墙，使得新增采光通风窗同样可以作用于实验室进深处，一层采光效果得到进一步加强。三层进深小、房间分隔较为简单，采光效果良好，不需要额外优化。2.3优化改进该建筑的采光优化主要采用局部增加采光窗、屋顶导光管、所有常用房间主照明采用节能荧光灯以及在内墙增设窗的做法，在不改变项目平面布局和立面风格的前提下进行采光优化。2.4优化后模拟计算及结果对该建筑通过局部增加采光窗、屋顶导光管以及在内墙增设窗进行优化后模拟计算。由于遮挡等原因，暗房间无法加装导光管，因此在内走道处增加导光管，并在内走道两侧的墙上开窗，借用内走道导光管增强采光效果。化学分析室进深处也增加了导光管，使整体采光效果得到增强。优化后二层采光系数的模拟计算结果如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.F003图3优化后二层采光系数的模拟计算结果优化后，二层平均采光系数为2.91%，比优化前(2.39%)增加了21.76%。优化后房间照明的功率密度如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T004表4优化后房间照明的功率密度房间类型设计照度值/lx照明强度/(W/m2)办公室3008洗手间1505优化前后平均采光系数对比如表5所示。优化后，室内平均采光系数明显增加，夹层平均采光系数的增幅达到115.97%。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T005表5优化前后平均采光系数对比位置优化前优化后优化比例一层2.993.155.35夹层1.192.57115.97二层2.392.9121.76三层3.943.940%3优化前后能耗分析3.1优化前照明耗电计算优化前未有实际运行数据，按照标准要求指标进行计算。计算涉及该建筑所有功能区域，过程较为烦琐，以二层为例，列出各功能区的年耗电情况如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T006表6二层各功能区的年耗电情况项目面积/m2照明强度/(W/m2)功率/kW时间/h年耗电/kWh总计15 800实验室82397.4071 0357 666试验区走廊10380.8241 035852办公室23992.1512 7605 936会议室6090.540690372休闲区5080.4501 725776其余附属室4860.2886901983.2优化后照明耗电计算优化前、后照明系统年耗电量如表7所示。优化后，一层、夹层和二层的照明能耗降低。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.02.005.T007表7优化前、后照明系统年耗电量项目优化前年耗电量/kWh优化后年耗电量/kWh总计38 20032 634一层13 89113 147夹层3 7201 722二层15 80012 976三层4 7894 789优化前、后年耗电量减少38 200-32 634=5 566 kWh，相当于节约标准煤5 566×0.4[4]=2.23 t，二氧化碳减排5 566×0.997[4]=5.5 t，二氧化硫减排5 566×0.03[4]=0.17 t，氮氧化物减排5 566×0.015[4]=0.08 t。4结语通过局部增加采光窗、屋顶导光管以及在内墙增设窗等方式对该建筑进行优化，与优化前相比，年节能5 566 kWh，相当于年节约标准煤2.23 t，减少二氧化碳排放5.5 t，减少二氧化硫排放0.17 t，减少氮氧化物排放0.08 t，节能减排效果明显。