住宅地下停车场综合节能减排改造

地下停车场能够充分利用空间，在很大程度上解决了现代城市停车难的问题。但是，传统地下停车场由于位置和空间的限制，往往存在着光线差、空气不流通等问题；24小时不断电照明、高功率排风机的连续运转，也都将消耗大量能源。在地下停车场内寻找停车位的过程不但会消耗车主大量的时间和精力，而且车辆排放的尾气也会进一步加重建筑内的空气污染。随着越来越多地下停车场的出现，节能减排成了地下停车场的当务之急。

目前国内外针对地下停车场的建设耗能高的问题，大多是单方面地从采用LED灯、光伏等入手解决照明的能耗问题，但是，将地下停车场的节能减排从照明、通风、引导各方面统筹考虑，作为一个完整的体系加以研究设计的还较少见。

我们试图以节能减排、绿色健康为出发点，整合多种节约能耗的方法，对地下停车场的照明、通风、标识等进行深入细致的处理，争取最大限度地利用自然光和自然风，结合了采光罩、导光管、漫射镜、LED灯、光伏和开天窗利用光源等，设计一套“地下停车场自然光综合节能减排系统”，力图使地下停车场实现相当程度的节能减排，从而创造出绿色环保、低碳节能的地下停车空间。

我们设计的住宅地下停车场综合节能减排系统具有三个特点：

（1）利用日光照明：用开全景天窗+采光罩+导光管+漫射镜相结合的模式将自然光引到地下室内部，同时自带光伏板和LED灯，解决了夜晚采光的问题，减少地下停车场的照明成本。

（2）自然通风：将自然风力学的演算模拟装置安装在通风最好的位置，巧妙地将天窗的百叶窗改为进风系统，通过自然风力产生的气压差解决了电力通风的问题。

（3）智能车辆引导系统装置：采用车辆空位指示灯进行车辆引导。照明装置中的光伏板采光装置解决了该系统一部分用电的问题。该系统的构造示意图如图1所示。

图1   住宅地下停车场自然光综合节能减排系统构造示意图

该系统运用自然采光照明系统和感应式LED照明系统相结合的模式实现照明，利用百叶窗进行通风，在停车场内安装停车位指示灯，节约汽车在停车场寻找车位的时间。

照明系统

照明系统由自然采光系统和感应式LED照明系统两部分组成。

1、自然采光系统

自然采光系统主要以开天窗的方式，利用光导系统引入自然光，解决地下室采光问题。高透光的太阳能采集板构成金字塔形状的天窗，扩大了照射面积，也扩大了采集面积。天窗下部是防锈钢材百叶窗，可以通风。每个天窗下安装一个光导系统，将太阳光折射到地下室之中，同时每个装置下都附带一个太阳能采集装置，并配有LED灯照明，照明灯采用光敏形式，在阴暗时自动开启，解决自然光照明不足的问题。

天窗围护结构的形状如图1所示，做法如下：

（1）每个天窗设置警示装置，结构本身采用钢筋混凝土结构，加防水处理。

（2）外部构造采用金字塔结构的高透光采光板，内部安装太阳能收集装置，提供内部LED灯使用（LED灯安装在采光罩底部，在夜晚时进行照明）。

（3）环保处理：距离天窗1m周围种植植物加以装饰。天窗外部效果如图2所示。

图2   天窗外部BIM效果图

 2、感应式LED照明系统

感应式LED照明系统主要以感应式开关灯，减少亮灯时间来节能。当车辆或人员通过该道路时，感应灯通过红外线感应装置，在车辆进入之前亮灯，车辆通过后，缓慢降低亮度，直至熄灭，达到车来灯亮、车走灯灭的效果。

停车位指示灯系统

该系统同时加入汽车空位置感应灯。当车辆入库率达到80%以上时，开启停车位指示灯，来减少汽车在大型停车场内部的行驶时间，减少尾气排放，实现环保的目的。车位感应灯的安装位置如图3-图4所示，车位感应场景如图5所示。

图3    感应式LED灯场景示意

图4   车位感应灯

图5   车位感应场景示意图

计算思路

我们分析成都市某小区的地下停车场，拟为该停车场安装64个图1所示的采光系统。在模拟采用地下停车场自然光综合节能减排系统前后，根据每天用电量和碳排放量的差值，计算出本系统每天节约的用电量和碳排放量，然后计算出本系统单位停车位的经济效益和环境效益，最后求出该系统能够为该停车场带来的环境效益和经济效益。

改造前该停车场的日耗电量

该地下停车场建筑面积5,100平方米，车位数为130，照明灯数量为120盏，每盏灯40瓦；排风机10个，每个1,500瓦。

（1）每小时灯的用电量：

120（盏）×0.04kW×1h=4.8kW·h

一天灯的用电量：

4.8kW·h×24h=115.2kW

 （2）每小时排风机的用电量：

10（个）×1.5kW×1h=15kW·h

一天排风机的用电量：

15kW·h×24h=360kW

（3）该地下停车场一天的用电量：

115.2kW+360kW=475.2kW

采用本系统之后的耗电量

运用自然光综合节能减排系统后，该地下停车场在利用天窗自然光采光系统的情况下，在8:00-17:00时间段可以利用自然光进行照明。成都气象数据表明，除下雨天外，成都每年约有190天的阴天和125天的晴天。一块1平方米的太阳能电池板发电功率为100W，每天可接受日照时间为6h，该天窗的太阳能光伏板蓄电池可接受太阳光有效照射面积为4平方米，相当于每天可储存2,400W的电量。储存的电量能够在当日17:00-次日8:00释放出来供给车辆引导系统的指示灯。在阴天情况下，每天需要提供人工照明的时间约为15小时。灯具用电情况对比如表1所示。

以上述停车场为例，根据统计，在8:00-17:00内进出该停车场的车流量约为80辆。根据该停车场的情况，将停车场原先的灯具进行调整。照明采用自然光采光照明系统，将原有的120盏功率为40W的普通照明灯改为64盏功率60W的LED采光系统灯；引导系统采用130盏功率为8W的指示灯。采用本系统后，在无车辆驶入或无人员进去的情况下，全部LED灯将智能关闭。停车位指示灯可以在入库率达到80%后，引导司机快速找到空车位，完成停车动作。根据调查，每天车辆停车率能够达到80%时的时间段，为当日20:00-次日8:00，所以指示灯用电量以12小时计算。由此可以计算出采用了本系统后该地下停车场一天节约的电量。

（1） 整个停车场的指示灯一天的用电量：

0.008W×130（盏）×12（h）=12.48 kW·h

（2）太阳能光伏板蓄电池储存的电量可为一盏LED灯供电的时间：

100W×4×6h=2.4 kW·h

2.4 kW·h÷60W÷15h=2.67（天）

（3）LED灯人工供电的每天需要的用电量：

[365－（125×2.67）] ×60×15÷365=0.08 kW·h

（4）改造后减少排风扇两个节约电量为72 kW·h

（5）使用该系统停车场比传统停车场每天节约电量：

367.2-12.48-0.08-180=174.64 kW·h

改造后的效益计算

1、经济效应

计算出使用智能照明系统后，该停车场每天共节约174.64kW·h的电量，相当于平均每天节约标准煤282.64kW÷813.7kW=0.35吨。

（1）在使用该系统后，每天节约电费：

174.64kW·h×0.87元/kW·h=151.94元。

（2）一年省的电费为：

151.94×365=55456.93元

2、环境效应

采用智能照明系统，能指示空车位，平均每辆车减少两分钟的找车位时间，平均每分钟汽车尾气的排放量为1,000升，该地下停车场一天的车流量约为130辆。所以每天可以减少的汽车尾气为：

130（辆）×1（千升）×2（分钟）=260（千升）

3、地下停车场自然光综合节能减排系统的成本及回本分析

单个自然光系统的改造成本如表 2所示。

 （1）该地下停车场的改造成本为：

4387元/个×64个=280768元。

由于每年节约电费：

174.64kW·h×0.87元/kW·h×365=55456.932元/年

如果是对于已有地下停车场进行改造，在顶板上打孔安装系统，则需要的回本年限为：

280768元÷55456.932元/年=5.062年

因此，若后期打孔，将在5.06年后回本。

（2）如果在新建地下停车场，可以在设计时直接应用该系统。这样不需要破坏顶板原有结构，不需要打孔及密封，能够节约混凝土浇灌的费用及打孔、密封费用。该费用为：

a.每个孔节约混凝土费用：

2×2×0.1m3×2 500元/m3=1000元

b.每个系统减少费用为：

混凝土+顶板打孔费+密封费

=1000+240+100=1340元，总成本费用减少为（4387-1340）元×64个=195008元

195008元÷55456.932元/年=3.52年

所以如果对于新建地下停车场，在设计时就引入该系统，就能在3.52年后回本。

地下停车场自然光节能减排系统是成都工业学院的同学在第十一届全国大学生节能减排科技与社会实践大赛上的参赛作品（图6）。该系统主要解决住宅地下停车场节能减排问题，也可应用于市政、工业、商业、公园的地下空间。

通过上述分析可知，该系统理想的状态是：在地下停车场的设计阶段，就在地下停车场钢筋混凝顶板板上留洞口。在停车场主体工程施工完毕后，在预留洞口安装金字塔形天窗以及其内部的光伏系统、LED灯等。这样既能节约既有停车场后期改造成本，又可以防止由于改造过程中密闭效果不好导致的后期渗漏等问题。目前该系统仍然在探索阶段，主要是提供一套节能减排的思路和理念，以期抛砖引玉，引起社会对停车场节能减排问题的重视和思考。

本文作者：程志巧、赵洪健、杨诗、黄文舟、肖瑶。

作者单位：成都工业学院建筑与环境工程学院

原文发表于《现代物业·设施管理》2019年5期