照明節(jié)能設(shè)計(jì)新思

康軍強(qiáng) 陳 偉 熊小明

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 北京 100048）

1 工程簡(jiǎn)介

大寧調(diào)蓄水庫(kù)庫(kù)區(qū)綠化美化工程是在大寧水庫(kù)西堤、南堤堤頂路及中堤安裝巡庫(kù)路路燈，在工程最初照明方案中路燈采用時(shí)鐘控制方式，但是時(shí)鐘控制方案不能根據(jù)用電的波峰波谷（前半夜和后半夜）來(lái)調(diào)節(jié)電壓，從而造成電能浪費(fèi)現(xiàn)象，且燈具長(zhǎng)期受波峰波谷電壓的沖擊，容易造成燈具使用壽命低，更換維護(hù)費(fèi)用大。本工程安裝150W/盞共計(jì)415盞路燈，照明總?cè)萘繛?2.25kW。隨著社會(huì)對(duì)節(jié)能意識(shí)的加強(qiáng)，減少碳排量成為生活生產(chǎn)中不可缺少的一部分，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，提高本工程的節(jié)約用電水平，在工程施工階段對(duì)方案進(jìn)一步優(yōu)化，最終決定采用智能節(jié)能照明控制器控制巡庫(kù)的路照明燈具。

2 智能節(jié)能照明控制器的特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是微處理器技術(shù)和現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，智能節(jié)能照明控制器應(yīng)運(yùn)而生，該產(chǎn)品在照明工程中的應(yīng)用有效地解決了燈具長(zhǎng)期受波峰波谷電壓的沖擊的問(wèn)題，延長(zhǎng)了燈具的使用壽命并減少了燈具維護(hù)費(fèi)用及降低了維護(hù)人員的工作量。它具有以下特點(diǎn)：

2.1 照明節(jié)能

受人類生活生產(chǎn)規(guī)律的影響，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電網(wǎng)普遍存在前半夜電壓偏低后半夜電壓偏高現(xiàn)象，而后半夜對(duì)道路及一些公共場(chǎng)所照度要求并不高，在現(xiàn)階段大部分道路及一些公共場(chǎng)所后半夜的照度與前半夜一樣，這樣就造成了照明用電過(guò)多無(wú)謂的浪費(fèi)；如果在這些場(chǎng)所采用智能節(jié)能照明控制器，就可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求自由的設(shè)定降壓的幅度，使燈具工作電壓被限制在一個(gè)合理的電壓水平，以達(dá)到燈具節(jié)能的效果。智能節(jié)能照明控制器可以實(shí)現(xiàn)三相完全獨(dú)立工作，各相帶不同的燈具類型，并可根據(jù)各相燈具的特性和照度要求分別調(diào)整降壓幅度及限壓水平，能將照明要求與節(jié)能控制在一個(gè)平衡位置，達(dá)到節(jié)能要求。

2.2 燈具保護(hù)19

智能節(jié)能照明控制器對(duì)燈具的保護(hù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）降壓及限壓。通過(guò)對(duì)照明回路的降壓及限壓，有效的避免了后半夜電網(wǎng)電壓升高，防止燈具長(zhǎng)期工作在一個(gè)不穩(wěn)定的電壓環(huán)境下容易損壞的情況。

（2）軟起軟停。智能節(jié)能照明控制器對(duì)照明燈具采用軟啟動(dòng)、軟關(guān)閉的控制方式，有效的防止了過(guò)電壓及冷啟動(dòng)大電流對(duì)回路中燈具的沖擊，使得燈具的損壞率大幅度降低。

（3）燈具預(yù)熱。常規(guī)下啟動(dòng)鈉燈、汞燈等燈具的是在邊通電邊啟動(dòng)，無(wú)預(yù)熱時(shí)間，而采用智能節(jié)能照明控制器控制鈉燈、汞燈等燈具，可以對(duì)這些燈具設(shè)定可調(diào)的全壓預(yù)熱啟動(dòng)時(shí)間，使得燈具能更充分的預(yù)熱，平穩(wěn)過(guò)渡到燈具正常的工作狀態(tài)，有效的保護(hù)了燈具。

2.3 智能控制

智能節(jié)能照明控制器的控制主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：

（1）多種控制方式。智能節(jié)能照明控制器支持時(shí)控、光控、現(xiàn)地控制、時(shí)光混合控制、遠(yuǎn)程控制、經(jīng)緯度自動(dòng)控制等，還可以實(shí)現(xiàn)全夜燈控制及半夜燈控制。

（2）智能調(diào)節(jié)。智能節(jié)能照明控制器三相可以完全獨(dú)立工作，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)各相開關(guān)燈的時(shí)間及輸出電壓，各相可以接不平衡照明回路和不同類型的照明回路。

（3）自啟動(dòng)。智能節(jié)能照明控制器具有完善的自啟動(dòng)功能，當(dāng)外部供電故障或者回路發(fā)生故障被排除后，通過(guò)智能節(jié)能照明控制器自檢可以對(duì)故障回路自動(dòng)重啟。

（4）遠(yuǎn)程控制。智能節(jié)能照明控制器均配有RS485接口，使用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS通信協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)與燈具管理所之間的信息傳遞，還可以在燈具管理所微機(jī)軟件中對(duì)路燈的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，能遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)區(qū)域的照明系統(tǒng)。

3 智能節(jié)能照明控制器的控制原理

智能節(jié)能照明控制器主要由主控芯片、傳感器、轉(zhuǎn)換器、顯示模塊、傳輸接口等構(gòu)成，這些電子元器件所構(gòu)成的控制器就可以組成多種控制方案。本工程根據(jù)巡庫(kù)路路燈實(shí)際工作情況，我們采用了半夜燈和全夜燈的智能節(jié)能照明控制器控制方案。全夜燈和半夜燈的接線中，全夜燈為整夜工作的燈具，半夜燈為后半夜關(guān)閉的燈具。

4 智能節(jié)能照明控制器的工作曲線

可編程的電壓——時(shí)間工作曲線如圖1所示。

圖1 可編程的電壓-時(shí) 工作曲線

圖中的1線為未使用智能節(jié)能照明控制器的工作曲線，2線是使用智能節(jié)能照明控制器正常運(yùn)行時(shí)的工作曲線，該曲線可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行任意調(diào)整。1線與2線所夾部分表示通過(guò)降壓限壓實(shí)現(xiàn)的節(jié)能效果。

5 照明負(fù) 電流計(jì)算方法

巡庫(kù)路照明采用三相供電。將負(fù)載平均分配到每組工作，使三相負(fù)載均衡，所以計(jì)算每相的負(fù)載電流通常使用以下公式計(jì)算：

每相電流=總功率÷功率因數(shù)÷額定電壓÷3

對(duì)于燈具的選擇方面，主要是阻性負(fù)載和容性負(fù)載。其中，阻性負(fù)載包括：普通白熾燈、碘鎢燈、鹵素?zé)舻?，這類燈具功率因數(shù)接近 1，負(fù)載電流計(jì)算為每相電流=總功率÷額定電壓÷3；感性負(fù)載包括：鈉燈、汞燈、熒光燈等，這類燈具功率因數(shù)為0.4～0.75，負(fù)載電流計(jì)算為每相電流=總功率÷功率因數(shù)÷額定電壓÷3。本工程巡庫(kù)路全長(zhǎng)10.375km，雙側(cè)布置燈具，共布置415盞路燈，每1km設(shè)置一配電柜，每一配電柜負(fù)載40盞150W鈉燈，燈具均未加單燈補(bǔ)償，功率因數(shù)為 0.4，電流I=40×150÷220÷0.4÷3=22.73A。

其中需注意的是：（1）對(duì)于鈉燈、汞燈等類型的燈具應(yīng)考慮啟動(dòng)電流大于額定電流的 20%左右；（2）對(duì)于具有單燈補(bǔ)償?shù)臒艟?，建議功率因數(shù)應(yīng)補(bǔ)償?shù)酱笥?.9；（3）單燈補(bǔ)償或集中無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，不能因?yàn)檫^(guò)補(bǔ)而補(bǔ)成容性負(fù)載。

6 使用節(jié)能照明控制器的經(jīng)濟(jì)效益

6.1 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

巡庫(kù)路照明總?cè)萘?2.25kW，電網(wǎng)電壓長(zhǎng)期穩(wěn)定在380V，考慮到水庫(kù)周邊離城市較遠(yuǎn)，道路的使用率比一般城市道路要低，每天的照明小時(shí)數(shù)按10個(gè)小時(shí)計(jì)算，所以每年的照明總小時(shí)數(shù)約為：365天×10小時(shí)=3650小時(shí)，其中路燈在額定電壓下工作按每天3小時(shí)計(jì)算，每年在額定電壓下工作的總小時(shí)數(shù)為365×3=1095小時(shí)，路燈在節(jié)電電壓下工作的總小時(shí)數(shù)為365×（10-3）=2555小時(shí)。根據(jù)北京地區(qū)非居民照明電價(jià)0.6357元/kWh計(jì)算。鈉燈的使用壽命最常用的是平均壽命一般標(biāo)稱的是24000小時(shí)，實(shí)際使用可以用兩年以上，我們?nèi)≡O(shè)計(jì)壽命為6000小時(shí)，鈉燈的價(jià)格按400元/盞計(jì)算，采用智能節(jié)能照明控制器節(jié)能效果一般可達(dá)10~45%，節(jié)電率取 0.25，可延長(zhǎng)燈具使用壽命達(dá)1~2倍，取1.5倍。

（1）直接節(jié)電效益分析

未采用智能節(jié)能照明控制器每年總電費(fèi)為62.25kW×10h×365天×0.6357元/kWh=144439元。

采用智能節(jié)能照明控制器每年總電費(fèi)為62.25kW×3h×365天×0.6357元/kWh+62.25kW×7h×365天×0.6357元/kWh×0.75=119162元。

可以看出采用了智能節(jié)能照明控制器每年能節(jié)省電費(fèi)為144439-119162=25277元。

（2）間接效益分析

未采用智能節(jié)能照明控制器燈具壽命為 6000小時(shí)，每年更換燈具次數(shù)為3650÷6000=0.61次。更換燈具費(fèi)用為 415盞×400元/盞×0.61=101260元。采用智能節(jié)能照明控制器燈具壽命為 6000小時(shí)×1.5=9000小時(shí)，每年更換燈具次數(shù)為 3650÷9000=0.41次。更換燈具費(fèi)用為415盞×400元/盞×0.41=68060元。

可以看出采用了智能節(jié)能照明控制器每年間接節(jié)約修理及更換費(fèi)為101260-68060=33200元。

從以上直接節(jié)約電費(fèi)和間接節(jié)省修理和更換費(fèi)每年總計(jì)節(jié)省費(fèi)用為25277+33200=58477元。

6.2 投資回收期

本工程巡庫(kù)路照明共采用 10臺(tái)智能節(jié)能照明控制器，總投資約 15萬(wàn)。從直接節(jié)約電費(fèi)和間接節(jié)省修理和更換費(fèi)來(lái)看，收回前期采購(gòu)智能節(jié)能照明控制器總費(fèi)用大約需要150000÷58477=2.57年。

7 結(jié)論

根據(jù)本工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，現(xiàn)階段智能節(jié)能照明控制器單臺(tái)價(jià)格偏高，成本的收回期偏長(zhǎng)，如果能控制在2年以內(nèi)將是一個(gè)比較合理的水平，不太適合大面積應(yīng)用，但是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，智能節(jié)能照明控制器的價(jià)格下行及技術(shù)提高將是必然趨勢(shì)。根據(jù)我國(guó)對(duì)世界的承諾“爭(zhēng)取到 2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%左右，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比 2005年下降40~45%”，降低城市化建設(shè)中的夜景照明電能消耗將勢(shì)在必行。