淺談?wù)彰鞴?jié)能技術(shù)與應(yīng)用

熊小俊(中國建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院， 北京 100044)

引言

節(jié)約能源是我國的一項(xiàng)基本國策。電力能源是社會發(fā)展進(jìn)步以及人民生活不可或缺的重要能源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國電力消費(fèi)占終端能源消費(fèi)的比重約達(dá)到25%。在電力消耗中，照明的用電量占總用電量的10%～12%，且照明節(jié)電一般可達(dá)到20～30%，因此，有效的照明節(jié)電在節(jié)約能源方面有著巨大的潛能。

我國從上世紀(jì)末，就已經(jīng)積極倡導(dǎo)綠色照明，其中高效節(jié)能是綠色照明的一項(xiàng)重要指標(biāo)。當(dāng)然，綠色照明的理念并不僅局限于此，它是在高效節(jié)能的同時，提供既滿足人們工作、生活照度要求又安全、舒適的照明環(huán)境。以減少眩光、紫外線等對人體用眼的傷害，以及根據(jù)需要營造良好的燈光氛圍，提高舒適度。以下重點(diǎn)從節(jié)能電光源和智能照明管理兩方面來介紹照明節(jié)能的技術(shù)方法。

1 節(jié)能電光源

高效節(jié)能的電光源是照明節(jié)能的首要因素，選擇節(jié)能的燈具及電器附件也是照明節(jié)能設(shè)計(jì)的必要環(huán)節(jié)。

1.1 光源的類型

照明光源按發(fā)光形式可分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發(fā)光光源三大類。

1)熱輻射光源

電流流經(jīng)導(dǎo)電物體，使之在高溫下輻射光能的光源。常用的有白熾燈和鹵鎢燈。這類燈結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，曾被廣泛應(yīng)用。

2)氣體放電光源

電流流經(jīng)氣體或金屬蒸氣，使之產(chǎn)生氣體放電而發(fā)光的光源。氣體放電包括弧光放電和輝光放電兩種，放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種?；」夥烹姽庠窗ǎ簾晒鉄簟⒌蛪衡c燈等低氣壓氣體放電燈，高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強(qiáng)度氣體放電燈，超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。輝光放電光源包括利用負(fù)輝區(qū)輝光放電的輝光指示光源和利用正柱區(qū)輝光放電的霓虹燈，二者均為低氣壓放電燈。

3)電致發(fā)光光源

在電場作用下，使固體物質(zhì)發(fā)光的光源。它將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。如LED(Light Emitting Diode)燈，就是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。

1.2 光源的主要參數(shù)

光源的光效即輻射的光效能。光效越高，則電能轉(zhuǎn)化為光能的效率越高，越有利于節(jié)能。人工光源對物體的顯色能力一般以顯色指數(shù)表示，100為最大值，80以上的顯色性即為優(yōu)良，此環(huán)境下能對物體色彩進(jìn)行正確判斷；色溫通常在3 200K以下的光源，顏色偏紅、偏黃，給人以溫暖的感覺；色溫在3 200K～5 000K的光色呈暖白色，也被稱為“自然色”；色溫超過5300K時，顏色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺。在高溫地區(qū)多采用色溫高于4 000K的光源。

1.3 光源的選擇

光源的選擇，應(yīng)根據(jù)使用場合的需要，在滿足顯色性、啟動時間等要求的同時，結(jié)合光源光效、使用壽命、經(jīng)濟(jì)因素等綜合分析考慮。根據(jù)不同的使用環(huán)境，選擇高效節(jié)能的光源。

對一些常見光源的主要參數(shù)比較見表1。

通過對主要參數(shù)進(jìn)行對比不難發(fā)現(xiàn)，辦公室、教室、會議室、生產(chǎn)車間等室內(nèi)場所一般宜采用光效高、壽命長的細(xì)管徑直管形熒光燈；高度較高的工業(yè)廠房，應(yīng)按照生產(chǎn)使用要求，采用金屬鹵化物燈或高壓鈉燈，亦可采用大功率細(xì)管徑熒光燈。白熾燈或鹵鎢燈，除在一些特殊場合(如：要求瞬間啟動、防電磁干擾要求嚴(yán)格以及不宜采用氣體放電燈的場所)使用外，其他均已被指標(biāo)明顯優(yōu)于白熾燈的細(xì)管熒光燈取代。根據(jù)我國發(fā)布的《逐步淘汰白熾燈路線圖》，到2016年前，國內(nèi)將分階段逐步徹底淘汰白熾燈，進(jìn)而全面引入年可節(jié)電480億度的節(jié)能熒光燈。這也是我國現(xiàn)階段節(jié)能改造的一個重要途徑。

近年來，隨著LED技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是白光LED的出現(xiàn)，以及白光LED燈光效的逐步提高，LED燈也逐步在日常照明中使用。與傳統(tǒng)光源相比，LED燈具有眩光小、無輻射、壽命長、耗電低，光效高等優(yōu)點(diǎn)。但由于受到價(jià)格較高、初期投入大以及散熱困難、光源的方向性比較強(qiáng)等因素影響，LED燈目前還未被廣泛應(yīng)用于日常照明。不過，LED燈的技術(shù)日新月異，這種典型的綠色照明光源必將很快應(yīng)用于百姓的日常照明當(dāng)中。

1.4 燈具及電器附件

在滿足眩光限制和配光要求條件下，應(yīng)選用效率較高的燈具，如開敞式熒光燈燈具效率不應(yīng)小于75%，格柵式熒光燈不應(yīng)小于60%。且應(yīng)選擇節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器。熒光燈的電子鎮(zhèn)流器，多用于20kHz～60kHz頻率供給燈管，使燈管光效比工頻提高約10%(按長度為4'的燈管)，且自身功耗低，使燈的總輸入功率下降約20%，有更佳的節(jié)能效果。

1.5 相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

近年我國及地方相繼出臺照明節(jié)能相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，如《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，(GB/T50378-2006)；北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/T825-2011)；其中關(guān)于照明節(jié)能方面的規(guī)定均與我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2004)中相符，已明確要求選擇高效節(jié)能光源、燈具等，尤其對照度功率密度值(LPD值)有詳細(xì)的規(guī)定，這既是對照明質(zhì)量的具體要求，同時也作為衡量節(jié)能照明的重要標(biāo)準(zhǔn)，在工程設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格執(zhí)行。

2 智能照明管理系統(tǒng)

高效的節(jié)能光源是節(jié)能照明的首要因素，合理的照明管理則是照明節(jié)能的另一個重要手段和有效途徑，這就需要完善的智能照明控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

2.1 系統(tǒng)介紹

智能照明控制系統(tǒng)是KNX/EIB智能建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的組成部分，它與其他諸多獨(dú)立的控制環(huán)節(jié)如窗簾、空調(diào)、通風(fēng)、安防等共同集成于智能建筑環(huán)境控制系統(tǒng)中，在這個系統(tǒng)內(nèi)，每個元器件都能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立或者集中的控制功能。

2.2 典型區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)在照明節(jié)能上的應(yīng)用

1)辦公區(qū)域智能照明控制

利用智能照明控制系統(tǒng)中的定時功能和人體感應(yīng)系統(tǒng)功能。通過時鐘模塊，設(shè)定上、下班時間，在上班時間、人員相對固定的區(qū)域，定時開啟照明；在下班時間或人員工作相對靈活的區(qū)域，系統(tǒng)將自動切換至手動模式，加班人員通過設(shè)置在入口處的控制面板，開啟相關(guān)區(qū)域的照明，也可設(shè)置為由人體探測系統(tǒng)控制模式，人來開燈、人走自動關(guān)閉。其次，辦公區(qū)域照明控制應(yīng)考慮充分利用自然光線照明，在靠近窗戶的區(qū)域，設(shè)置照度感應(yīng)器，可根據(jù)自然光線的強(qiáng)弱，控制靠窗照明回路。

表1 常見光源的主要參數(shù)

圖1 KNX/EIB智能建筑環(huán)境控制系統(tǒng)的組成示意圖

2)公共走道、大廳、電梯廳照明

公共走道、大廳、電梯廳等場所的照明可設(shè)置為白天上班模式、晚上下班模式或節(jié)假日模式。上班時間定時開啟全部照明或根據(jù)需要開啟部分照明，下班時間段或節(jié)假日，則采用紅外感應(yīng)或更為先進(jìn)的基于圖像的人體探測技術(shù)控制照明開、關(guān)，做到人來燈亮、人走燈滅，節(jié)約能源。另外，走道、大廳等區(qū)域的應(yīng)急照明在火災(zāi)時應(yīng)能由消防系統(tǒng)強(qiáng)制點(diǎn)亮。

3)會議室、報(bào)告廳照明

會議室、報(bào)告廳的照明控制要求較高，不同的場景、不同的區(qū)域，有不同的照明要求。在會議室安裝多功能控制面板，該面板可按照不同場景燈光設(shè)置，實(shí)現(xiàn)一鍵式控制或采用帶紅外功能的控制面板，例如會議場景、演講場景、休息場景等，這樣通過燈光環(huán)境的切換，既能營造良好的會議環(huán)境、提高工作效率，又節(jié)約能源，避免了長明燈的現(xiàn)象。

(1)會議場景：應(yīng)將會場大部分燈光開啟，以保證會議效果以及與會人員的記錄。

(2)演講場景：分為投影模式、報(bào)告模式。投影模式開啟，系統(tǒng)自動放下投影幕，關(guān)閉窗簾。主席臺燈光只保留講解人所在位置燈光的50%，以保證畫面清晰，聽眾席由前排至后排逐漸增亮；報(bào)告模式時，則應(yīng)突出演講人形象，開啟主席臺主要燈光，但不應(yīng)影響發(fā)言人感覺，聽眾席照度應(yīng)滿足與會人員記錄，可開啟80%燈光。

(3)休息場景：則分為入場模式、退場模式、備場模式。退場模式應(yīng)將所有照明全部開啟，以保證人員大量退出會場時正常通行；其余模式則可根據(jù)會場以及主席臺的實(shí)際需求，開啟部分燈光，使會場燈光氛圍舒適、輕松，同時也節(jié)約能源。

以上所有模式場景變換，均設(shè)置淡入淡出時間1s～100s可調(diào)，保持場景切換不影響會議進(jìn)程和視覺效果。同時，在投影模式時可增加對投影儀的紅外控制。當(dāng)清場結(jié)束，關(guān)門后，只需點(diǎn)擊清場開關(guān)，即可關(guān)閉所有燈具。

4)地下車庫照明

地下車庫通常面積較大，車庫管理人員通過智能照明管理系統(tǒng)，根據(jù)不同時段車流量的大小來控制車庫的照度。當(dāng)車流量較大時，將車道、車位照明全部開啟；當(dāng)夜間或車流量較小時，可僅保留車道照明，以節(jié)約能耗。工作人員需查看車位車輛情況時，可通過集中控制系統(tǒng)或設(shè)置就地控制面板，開啟局部車位照明。

5)酒店客房照明

酒店客房智能燈光控制系統(tǒng)通過對照明開關(guān)的控制及燈光的調(diào)節(jié)，營造出不同的燈光氛圍和場景模式、給人以溫馨舒適的感覺。有效利用白天自然光的同時，最大限度地節(jié)約能源；通過調(diào)光，可以節(jié)約能源且延長燈泡使用壽命。

(1)當(dāng)客人在前臺辦理入住后，相應(yīng)客房的燈光自動調(diào)節(jié)為迎賓模式，給客人以賓至如歸的感覺；當(dāng)客人在辦理退房手續(xù)后，相應(yīng)客房的燈光自動調(diào)節(jié)至關(guān)閉模式。

(2)當(dāng)夜間客人入睡后，系統(tǒng)可自動切換為舒適模式(即節(jié)能模式)，僅保留小夜燈。

(3)客房的照明與遮陽簾聯(lián)動，白天光線較強(qiáng)時，客房內(nèi)燈光自動感應(yīng)熄滅；夜間光線轉(zhuǎn)暗，相應(yīng)燈光則自動點(diǎn)亮。

3 工程實(shí)例

圖2、圖4和圖6為引用印度思科大廈某典型辦公區(qū)域智能照明管理系統(tǒng)方案，此方案在定時管理、人員探測和自然光利用三個方面的節(jié)能數(shù)據(jù)分析報(bào)告見圖3、圖5和圖7。：

節(jié)能的效果通過以上數(shù)據(jù)分析報(bào)告顯而易見。通過對公共辦公區(qū)域?qū)嵭卸〞r管理，節(jié)能17%；對人員活動靈活區(qū)域采用人體探測系統(tǒng)，節(jié)能24%；在靠近窗口區(qū)域利用自然光照明，節(jié)能26%。

4 結(jié)束語

在建筑電氣設(shè)計(jì)工作中，筆者認(rèn)為，選擇節(jié)能高效且滿足照明要求的電光源是照明節(jié)能的首要因素；采用智能的照明管理系統(tǒng)，在定時管理、人員探測、自然光利用等方面的合理應(yīng)用，又是照明節(jié)能的重要手段。雙管齊下，才能達(dá)到更好的節(jié)能效果，使照明節(jié)能在節(jié)能領(lǐng)域發(fā)揮出重要的作用。當(dāng)然，照明節(jié)能的方法不僅局限于上述內(nèi)容，例如，照明方式的合理選擇(一般照明、局部照明、混合照明)同樣對照明節(jié)能能起到很好的作用。智能建筑環(huán)境控制系統(tǒng)對空調(diào)、通風(fēng)等系統(tǒng)的合理控制在節(jié)約能源上也有巨大的潛力，需要廣大工作者在工作當(dāng)中不斷的研究和探索更好、更多的節(jié)能方法，以實(shí)現(xiàn)社會及人類的健康可持續(xù)的發(fā)展。

圖2 公共辦公區(qū)域?qū)嵭卸〞r管理

圖3 定時管理系統(tǒng)比較數(shù)據(jù)

圖4 人員活動靈活區(qū)域采用人體探測系統(tǒng)

圖5 人體探測系統(tǒng)比較數(shù)據(jù)

圖6 靠近窗口區(qū)域利用自然光照明

圖7 自然光應(yīng)用系統(tǒng)比較數(shù)據(jù)

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50034—2004 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) [S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]施耐德(北京)有限公司.節(jié)能辦公樓應(yīng)用介紹[R].

[3]周太明.光源原理與設(shè)計(jì)[M].復(fù)旦大學(xué)出版社，2006.