嶺南歷史建筑改造中的照明節(jié)能技術(shù)

俞　洋，陳華堅(jiān)

(華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州　510640)

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嶺南歷史建筑改造中的照明節(jié)能技術(shù)

俞洋，陳華堅(jiān)

(華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510640)

摘要：闡述了嶺南歷史建筑照明現(xiàn)狀，提出了照明節(jié)能存在的主要問(wèn)題，從光源、燈具及附件、配電線路及控制方式、維護(hù)與管理等方面進(jìn)行分析，并結(jié)合案例進(jìn)行分析，探討電氣照明節(jié)能的主要措施。

關(guān)鍵詞：嶺南；歷史建筑；電氣改造；節(jié)能；照明設(shè)計(jì)

引言

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，節(jié)約能源已經(jīng)成為保證社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的必要趨勢(shì)之一，而建筑照明節(jié)能是社會(huì)節(jié)能的核心組成部分之一。長(zhǎng)期以來(lái)，嶺南建筑照明一味強(qiáng)調(diào)使用效果，卻忽視了節(jié)能問(wèn)題。但是隨著能源日益短缺，照明節(jié)能的作用越來(lái)越重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)照明用電量約占全社會(huì)總用電量的12%，在嶺南建筑中，照明能耗更是占了整個(gè)樓宇電力消耗的30%以上，照明能耗之大成為不可否認(rèn)的事實(shí)。因此，照明節(jié)能潛力巨大，照明節(jié)能設(shè)計(jì)迫在眉睫?！督ㄖ彰髟O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)中提出照明功率密度(簡(jiǎn)稱LPD)作為照明節(jié)能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，照明節(jié)能在電氣節(jié)能中舉足輕重[1]。

本研究中的嶺南歷史建筑是指寬泛的歷史建筑，即在嶺南地區(qū)濕熱條件下的有良好的地域適應(yīng)性的傳統(tǒng)建筑、近代建筑和現(xiàn)代建筑，既包括了已公布法定的歷史建筑，也包括了部分被公布為文物保護(hù)單位或登記為不可移動(dòng)文物的建筑物、構(gòu)筑物，還包括尚未公布為文物保護(hù)單位、不可移動(dòng)文物和歷史建筑的傳統(tǒng)建筑[2]。

1嶺南歷史建筑照明存在的主要問(wèn)題

隨著節(jié)能意識(shí)日益深入人心，如今我國(guó)嶺南建筑照明節(jié)能的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成效與突破，但是在嶺南歷史建筑中往往在節(jié)能措施上不盡人意，主要存在以下問(wèn)題。

1.1　照明光源

縱觀眾多嶺南歷史建筑，大部分采用了白熾燈、粗管熒光燈、大功率鹵素?zé)舻裙庠?，而此類光源光效低、壽命短、耗材多?/p>

1.2　照明燈具

大多數(shù)嶺南歷史建筑中，大量選用了以下燈具類型：半直接型、全漫射型、半間接型及間接型，而此四種類型燈具向上向下的光通量依次約60%~90%、40%~60%、10%~40%、10% 以下，光通利用率低，浪費(fèi)能源。

1.3　照明燈具附件

大部分嶺南歷史建筑中，絕大多數(shù)燈具采用了電感式鎮(zhèn)流器。電感式鎮(zhèn)流器由于有頻閃，耗電量大，多次啟動(dòng)易損壞陰極，縮短燈管壽命，頻繁維修，易損壞燈具。

1.4 照明配電線路及控制方式

據(jù)了解，眾多嶺南歷史建筑中，照明配電線路路徑過(guò)長(zhǎng)、迂回過(guò)多，造成電壓降較大，浪費(fèi)能源。況且，照明配電線路多數(shù)采用了穿管明敷甚至不穿管明敷，存在著嚴(yán)重的安全隱患。同時(shí)，嶺南歷史建筑中往往一個(gè)翹板開(kāi)關(guān)控制一連串大量的燈具，不能結(jié)合具體場(chǎng)所進(jìn)行選擇合理的控制方式。如：走廊、門(mén)廳等公共區(qū)域不能進(jìn)行分組分區(qū)控制；課室、辦公室等不能結(jié)合具體朝向充分利用自然光而進(jìn)行分組控制；會(huì)議室、報(bào)告廳等場(chǎng)所不能進(jìn)行智能調(diào)光控制。

1.5　照明的維護(hù)與管理

嶺南歷史建筑中，照明光源、燈具、附件及線路等未能得到定期的檢查、維護(hù)，由于線路的老化、灰塵的覆蓋等造成燈具效率大大降低，且存在著嚴(yán)重的安全隱患。

2解決方法

建筑照明節(jié)能，主要是提高系統(tǒng)(光源、燈具、啟動(dòng)設(shè)備)的總效率，照明控制方式，天然光利用以及加強(qiáng)維護(hù)管理等方面綜合考慮。

2.1　選用高效節(jié)能光源

推廣使用高光效光源。各種照明光源的電能轉(zhuǎn)換中，高壓鈉燈的光效為最高，而熒光燈和金屬鹵化物次之，高壓汞燈較低，而白熾燈為最低。各常用光源特點(diǎn)及適用場(chǎng)合詳見(jiàn)表1。

表1　常用光源特點(diǎn)及適用場(chǎng)合[3-7]

總之，從光源的七大要素(光效、顯色性、色溫、使用壽命、啟動(dòng)性能、裝飾性、單位比價(jià))出發(fā)，在滿足場(chǎng)所功能需求的前提下，綜合分析選擇光源。

2.2　選用高效節(jié)能燈具

燈具按光通量在上下空間分布的比例分為五類：直接型、半直接型、全漫射型、半間接型和間接型。其光通量及特點(diǎn)見(jiàn)表2。

表2　各種類型燈具光通量及其特點(diǎn)對(duì)比表[4-5]

根據(jù)以上燈具的光通量及特點(diǎn)，為節(jié)約電能，在滿足眩光限制要求下，應(yīng)優(yōu)先選擇直接型燈具。此類燈具效率大于90%，由于燈具上半球光有一定的比例，室內(nèi)空間亮度高，光環(huán)境亮度對(duì)比小，舒適而不易于疲勞，宜用于室內(nèi)各面反射率較高的場(chǎng)所，如辦公室、商店、公共場(chǎng)所等。

2.3　選用功率損耗低、性能穩(wěn)定的燈用附件

鎮(zhèn)流器，作為最為常用的附件之一，一般分為電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器兩大類，其特點(diǎn)見(jiàn)表3。

根據(jù)以上燈用附件特點(diǎn)的對(duì)比，為節(jié)約電能，合理選擇燈用附件的主要措施如下：

1)在連續(xù)緊張的視覺(jué)作業(yè)場(chǎng)所和視覺(jué)條件要求高的場(chǎng)所、在要求特別安靜的場(chǎng)所及青少年視看場(chǎng)所等應(yīng)優(yōu)先采用電子鎮(zhèn)流器。

2)在需要調(diào)光的場(chǎng)所，可以用三基色熒光燈配可調(diào)光數(shù)字式鎮(zhèn)流器，取代白熾燈或鹵素?zé)?，能大大提高能效?/p>

3)選用的鎮(zhèn)流器的流明系數(shù)(μ)不應(yīng)低于0.95。

表3　不同類型鎮(zhèn)流器特點(diǎn)對(duì)比表[4-5]

2.4　合理選用照明控制方式

合理的照明控制方式，不僅能給人類帶來(lái)方便，還能達(dá)到節(jié)能的效果。

1)手動(dòng)控制。一個(gè)開(kāi)關(guān)控制的燈數(shù)不宜過(guò)多，如小型辦公室宜每燈一開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)位置要合適，以便隨手控制開(kāi)關(guān)；根據(jù)不同功能場(chǎng)所設(shè)置開(kāi)關(guān)，如按班組設(shè)開(kāi)關(guān)，體育設(shè)施按不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目分區(qū)設(shè)開(kāi)關(guān)；靠窗一側(cè)的燈具進(jìn)行單獨(dú)控制。

2)自動(dòng)控制。采用調(diào)光、定時(shí)、光控、紅外等開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，限制照明使用時(shí)間、調(diào)節(jié)照度等實(shí)現(xiàn)節(jié)電。如：定時(shí)開(kāi)關(guān)可用于住宅樓梯照明、廣告照明、標(biāo)志燈、值班照明等；辦公樓走廊區(qū)域的照明控制可采用紅外傳感器控制，達(dá)到人來(lái)燈亮人走燈滅的節(jié)能效果。

3)智能照明控制。智能照明系統(tǒng)主要由工作站、智能照明編程器、可編程開(kāi)關(guān)控制器、控制面板、遙控器、手持式編程器及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等部件組成。系統(tǒng)采用分布式照明控制系統(tǒng)，模塊化結(jié)構(gòu)，分散布置。該系統(tǒng)采用設(shè)置照明工作狀態(tài)的方式，按時(shí)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)、關(guān)照明，通過(guò)智能化管理使系統(tǒng)能最大限度地節(jié)約能源。如：辦公樓中的會(huì)議室、報(bào)告廳、走廊、門(mén)廳等場(chǎng)所可優(yōu)先考慮智能照明控制，以達(dá)到節(jié)能效果。

3節(jié)能改造設(shè)計(jì)案例

3.1　項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院大樓改造，地處廣州，太陽(yáng)高度角大，日照較小，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈。主要功能為辦公，總建筑面積約3480m2。地上為3層，地下2層，為多層建筑。

3.2　光源的選擇

1)展覽廳、門(mén)廳、走廊、衛(wèi)生間、接見(jiàn)室、休息廳、會(huì)議室、樓梯選用了LED光源。

2)辦公室、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、UPS房、打圖室、茶水間、司機(jī)休息室、資料室、會(huì)議室選用了T5直管熒光燈和緊湊型熒光燈。

3.3　燈具的選擇

1)展覽廳、門(mén)廳、走廊、衛(wèi)生間、接見(jiàn)室、休息廳、會(huì)議室、樓梯選用了保護(hù)罩燈具。

2)辦公室、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、UPS房、打圖室、茶水間、司機(jī)休息室、資料室、會(huì)議室選用格柵燈具。

3.4　燈具附件的選擇

本工程燈具附件選用了標(biāo)準(zhǔn)型3AAA牌電子鎮(zhèn)流器。

3.5　控制方式的選擇

1)本工程各樓梯照明采用了聲光控制方式。

2)本工程小型辦公室、秘書(shū)室、衛(wèi)生間、強(qiáng)弱電間、打圖室等場(chǎng)所采用翹板開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制方式進(jìn)行控制。

3)本工程新增了智能照明控制系統(tǒng)，主要控制區(qū)域分別有：大堂、公共區(qū)域、會(huì)議室、VlP會(huì)客室、較高檔的辦公室、總工室、展廳等。在主控室做集中管理與監(jiān)控，達(dá)到節(jié)省用電又實(shí)現(xiàn)最佳的照明效果的目的，實(shí)現(xiàn)真正的智能管理。

3.6　智能照明區(qū)域控制功能詳述

3.6.1大堂

大堂(見(jiàn)圖1)的照明控制采用了照度控制、調(diào)光控制、 中央控制及定時(shí)控制?？梢愿鶕?jù)外界自然光來(lái)控制靠窗的回路照明，在采光效果好并且比較隱蔽的地方配置照度傳感器，用于自動(dòng)感應(yīng)控制外界的燈光。通過(guò)照度傳感器感光控制靠近室外的照明回路，根據(jù)外界自然光的亮度自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。同時(shí)配合時(shí)鐘控制模塊對(duì)大堂的燈光進(jìn)行場(chǎng)景切換，來(lái)取得最佳的照明效果。

圖1　大堂智能照明效果圖Fig.1　The design sketch of intelligent lighting in the lobly

3.6.2公共區(qū)域

走廊區(qū)域(見(jiàn)圖2)的照明控制采用了紅外傳感器控制、調(diào)光控制，定時(shí)控制，中央控制。

通過(guò)時(shí)鐘控制方式來(lái)控制走道的燈光，設(shè)置白天、傍晚、晚上、下半夜、高峰期等多個(gè)場(chǎng)景模式。同時(shí)走廊區(qū)域開(kāi)啟紅外設(shè)備感應(yīng)，實(shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮人走燈滅的節(jié)能效果。

圖2　走廊智能照明效果圖Fig.2　The design sketch of intelligent lighting in the corrider

3.6.3會(huì)議室

會(huì)議室(見(jiàn)圖3)的照明控制采用了面板控制、紅外傳感器控制、調(diào)光控制、空調(diào)、投影、窗簾控制的控制方式。

圖3　會(huì)議室智能照明效果圖Fig.3　The design sketch of intelligent lighting in the meeting room

在會(huì)議室的入門(mén)處安裝紅外感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到有人推開(kāi)會(huì)議室的門(mén)或走進(jìn)會(huì)議室，就會(huì)向系統(tǒng)發(fā)送對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景打開(kāi)空調(diào)，打開(kāi)靠墻的槽燈， 方便使用人員尋找到安裝在會(huì)議室門(mén)口位置的觸摸屏。

工作人員可以根據(jù)需要手動(dòng)選擇會(huì)議模式、演講模式、報(bào)告模式等等，也可以通過(guò)會(huì)議室里面的觸摸屏，發(fā)送不同的模式來(lái)控制會(huì)議室內(nèi)的燈光、投影幕的升降和窗簾的開(kāi)關(guān)控制及空調(diào)的的開(kāi)關(guān)控制。且會(huì)議室的燈光控制系統(tǒng)可以和窗簾、投影儀設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

3.6.4VIP會(huì)客室

VIP會(huì)客室(見(jiàn)圖4)的照明控制采用了觸摸屏控制、紅外傳感器控制、調(diào)光控制、空調(diào)控制。當(dāng)紅外感應(yīng)器感應(yīng)到人員來(lái)臨，歡迎模式打開(kāi)，空調(diào)打開(kāi)，會(huì)議模式開(kāi)啟，這個(gè)時(shí)候紅外感應(yīng)設(shè)備會(huì)自動(dòng)屏蔽。

圖4　VIP會(huì)客室智能照明效果圖Fig.4　The design sketch of intelligent lighting in the VIP reception room

工作人員也可以根據(jù)需要手動(dòng)選擇場(chǎng)景。觸摸屏安裝在會(huì)議室門(mén)口位置，工作人員可以去按觸摸屏而達(dá)到所需的模式，比如會(huì)議模式、演講模式、報(bào)告模式等等。

3.6.5較高檔的辦公室

此類辦公室(見(jiàn)圖5)的照明控制采用了紅外傳感器控制、空調(diào)控制、桌面藍(lán)牙控制。

圖5　領(lǐng)導(dǎo)辦公室智能照明效果圖Fig.5　The design sketch of intelligent lighting in the leador’s office

當(dāng)人員進(jìn)入辦公室，通過(guò)門(mén)口的的紅外測(cè)距感應(yīng)技術(shù)和進(jìn)入辦公室內(nèi)紅外探頭感應(yīng)到后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟室內(nèi)的燈光、空調(diào)等設(shè)備；

進(jìn)入辦公室后，手機(jī)藍(lán)牙會(huì)自動(dòng)與桌面藍(lán)牙相互匹配，匹配成功后，無(wú)線藍(lán)牙會(huì)發(fā)送打開(kāi)辦公桌上燈光。當(dāng)人員下班離開(kāi)辦公室或中途離開(kāi)辦公室時(shí)，手機(jī)藍(lán)牙與桌面藍(lán)牙鏈接斷開(kāi)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉燈光和空調(diào)。

當(dāng)沒(méi)有藍(lán)牙時(shí)，可通過(guò)座位一側(cè)的紅外測(cè)距探頭來(lái)開(kāi)啟座位上燈光。

3.6.6總工室

總工室(見(jiàn)圖6)的照明控制采用了紅外傳感器控制、桌面藍(lán)牙控制、空調(diào)控制?？偣な议T(mén)口安裝紅外測(cè)距設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)控制。當(dāng)人員進(jìn)入，公共區(qū)域的燈光會(huì)自動(dòng)打開(kāi)；當(dāng)人員走近辦公桌時(shí)，桌面藍(lán)牙發(fā)生感應(yīng)， 桌面上燈光自動(dòng)開(kāi)啟；當(dāng)一名人員離開(kāi)辦公室，手機(jī)藍(lán)牙與桌面藍(lán)牙鏈接斷開(kāi)，他所在的辦公區(qū)域燈光熄滅；當(dāng)所有人員離開(kāi)總工室，系統(tǒng)關(guān)閉所有燈光；當(dāng)沒(méi)有藍(lán)牙時(shí)，可通過(guò)座位一側(cè)的紅外測(cè)距探頭來(lái)開(kāi)啟座位上燈光。

圖6　總工室智能照明效果圖Fig.6　The design sketch of intelligent lighting in the chief engineer office

3.6.7展廳

展廳(見(jiàn)圖7)的照明控制采用了紅外傳感器控制、 調(diào)光控制、集中控制。

參觀人員進(jìn)入展廳時(shí)，展廳開(kāi)啟歡迎模式，隨著室內(nèi)燈光逐漸亮起。

當(dāng)人員靠近展臺(tái)時(shí)，紅外設(shè)備啟動(dòng)，展臺(tái)的投射燈亮起；當(dāng)人員離開(kāi)展臺(tái)時(shí)，燈光會(huì)自動(dòng)熄滅。

圖7　展廳智能照明效果圖Fig.7　The design sketch of intelligent lighting in the exhibition room

4總結(jié)

通過(guò)以上對(duì)光源、燈具及附件、配電線路及控制方式、維護(hù)與管理等方面優(yōu)缺點(diǎn)的綜合比較，并結(jié)合嶺南地區(qū)實(shí)際工程案例進(jìn)行分析，在嶺南歷史建筑照明改造中，應(yīng)在考慮最初投資與長(zhǎng)期運(yùn)行的綜合經(jīng)濟(jì)效益的前提下，有以下建議：

1)優(yōu)先選用高效節(jié)能光源；

2)優(yōu)先選用高效節(jié)能燈具；

3)優(yōu)先選用功率損耗低、性能穩(wěn)定的燈用附件；

4)合理選用照明控制方式；

5)應(yīng)定期的檢查、維護(hù)照明光源、燈具、附件及線路。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃躍輝. 我國(guó)城市照明節(jié)能工作的思考和建議[J]. 建設(shè)科技，2012，16(5)：22.

[2] 中國(guó)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.歷史文化名城保護(hù)規(guī)劃規(guī)范(第2部分)術(shù)語(yǔ)：GB 50357—2005[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 高光義. 照明光源的發(fā)展動(dòng)態(tài)[J]. 建筑電氣，2008，27(8)：26-28.

[4] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院. 建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50034—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] 中國(guó)建筑東北設(shè)計(jì)研究院. 民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范：JGJ 16—2008[J].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[6] 廣東省建筑科學(xué)研究院. 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(廣東省實(shí)施細(xì)則)：DBJ15-51—2007[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[7] 劉兵. 民用建筑照明節(jié)能改造中LED節(jié)能效果分析[J].建筑電氣，2013，32(7)：62-64.

Lighting Energy Saving Technology in the Reconstruction of Historical

Buildings in South of the Five Ridges

Yu Yang，Chen Huajian

(ArchitecturalDesign&ResearchInst.，SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)

Abstract：The paper elaborates the south of the Five Ridges historical architecture lighting situation, and puts forward the main problems of lighting energy saving. It carries on the analysis from various aspects, including the light source, lamps and accessories, power circuit and control mode, maintenance and management and other aspects. It combines with case analysis to explore the main measures for energy saving of electrical lighting.

Key words:the south of the Five Ridges; historical architecture；electric transformation；energy-saving; illumination design

基金項(xiàng)目：廣東省重大科技專項(xiàng)歷史建筑綠色智慧節(jié)能改造的技術(shù)集成與示范項(xiàng)目(2012A010800028)

中圖分類號(hào)：TM923

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.008