大學校園照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用簡析

馮國君

摘 要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，能源過度消耗已經(jīng)成為制約發(fā)展的重要問題。照明用電作為與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的用電消耗，已占據(jù)全球能源總消耗的19%，具有用電負荷高、負荷分布廣、節(jié)能空間大等特點，所以照明節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用符合國家節(jié)能戰(zhàn)略，有著重大的現(xiàn)實意義，近年來受到廣泛的研究和關(guān)注。

關(guān)鍵詞：照明節(jié)能；智能燈光控制；LED光源

文章依據(jù)現(xiàn)有國家標準，并結(jié)合了某校新校區(qū)校園建設(shè)提出一套較完整的建筑照明技術(shù)應(yīng)用方案，并對節(jié)能效果進行初步分析和評價。下面將從光源選擇、布置配電、智能控制和管理維護等方面作了介紹。

1 光源選擇

目前市場上的燈具按光源分主要有三類：熱輻射光源、氣體放電光源和半導體光源。其中熱輻射光源以白熾燈和鹵鎢燈為代表，由于光效太低已經(jīng)很少使用；氣體放電燈主要包括高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等，具有光效高，壽命長等優(yōu)點，一般用于室內(nèi)大空間和室外照明；半導體光源包括熒光燈和LED燈，熒光燈目前廣泛應(yīng)于室內(nèi)照明領(lǐng)域，LED燈是一種新興的高光效光源。本項目選擇鹵鎢燈、金屬鹵化物燈（金鹵燈）、熒光燈和LED燈四種光源作為燈具的主要選擇類型，并針對其不同的特性分析對比應(yīng)用于不同場合。根據(jù)各種光源的優(yōu)勢和缺點可知，LED燈和熒光燈的選擇成為近年來爭議的焦點。

根據(jù)國際知名燈具廠商提供資料，目前相同功率的LED燈價格約為熒光燈的2～3倍，但是LED燈具有光源效率高、不使用鎮(zhèn)流器、功率因數(shù)高、使用壽命長等節(jié)能優(yōu)勢，相同照度下節(jié)約電能消耗30%～40%，預計一年內(nèi)即可節(jié)省前期增加的開支，所以這里采用LED燈作為主要光源之一。

針對學校不同場所的照明要求，對燈具選擇歸類如下：鹵鎢燈泡顯色指數(shù)高，主要應(yīng)用于特殊醫(yī)學實驗室等對辨色有特殊要求房間的局部照明；大功率金鹵燈一般功率較大，且光效較高，主要應(yīng)用于體育館，體育場等室內(nèi)室外大空間場所；LED燈管光效較高，普遍應(yīng)用于教室、宿舍、圖書館等學習場所；熒光燈管顯色指數(shù)優(yōu)于LED燈管，用于實驗室等場所照明。

2 燈具布置與配電

前面已經(jīng)談到，照明節(jié)能必須在不影響照明質(zhì)量的前提下。尤其在學校建筑照明中，滿足照度要求是一切照明設(shè)計的基礎(chǔ)?？梢圆扇∫韵麓胧┨岣呔S護系數(shù)：（1）在不設(shè)吊頂?shù)拇蠼淌一驁D書館自習區(qū)等空間燈具采用吊鏈安裝。（2）裝修時墻面和頂棚采用高反射比涂料。（3）庫房、宿舍等區(qū)域采用裸LED燈管，教室采用高漫反射格柵燈盤。

采取以上措施在保證照度和眩光值要求的同時有效減少了燈具的安裝數(shù)量，達到節(jié)能的目標。此外，在照明配電設(shè)計中，通過合理設(shè)置配電箱位置、適當增加配電線徑、三相平衡配電等措施有效減小線路損耗，達到節(jié)約電能的目標。

3 智能照明控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)選擇

目前照明節(jié)能控制技術(shù)主要分為兩大類，分別通過調(diào)光技術(shù)和智能感應(yīng)開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)。

（1）調(diào)光技術(shù)。調(diào)光技術(shù)主要通過串電阻調(diào)壓和可控硅調(diào)壓兩種方式實現(xiàn)。其中串電阻調(diào)壓本身并不能實現(xiàn)電能的節(jié)約，目前基本不再使用；而可控硅調(diào)壓是通過控制晶閘管開關(guān)來實現(xiàn)對燈具兩端電壓和頻率的控制，能夠較好的滿足燈光控制要求。但是這種方法也有很多缺點：首先系統(tǒng)復雜，成本過高，不適合大范圍應(yīng)用；其次采用可控硅導致電流波形畸變，人為引入了諧波和無功損耗；此外燈具兩端頻繁的電壓變化會導致燈具使用壽命縮短。

（2）智能感應(yīng)開關(guān)技術(shù)。智能感應(yīng)開關(guān)技術(shù)指通過聲/光感應(yīng)模塊、人體紅外感應(yīng)模塊等收集環(huán)境信息，并進行智能分析對燈具進行分組開關(guān)控制，在滿足使用要求的情況下避免電能的浪費。目前國際主流的解決方案是基于KNX協(xié)議的智能燈光控制系統(tǒng)。其硬件組成由設(shè)在中控室的智能燈控主機、分設(shè)在每個照明配電箱內(nèi)的智能燈光控制器、不同種類的感應(yīng)模塊和智能燈光控制面板構(gòu)成，以i-Bus總線相連，并在KNX協(xié)議框架下互相通信進行交互工作。智能燈光控制系統(tǒng)能夠通過合理分組開關(guān)燈具實現(xiàn)節(jié)能的目標，本工程采用這種形式對公共區(qū)域進行照明節(jié)能控制。

3.2 實現(xiàn)方案

針對大學不同公共區(qū)域的不同使用特點，文章選取圖書館和公共走廊、樓梯間等典型區(qū)域的智能照明方案進行介紹。圖書館自習區(qū)對照度要求較高（300lx），傳統(tǒng)管理方法往往無論是否有人自習都打開所有燈，這樣雖然滿足了照度要求，但是電量浪費嚴重。具體思路為：對自習區(qū)和公共走道進行分回路控制。利用每個自習分區(qū)的紅外感應(yīng)探測器（探測直徑6m）判斷是否有人自習，當區(qū)域無人自習時，切斷自習區(qū)照明保留走道區(qū)照明，此時滿足走廊照度要求（100lx）。當有學生進入該區(qū)域自習時紅外感應(yīng)探測器動作發(fā)出信號打開自習區(qū)域照明，滿足學習照度要求（300lx）。學生也可以用墻上的智能控制面板進行多種模式的選擇控制。公共走廊和樓梯間等區(qū)域的照明節(jié)能設(shè)計與圖書館類似。走廊采用專用紅外感應(yīng)探測器（探測范圍：3m×20m），當有人進入走廊時智能燈光控制器點亮走廊照明。此外，中控室的智能燈光控制主機可以對整個大樓各個區(qū)域的照明進行分區(qū)、定時控制，能夠有效節(jié)約無人使用區(qū)域的電能，達到很好的節(jié)能效果。

4 管理與維護

前面提到的都是設(shè)計方案，對于建筑照明節(jié)能來說，管理和維護環(huán)節(jié)也非常重要。為了方便節(jié)能管理，本設(shè)計方案在主要功能建筑設(shè)置了能源管理系統(tǒng)，利用設(shè)在中控室的能源管理主機采集分設(shè)在每個照明箱的智能電表數(shù)據(jù)，分區(qū)匯總電量使用情況、功率因數(shù)、計算波峰波谷和損耗，通過考核、限制、鼓勵等方式培養(yǎng)用戶節(jié)電使用習慣，達到更高的節(jié)能水平。另外，定期更換老化燈具和器件，對燈具表面進行清灰，可以有效提高式（1）中的維護系數(shù)指標，維持照度水平達到節(jié)能目標。

5 結(jié)語

文章結(jié)合某新校園建設(shè)從光源選擇、燈具布置與配電、智能燈光控制和管理維護四個方面詳細介紹了具體的節(jié)能措施，其中光源選擇和智能燈光控制的采用與現(xiàn)有照明設(shè)計相比節(jié)能效果明顯，綜合節(jié)能效果達到50%以上，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排目標，而且能夠在一年內(nèi)節(jié)省回因節(jié)能增加的投資成本，具有現(xiàn)實的應(yīng)用價值，為今后相關(guān)新建項目提供了一種新的思路。

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