照明節(jié)能的技術(shù)措施淺析

劉玖增

摘 要：建筑電氣照明節(jié)能工程是關(guān)系到國民經(jīng)濟的重要工程。低碳環(huán)保已經(jīng)是所有工程建設(shè)領(lǐng)域必須重視的問題，它不僅關(guān)系到經(jīng)濟低成本運行，也關(guān)系到人類生存和可持續(xù)發(fā)展的重要問題。而在電氣設(shè)計環(huán)節(jié)中，節(jié)能燈具的選擇，新國標(biāo)的實施貫徹，和清潔能源的使用，已經(jīng)是必須考慮的設(shè)計原則。

關(guān)鍵詞：照明；節(jié)能；燈具

中圖分類號：TU113 文獻標(biāo)識碼：A

一、概述

在發(fā)達國家中，建筑日常運行能耗在社會總能耗結(jié)構(gòu)中比重已經(jīng)達到30%～40%。如圖1所示，照明、電梯以及電視能耗約占建筑運行能耗的14%左右。

以發(fā)達國家的現(xiàn)實來看，照明系統(tǒng)在社會總電力的消耗，正在成為節(jié)約經(jīng)濟成本和能耗的重要突破口。

二、實施綠色照明的宗旨

1.節(jié)約能源

2015年我國總發(fā)電量為5.618萬億kWh，照明用電約占12%左右，如果把先有的白熾燈全部替換為節(jié)能燈，年可節(jié)電480億kWh，這相當(dāng)于2014年三峽水電站一半的發(fā)電量，可見節(jié)能潛力巨大。

2.保護環(huán)境

火力發(fā)電是我國社會用電的主體，發(fā)電過程中產(chǎn)生的二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等會產(chǎn)生明顯的溫室效應(yīng)。空氣中80%的二氧化碳是來自于化石燃料的燃燒。據(jù)美國資料顯示，每減少1kWh的電能，可以降低大量的溫室氣體和大氣污染物，見表1。

3.提高照明質(zhì)量

照明設(shè)計首先應(yīng)該符合該場所視覺上的工作需要。照度均勻度，眩光控制，光源顯色性和燈具壽命電器以及附件的耗能是設(shè)計時必須考慮的要素。

三、建筑照明狀況的分析

大型公共建筑按照不同的類型分為辦公樓類，賓館酒店類，商場類和其他綜合性建筑。2012年民用建筑能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析報告將不同類型的公共建筑能耗統(tǒng)計如圖2、圖3、圖4所示。

由圖2～圖4可知，大型公共建筑的中央空調(diào)系統(tǒng)，照明設(shè)備布置的高密度，都造成了單位面積能源消耗高?？照{(diào)和照明系統(tǒng)的能耗站到全部電能消耗的60%～80%，大型公共建筑運行能耗狀況見表2。

大型公共建筑中商場和賓館酒店占到絕大多數(shù)比例，其單位面積能耗明顯高于寫字樓和其他建筑。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，此類建筑數(shù)目只增不減，它們的總能耗會只升不降，由此可見，實施節(jié)能照明的意義重大。

四、綠色照明經(jīng)濟效益

在相同照度條件下，緊湊型熒光燈取代白熾燈可以達到的節(jié)能效果，見表3（未計鎮(zhèn)流器功耗）。

直管形熒光燈升級換代后的節(jié)電效益見表4（未計鎮(zhèn)流器功耗）。

五、實施照明節(jié)能的技術(shù)措施

1.正確選擇照度標(biāo)準(zhǔn)值和照明功率密度限值

新國標(biāo)GB 50034-2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》修訂了照明功率密度限值（LDP）。在2004版的基礎(chǔ)上降低了照明功率密度限值。

從表5對比中，可以看到新國標(biāo)的LPD限值比2004版標(biāo)準(zhǔn)在民用建筑方面的LPD限值降低了14.3%～32.5%（平均值約為19.2%），工業(yè)建筑等各類場所降低了約7.3%。

以美國為例，其照明節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ASHRAE/IES90.1該標(biāo)準(zhǔn)在近10年來經(jīng)過了兩次修訂，每次修訂的LPD限值平均約降低20%。今年來隨著照明節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展，光源光效有了較大的提高，以直管型熒光燈為例，其光效提高約12%。鎮(zhèn)流器能效提高了約4%～8%。因此，燈具產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)的提高為設(shè)計中降低LPD限值提供了可能性。

2013年的新標(biāo)準(zhǔn)，組織了各大設(shè)計院對13類建筑共510個實際工程案例進行了統(tǒng)計分析。對這些建筑在新舊標(biāo)準(zhǔn)中的情況達標(biāo)情況進行了統(tǒng)計分析，見表6。

通過表6可以看到，通過合理選擇高效節(jié)能燈具，在多數(shù)情況下，按照2013年新版國標(biāo)，是可以滿足LPD限值要求的。同時在室型指數(shù)較小的房間修正后，達標(biāo)率可以在90%以上。說明新標(biāo)準(zhǔn)的LPD是切實可行的。

2.合理選擇照明方式

（1）盡量采用混合照明。

（2）采用分區(qū)一般照。

（3）采用加強照明。

（4）采用高強度氣體放電燈的間接照明。

（5）在設(shè)備上裝燈。

3.使用高光效照明光源

（1）選用直接敞開式燈具

一般在室內(nèi)照明中，首選緊湊型高效節(jié)能熒光燈。設(shè)計時還要考慮燈具效率。燈具效率越高，燈具的光能效果也就越好。表7就是熒光燈燈具和高強氣體放電燈的效率

由表8可知，由于沒有遮擋，開敞式燈具具有更高的光通量，效率最高。2013年新版的建筑照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定開敞式燈具不低于75%，所以在炫光，美觀，安全能滿足要求的情況下，盡量使用開敞式燈具。

（2）合理利用反射罩提高燈具效率

①具有良好反射條件的燈罩（如表面光滑，反射率高），可以降低對光線的吸收。

②反射燈罩的固定角度，可以約束光線在一定角度內(nèi)反射，減少光線在空間內(nèi)散射損失，最大限度地提高光源光通量在被照射面和區(qū)域內(nèi)的利用效率。

③通過在燈具反射罩上噴涂鍍膜或涂膜后，提高光線反射效果，所以，一般情況下應(yīng)該優(yōu)先選用采用鍍膜或涂膜處理的燈具產(chǎn)品。

（3）正確選用各類照明燈具的鎮(zhèn)流器

傳統(tǒng)電感式鎮(zhèn)流器采用電感線圈結(jié)構(gòu)，所以自身存在明顯的消耗，而相比電子鎮(zhèn)流器可以降低大概7%的能耗。

從表9可以看到：

（1）普通電感鎮(zhèn)流器功耗大，不是節(jié)能型鎮(zhèn)流器。

（2）節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器功耗較低，節(jié)能效果顯著。

（3）電子鎮(zhèn)流器具有高能效，無頻閃，噪聲低，所以應(yīng)積極使用電子鎮(zhèn)流器。

六、照明配電及控制節(jié)能

1.盡可能選擇銅材導(dǎo)線

照明系統(tǒng)常用3類導(dǎo)線：母線，電纜，低壓絕緣導(dǎo)線。在實際工程應(yīng)用中，多采用銅芯線。價格上銅芯線雖然高于鋁芯線，但論其綜合效應(yīng)，卻遠(yuǎn)優(yōu)于鋁材。原因如下：

（1）相同面積時，銅芯導(dǎo)線載流量是鋁芯導(dǎo)線的1.3倍。

（2）銅母線承受應(yīng)力是140MPa，鋁母線是70MPa，相比下鋁母線更易變形，對短路電流產(chǎn)生的破壞應(yīng)力，銅材的承受耐力是鋁材的兩倍。

（3）銅的電阻率ρ=0.0188Ω·mm2/m，鋁的電阻率ρ=0.0317Ω·mm2/m，相同電流下，銅芯導(dǎo)線的面積要小于鋁芯導(dǎo)線。

（4）銅材的阻燃性優(yōu)于鋁材。

2.照明燈具的端電壓，應(yīng)控制在額定電壓的95%～150%范圍內(nèi)，過高的電壓會縮短燈管壽命，過低的電壓，會降低照度，影響照明效果。

3.當(dāng)氣體放電燈配備電感鎮(zhèn)流器時，應(yīng)采用電容補償措施，使功率因數(shù)提高到0.9。必要時，可在燈具內(nèi)裝設(shè)補償電容，降低電壓損失。

4.三相配電線路的各相負(fù)荷應(yīng)分配平衡，最大相線的相負(fù)荷不應(yīng)大于三相平均負(fù)荷的115%，最小相線的相負(fù)荷不應(yīng)小于三相平均負(fù)荷的85%。

5.公共建筑和工業(yè)建筑，宜采用集中控制，為了節(jié)能，宜按建筑使用條件和天然光狀況分區(qū)，分組控制。

七、利用太陽光節(jié)能

利用太陽光節(jié)能包括兩方面：

1.收集太陽光，利用導(dǎo)光系統(tǒng)將其進行反射導(dǎo)入到室內(nèi)，補充室內(nèi)照明。

天然光導(dǎo)光系統(tǒng)由兩部分組成：控制和收集系統(tǒng)。

（1）控制系統(tǒng)是指利用計算機系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度和每小時的日照條件，計算出該建筑每天的日照角度。

（2）太陽光收集系統(tǒng)則根據(jù)不同的日照角度來調(diào)節(jié)反射裝置的角度，從而最大限度地將太陽光導(dǎo)入室內(nèi)。并根據(jù)照度感應(yīng)器，將反射裝置和室內(nèi)照明裝置相結(jié)合，調(diào)解室內(nèi)光源，做到與太陽光互補，最大限度地達到利用太陽光節(jié)能的效果。

2.采用光電效應(yīng)原理利用天然光

將半透明非晶硅膜光伏電池作為透光玻璃，安裝在采光天棚上，形成既可透光又可發(fā)電的采光天棚。

圖5是青島火車站光伏一體化建筑的2000㎡采光頂棚，光伏發(fā)電103kW。

3.智能控制照明系統(tǒng)

該系統(tǒng)一般分為：場景控制，照明電壓控制

（1）場景控制是指根據(jù)場所被使用時的狀況，將照明強度分為幾個階段，采用不同的照度，以達到節(jié)能目的。例如大型會議，可將會議分為入場、預(yù)備、報告、結(jié)束、清掃等階段。不采用同一照度標(biāo)準(zhǔn)，而是為這幾個階段，實施不同照度。

（2）過電壓和冷態(tài)沖擊是影響燈具壽命的兩大因素。采用智能監(jiān)測控制系統(tǒng)檢測并抑制電網(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓，穩(wěn)定燈具的端電壓。并采用軟啟動和軟關(guān)閉技術(shù)，降低燈絲的熱沖擊，既可以延長燈具壽命又可以減小過電壓引起的眩光。以熒光燈管為例，在啟動時加載足夠的額定電壓激發(fā)熒光，照明啟動后，監(jiān)測并適當(dāng)調(diào)低燈具端電壓，進入節(jié)電模式。一般大型場所采用此類技術(shù)，節(jié)電效果明顯。

結(jié)語

本文對建筑照明節(jié)能措施進行了一定的分析和總結(jié)。照明節(jié)能是節(jié)能總體工程中重要的一部分，其對社會建設(shè)方面能夠起到顯著的經(jīng)濟效果。主要內(nèi)容包括節(jié)能燈具的使用，新版照明國標(biāo)的貫徹，以及充分利用新技術(shù)等。在照明電氣設(shè)計中，綜合使用這些要素，將明顯提高照明效率，降低能源消耗，為國民經(jīng)濟的發(fā)展有明顯的助推作用。

參考文獻

[1]北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2006.

[2]何葉.建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的研究[D].長安大學(xué)，2014.

[3]蔡勇軍.青島火車站光伏系統(tǒng)[R].南昌理工學(xué)院太陽能光電研究院，2008.