校園公共區(qū)域綠色照明改造的探索和實(shí)踐

支琴 熊順子 魏宏杰

1. 上海交通大學(xué)

2. 上海廣中電子電器配件有限公司

校園公共區(qū)域綠色照明改造的探索和實(shí)踐

支琴1熊順子1魏宏杰2

1. 上海交通大學(xué)

2. 上海廣中電子電器配件有限公司

從校園能耗特點(diǎn)出發(fā)，在實(shí)施校園照明主要節(jié)能措施的過(guò)程中，通過(guò)高校常用光源的對(duì)比分析，提出適合高校開(kāi)展綠色照明改造可選方式。并以某高校公共區(qū)域綠色照明改造實(shí)例，探索校園公共建筑的不同區(qū)域開(kāi)展綠色照明改造的設(shè)計(jì)，從而為校園開(kāi)展綠色照明的建設(shè)與改造提供參考和借鑒。

綠色照明；節(jié)能；光源

城市、建筑與生活離不開(kāi)照明。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球照明用電占電力消費(fèi)量的17%，我國(guó)約為13%，2016年我國(guó)全社會(huì)用電量達(dá)到59 198億kWh，經(jīng)測(cè)算照明用電達(dá)到7 696億kWh，將近8個(gè)三峽電站的發(fā)電量，我國(guó)人均照明用電量約550kWh/年，照明能耗高。我國(guó)綠色照明工程于1996年啟動(dòng)，綠色照明是節(jié)約能源資源、保護(hù)環(huán)境，有利于提高人們生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)效率和生活質(zhì)量，促進(jìn)身心健康，是綠色建筑的重要組成部分[1]。中國(guó)的綠色照明工程得到了政府的高度關(guān)注和大力支持，被列為“九五”和“十五”節(jié)能重點(diǎn)內(nèi)容，“十一五”和“十二五”的重點(diǎn)節(jié)能工程。綠色照明在節(jié)省電力建設(shè)投資、有效削減電力峰荷、減排CO2、提高全社會(huì)節(jié)能意識(shí)等方面取得了顯著成效。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“九五”至“十一五”期間，通過(guò)項(xiàng)目推進(jìn)，累計(jì)節(jié)電1 640億kWh，減少CO2排放2395萬(wàn)t，“環(huán)保、節(jié)能、健康”的綠色照明宗旨已深入人心[2]。

校園作為社會(huì)的重要組成部分，其能耗主要包括各類建筑、校園景觀、路燈等的照明系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)和給排水、排風(fēng)和電梯等的動(dòng)力系統(tǒng)等。以上海教育系統(tǒng)“十二五”期間開(kāi)展的學(xué)校建筑能源審計(jì)數(shù)據(jù)分析，照明用電占比約為23%，遠(yuǎn)高于全社會(huì)的照明占比。因此，在高校實(shí)施綠色照明改造對(duì)學(xué)校提升能效水平、控制能耗總量具有較為明顯的效果，也是校園節(jié)能減排的重要組成部分。

1 校園照明節(jié)能措施

1.1 管理節(jié)能措施

針對(duì)公共區(qū)域，根據(jù)照明需求一般采取有效控制開(kāi)燈數(shù)量，該措施節(jié)能效果最為直接有效，但會(huì)增加一定的人力成本。

1.2 光源的技術(shù)應(yīng)用

2009年7月24日，國(guó)家發(fā)改委、聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署（UNDP）、全球環(huán)境基金（GEF）合作項(xiàng)目提出了“中國(guó)逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈”，并陸續(xù)發(fā)布了《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見(jiàn)》《“十二五”城市綠色照明規(guī)劃綱要》等政策支撐文件和《城市照明規(guī)劃規(guī)范》《城市照明節(jié)能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件，用于支持和引導(dǎo)綠色、節(jié)能、健康的光源應(yīng)用。經(jīng)過(guò)四期的國(guó)家級(jí)綠色照明工程，高效綠色照明光源如熒光燈和LED等不斷替代普通照明光源，市場(chǎng)占比達(dá)75%以上。

1.3 照明的智能控制

照明智能控制措施的工作原理是：根據(jù)時(shí)間、空間采集環(huán)境信息，通過(guò)控制程序計(jì)算出對(duì)應(yīng)的燈具目標(biāo)輸出功率或開(kāi)關(guān)信息，執(zhí)行機(jī)構(gòu)如調(diào)壓裝置執(zhí)行調(diào)光或斷電器執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作。通常的控制方法有：時(shí)鐘控制、人體感應(yīng)傳感控制、自然光智能控制等，不同照明控制的節(jié)能效益對(duì)比見(jiàn)圖1。

照明智能控制一般采用較為先進(jìn)的技術(shù)，集電子、電氣、環(huán)境、傳感技術(shù)等于一體，控制節(jié)能效益更為明顯，采用這種措施不僅節(jié)約電能，而且能夠穩(wěn)定電壓，延長(zhǎng)燈具使用壽命。

對(duì)比以上三種照明節(jié)能措施的實(shí)施發(fā)現(xiàn)，管理節(jié)能的措施實(shí)施比較方便，但會(huì)增加一定的人力成本；照明智能控制技術(shù)的應(yīng)用較為先進(jìn)，但控制策略的選擇較為重要，如頻繁開(kāi)關(guān)控制燈具，對(duì)照明燈具的電源損害較大；光源技術(shù)的應(yīng)用主要依賴于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，但從實(shí)施的難易程度上來(lái)說(shuō)較容易實(shí)現(xiàn)，且能從根源上達(dá)到節(jié)能的效果。因此，本文將重點(diǎn)從照明光源的選擇上進(jìn)行性能分析和優(yōu)勢(shì)對(duì)比，對(duì)高校不同功能區(qū)域進(jìn)行照明光源的設(shè)計(jì)和實(shí)踐探索。

2 LED光源的優(yōu)勢(shì)分析

2.1 各種光源的對(duì)比分析

照明光源主要采用電光源，一般分為熱輻射光源、氣體放電光源和半導(dǎo)體光源三大類。目前，應(yīng)用較為廣泛的有四種燈：白熾燈、金屬鹵素?zé)簟⒐?jié)能燈、LED燈。這些燈在使用上各有利弊，對(duì)比見(jiàn)表1。

LED是新一代半導(dǎo)體光源，具有光效高、壽命長(zhǎng)、安全、容易進(jìn)行智能控制，比氣體放電燈更環(huán)保（無(wú)汞）等優(yōu)勢(shì)，且技術(shù)發(fā)展很快，越來(lái)越受到人們的追捧，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外各種照明需求和多種領(lǐng)域的光源。

圖1 不同照明控制的節(jié)能效益對(duì)比

表1 公共建筑常用照明光源優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

2.2 LED照明光源的性能特點(diǎn)

LED照明光源相對(duì)于其他傳統(tǒng)光源在性能上的優(yōu)勢(shì)明顯。高校在選用光源時(shí)，主要考慮的光源性能指標(biāo)有：功率、光效和顯色指數(shù)性能，常用光源的性能對(duì)比如表2所示。

從LED光源的綜合性能指標(biāo)來(lái)看，其特點(diǎn)非常明顯，在辦公室室內(nèi)照明燈具中，以平板燈為代表的標(biāo)準(zhǔn)化LED模組由于其發(fā)光面均勻、低眩光、無(wú)頻閃等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多的應(yīng)用于辦公室、會(huì)議室、教學(xué)樓等室內(nèi)照明中。

3 高校公共區(qū)域照明改造案例分析

鑒于LED照明光源的諸多優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合高校綠色校園技術(shù)的推進(jìn)應(yīng)用，上海交通大學(xué)于2016年實(shí)施了公共區(qū)域照明改造項(xiàng)目，主要涉及教學(xué)樓、科研樓、圖書(shū)館等公共區(qū)域，總計(jì)實(shí)施改造的燈具達(dá)6 300余套，節(jié)能率達(dá)81.3%?，F(xiàn)分區(qū)域進(jìn)行分析。

表2 高校常用照明光源性能對(duì)比

3.1 教學(xué)樓照明改造

上海交通大學(xué)東區(qū)教學(xué)樓，共420個(gè)教室，原照明燈具采用格柵燈為主，其中黑板燈采用T8燈管形式。一方面，黑板燈運(yùn)行產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁波干擾，教室在使用無(wú)線電收音機(jī)進(jìn)行教學(xué)、考試等活動(dòng)時(shí)，收音機(jī)受到干擾、產(chǎn)生巨大噪音，無(wú)法正常工作。另一方面，原燈具光衰嚴(yán)重，實(shí)測(cè)黑板面照度約為380 lx、課桌照度約為105 lx，遠(yuǎn)低于GB50034-2013 《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值：教室黑板面500 lx和課桌面300 lx。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，對(duì)教學(xué)的黑板區(qū)域和課桌區(qū)域分別進(jìn)行了照明環(huán)境和光源設(shè)計(jì)。改造后各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試均達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，具體對(duì)比情況見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 黑板區(qū)域改造前后等照度圖

3.2 圖書(shū)館照明改造

改造方案為更換照明光源，對(duì)照明線路重新布局，并加裝智能控制。通過(guò)不同區(qū)域的功能實(shí)行分區(qū)域線路控制，并根據(jù)使用頻率對(duì)閱覽室、樓梯走廊區(qū)域?qū)嵭羞M(jìn)行人體感應(yīng)控制。其中，圖書(shū)館大廳由于建筑本身己采用了自然采光的節(jié)能設(shè)計(jì)，在圖書(shū)館大廳頂上設(shè)計(jì)了部分大面積的采光天窗，因此，結(jié)合己有的建筑采光設(shè)計(jì)，對(duì)大廳區(qū)域?qū)嵤┕飧械闹悄芸刂?。以閱覽區(qū)域?yàn)槔?，改造前后等照度?duì)比如圖4所示。

圖3 教室課桌區(qū)改造前后等照度圖

圖4 圖書(shū)館閱覽區(qū)改造前后等照度圖

3.3 樓宇公共區(qū)域照明改造

樓宇公共區(qū)域主要是指走廊、樓梯等區(qū)域，現(xiàn)以某科研樓走廊為例進(jìn)行樓宇公共區(qū)域照明改造情況分析。該走廊原有燈具為8寸筒燈，為雙插拔管，單管功率18 W，整燈36 W。改造前損壞率極高，維修成本極高，而且照明線路單一，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。改造方案為：調(diào)整燈具布置的同時(shí)，對(duì)照明線路進(jìn)行拆分，并加裝人體感應(yīng)裝置，不僅改善了照明環(huán)境也節(jié)約了能源。改造前后等照度對(duì)比如圖5所示。

通過(guò)對(duì)樓宇公共區(qū)域綠色照明的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，結(jié)合LED光源和照明控制技術(shù)的綜合應(yīng)用，在節(jié)約能源的基礎(chǔ)上，營(yíng)造了綠色、健康的教學(xué)、科研光環(huán)境。

4 結(jié)束語(yǔ)

上海交通大學(xué)公共區(qū)域綠色照明項(xiàng)目根據(jù)校園公共區(qū)域的照明需求和照明標(biāo)準(zhǔn)，改變了傳統(tǒng)的以更換光源為主的改造路徑，在系統(tǒng)分析市場(chǎng)主流照明光源的前提下，提出了高效照明系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、光源選擇、智能控制相結(jié)合的綜合綠色照明改造路徑，在采用優(yōu)質(zhì)、高效、適用的光源的同時(shí)，優(yōu)化了設(shè)計(jì)布局、提高了燈具效率，有效地改善了學(xué)校公共區(qū)域的照明環(huán)境，以較低的能耗獲得了更優(yōu)的照明效果。該技術(shù)思路將在室內(nèi)照明領(lǐng)域帶來(lái)新的節(jié)能空間，也期望給其他高校綠色照明改造提供參考與借鑒。

[1] 郁聰, 康艷兵. 中國(guó)綠色照明工程“十二五” 規(guī)劃實(shí)施重點(diǎn)及相關(guān)建議[J]. 節(jié)能與環(huán)保, 2010(4): 17 -20.

[2] 高飛，鄭炳松. 中國(guó)綠色照明工程發(fā)展與實(shí)施回顧[J].照明工程學(xué)報(bào)，2016(8):1-7.

圖5 公共區(qū)域改造前后等照度圖

Exploration and Practice of Public Area Green Lighting Renovation at Campus

Zhi Qin1, Xiong Shunzi1, Wei Hongjie2
1.Shanghai Jiaotong University
2.Shanghai Guangzhong Electrical and Electronic Accessories Co.,Ltd

From campus energy consumption characteristics, the author analyzes and compares to put forward suitable green lighting renovation alternative methods through traditional lighting at campus during implementing energy saving lighting renovation. The article takes public area green lighting renovation as example to explore how to carry out green lighting renovation design in public building at campus to give reference to green lighting construction and renovation at campus.

Green Lighting, Energy Saving, Light Source

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.10.011