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      建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設計研究

      2020-01-19 05:30:58林賜文
      四川水泥 2019年12期
      關鍵詞:熒光燈照度車庫

      林賜文

      (福建省九龍建筑設計有限公司,福建 泉州 362000)

      0 引言

      近年來,綠色建筑理念在我國不斷推廣,對建筑工程建設、使用中的資源與能源消耗提出了更高的控制要求。電氣照明系統(tǒng)為建筑內部提供光源,在長期使用中消耗大量電能。建筑使用中電氣照明系統(tǒng)的能源節(jié)約,主要通過合理的設計方案實現(xiàn)。因此,建筑電氣施工設計方案需要關注照明節(jié)能的指標要求,通過科學選材、優(yōu)化布局等方式降低建筑能源消耗,增強社會發(fā)展的可持續(xù)性。

      1 建筑電氣照明系統(tǒng)能耗影響因素分析

      建筑電氣照明系統(tǒng)能耗的影響具有多因特征,需綜合考慮硬件、控制方式、環(huán)境利用等要點。首先,電氣照明系統(tǒng)的光源是能源消耗的主要構件,不同類型光源的額定功率、光效、色溫、綜合能耗等指標存在較大差異。建筑空間因用途差異對相關指標的設計要求也有所不同,因而光源與空間照明需求的適配性決定了對照度的利率效率,進而影響到能耗利用率。其次,隨著技術進步電氣照明系統(tǒng)的控制方法日趨多樣化。應用場景的需求區(qū)別對控制方法有各異要求,合理的控制方法可降低無效照明時間,起到降低能耗的效果。

      另外,在相同光源條件下,照明系統(tǒng)的布局設計會影響其實際照度。另外,對室型指數、墻面反射等客觀條件的參考也將影響照度。因而除選擇合適光源與控制方式外,充分利用環(huán)境科學布局光源可在使用更少能源的情況下實現(xiàn)相同的照度,進而間接節(jié)約成本。

      由此可見,建筑電氣照明系統(tǒng)設計需充分考慮環(huán)境條件與照明需求。并選擇合適的光源硬件、控制方法,通過科學計算在滿足使用需求的前提下實現(xiàn)低耗能系統(tǒng)設計。

      2 工程概況

      案例項目位于福建省漳州市,由一棟商業(yè)樓及附屬地下車庫構成,總建筑面積約為7700 m2。商業(yè)樓為地上5 層建筑,是集購物餐飲、休閑娛樂為一體的商業(yè)綜合體。地下車庫為1 層,在東、南兩側市政道路設有進出口。該項目設計中無市內自然照明,商業(yè)樓與地下車庫均采用電氣照明系統(tǒng)。項目電氣照明系統(tǒng)設計以《建筑照明設計標準》(GB50034-2004)為基礎。在滿足設計標準要求的前提下,以多方案對比的形式逐步形成照明系統(tǒng)節(jié)能設計方案,并考慮對實際環(huán)境的科學利用,以達到節(jié)能減排的綠色建筑建設目標。

      3 建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設計

      該項目在光源節(jié)能設計中采取了多方案對比選擇模式。結合項目實際需求,分析各類常見光源的性能及節(jié)能效果。通過選定光源產品類型形成差異化的設計方案。設計單位充分考慮了電氣照明系統(tǒng)在長期使用中采購成本與使用成本之間的矛盾。通過成本計算確定最終方案,并對初步設計方案以照度計算實現(xiàn)細節(jié)優(yōu)化,從而達成科學合理的節(jié)能設計目標。

      3.1 光源硬件對比

      該項目對目前建筑電氣照明系統(tǒng)的常用光源性能進行分類比對。由于該工程設計用途廣泛,且綜合體與地下車庫的環(huán)境、照度要求有所差異。因此,選取熒光燈、白熾燈、LED 燈及高壓鈉燈作為設計參考光源硬件,對上述光源的特征對比如表1所示:

      表1:電氣照明常用光源硬件特征對比

      啟動耗時 1-2S 瞬時 瞬時 5-7min ?

      通過比較上述光源影響主要指標可以看出,熒光燈的色溫范圍較大,相對于LED 等能耗平均值適中,光效相對較高。常見的熒光燈分為直管、環(huán)管等,差異化的形狀結構適合于商業(yè)樓內多變的環(huán)境要求。因而將其列入設計材料備選方案中。LED 燈作為近年來較為常見的節(jié)能照明系統(tǒng)光源,是緊湊熒光燈的有效代替品,同樣具有較高的光效比。但是相對于熒光燈+鎮(zhèn)流器的組合,白光LED 等由于技術較為復雜,在采購成本方面存在一定劣勢。因此,對兩類終端設備的最終選擇需經過成本計算后確定。

      3.2 控制系統(tǒng)設計

      電氣照明系統(tǒng)控制開關的區(qū)別主要在感應方式上,目前常見的方式包括紅外與微波兩類。紅外系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢在于可以串聯(lián)照明回路,有效降低設計功耗,且起控照度可根據場景需求在較大余度內自由設定。微波系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢在于可智能識別自然光,感應人體或物品的移動,并且可根據實際需求調整系統(tǒng)的感應時間與延時時長。該項目根據場景對照明的需求,在商業(yè)樓與地下車庫分別應用上述系統(tǒng)。紅外感應主要用于地下車庫、消防通道內日常人流較少的區(qū)域。而紅外系統(tǒng)則應用于需提供長期穩(wěn)定照明的場景。通過差異化設計方案,可有效降低系統(tǒng)能耗。

      通訊系統(tǒng)是照明控制的組成部分,目前以無線傳輸技術為主。該項目設計階段分別對WIFI、藍牙、ZigBee 三項技術進行對比。WIFI 的優(yōu)勢在于多端口控制,可以利用移動終端隨時調節(jié)。但是,考慮到該項目為商業(yè)地產,電氣照明的用途與要求相對固定,因而優(yōu)勢不明顯。且該項目剪力墻、隔斷墻較為密集,也影響了信號傳輸效率。藍牙傳輸距離一般不超過15m,過多的傳輸節(jié)點將增加建設成本。ZigBee 適合于在低能耗設備間進行傳輸,且傳輸距離穩(wěn)定在150m 以上,因而最終被該設計方案所采用。另外,該項目還選用了以CC2530 作為片上系統(tǒng)解決方案以搭建智能控制系統(tǒng),其控制采集結構如圖1所示:

      圖1:控制采集中心結構示意圖

      以上述方式建立的智能控制系統(tǒng),可根據預先設定的環(huán)境感應條件給出照明反饋,實現(xiàn)對能源的高效利用。

      3.3 方案成本計算

      該項目擬采購的熒光燈為飛利浦品牌某常見型號,燈光功率為28W、鎮(zhèn)流器功率為4W。根據設計方案統(tǒng)計單管燈為202 支、雙管燈為89 支。商城應用時間為每天10:00 至22:00,由于商城營業(yè)期間需要維持市內照明,因此其用電量按照每日12 小時計算,該設計方案每年用電量預估為:

      [202+(89×2)](支)×32W×12h÷1000W/KW×365 天=53260.80 度/年

      按照福建省當地商業(yè)用電約1 元/度的實際價格計算,采取此方案預計每年產生電費約5 萬元。隨后,按照LED 燈設計方案計算年用電費用。該項目選用的LED燈為雷士電子品牌功率為21W 的某產品,相關數據顯示該款產品使用壽命在30000h 以上。以該光源為基礎的設計方案計劃使用共220 支,該方案每年用電量預估為:

      220(支)×21W×12h÷1000W/KW×365 天=20235.60 度/年

      按照該款LED 等使用壽命3年計算兩套方案的電費消耗成本差額為:

      (53260.8 元-20235.6 元)×3年=99075.6 元

      經設計單位對比兩類光源的市場采購價格發(fā)現(xiàn),LED 燈設計的光源采購成本較熒光燈設計采購成本高出約30 元,使用LED 燈另外需要配套的終端價格為220元/臺,計入增加的安裝工時費后,LED 燈總成本支出高出約44000 元。安裝設計使用3年壽命計算,LED 等設計方案可節(jié)省直接成本超過45000 元,并增強建筑使用中的減排環(huán)保公益價值。

      4 照度設計優(yōu)化

      該項目為增強光源點位設計的合理性,采取平均照度計算等方法對設計方案進行細節(jié)優(yōu)化。平均照度計算主要分為燈具利用系數、室形指數、空間系數等二級指標演算構成對現(xiàn)行設計方案的量化評價結果。燈具利用系數的計算較為簡單,依照施工設計圖與選定光源產品參數,計算光源至工作面的光通量。再將其除以該產品的額定總通光量,即為利用系數,此系數越大,說明設計方案的光源利用率約好。在符合設計規(guī)范的前提下,可通過利用系數調整設計布局,以減少不必要的燈具用量,從而降低系統(tǒng)能耗。室形指數和空間指數的計算需要結合設計圖測得頂棚、光源、地板各自高程,采用規(guī)定的計算方式導入參數計算即可。設計中應當分別參考頂棚、地板及墻面的有效反射比,從而使方案更加接近實際情況,提高設計光源的利用效率。

      實踐中,可應用優(yōu)化設計軟件進一步改善設計方案。該項目選用松下的MaTLP5 系統(tǒng),依照工程設計方案分別輸入各空間的高度、進深、光源等參數,由系統(tǒng)自動計算得出優(yōu)化結果,所形成的優(yōu)化設計方案如圖2所示:

      地下車庫受到客觀因素影響存在多處避光區(qū),該項目所應用的軟件尚無法反應此問題。因而需要通過人工計算得出燈具數量調整與布置方案。另外,照明系統(tǒng)節(jié)能設計也應當考慮項目使用變化情況。例如,該項目地處新城區(qū),竣工1年左右為輻射區(qū)內居住社區(qū)的交鑰高峰期,客流量的變化將對地下車庫使用率產生影響。因而宜采取分區(qū)設計的方式,便于項目物業(yè)后期根據需求靈活調節(jié)照明系統(tǒng)的使用。

      5 結語

      綜上所述,建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設計需要從多方面著手。在設計前應開展工程總設計圖勘察,加強與業(yè)主溝通以掌握建筑使用期間的相關信息。在充分了解環(huán)境因素的基礎上,以分區(qū)設計的方式合理選配光源與控制系統(tǒng)。注意對優(yōu)化參數、使用成本的計算,以提升照明系統(tǒng)的節(jié)能成效。

      圖2:地下二層停車場光源布置方案優(yōu)化示意圖

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