建筑電氣照明節(jié)能設(shè)計(jì)初析

蘭立黨

（湖南方圓建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，2018年我國(guó)建筑節(jié)能行業(yè)產(chǎn)值突破1675億元，建筑節(jié)能材料、建筑新能源在我國(guó)建筑節(jié)能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中分別占比63.83%和3.26%。通常民用建筑的照明用電量約占總用電量的15%~25%，僅次于空調(diào)用電，因此應(yīng)秉持環(huán)保理念推進(jìn)建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

1 建筑電氣照明的設(shè)計(jì)原則與影響因素分析

1.1 設(shè)計(jì)原則

電氣照明作為一種人工照明方式，具有易于調(diào)節(jié)控制、燈光穩(wěn)定性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等性能優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)照明質(zhì)量與節(jié)能目標(biāo)的兼顧，應(yīng)注重把握以下六項(xiàng)設(shè)計(jì)原則：①功能性原則，確保電氣照明設(shè)計(jì)能夠滿足人的正?；顒?dòng)需求，供其正確識(shí)別周圍環(huán)境，具有安全、舒適的體驗(yàn)；②清晰性原則，保障照明覆蓋范圍的清晰度，消除影響視覺傳達(dá)效果的陰影與暗區(qū)，并防范紫外線輻射、光熱等因素造成的負(fù)面影響；③人性化原則，確保照度水平、亮度分布的均衡性，避免因眩光使人滋生焦躁不安的情緒；④協(xié)調(diào)性原則，合理控制光源色溫與顯色性、一般顯色指數(shù)與特殊顯色指數(shù)色差兩組關(guān)系，減少對(duì)人心理層面上造成的影響；⑤自然性原則，應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)自然光的充分利用，節(jié)約電能消耗；⑥規(guī)范性原則，確保符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[1]。

1.2 影響因素

影響電氣照明裝置節(jié)能效果的因素包含燈具功率Ps、配套設(shè)備損耗Pr、配電線路損耗Pl、使用時(shí)長(zhǎng)T等，其與耗電量P間的關(guān)系表現(xiàn)為：

其中照明燈具功率與光通量F、發(fā)光效率η的關(guān)系為：

光通量與最小照度E、減光補(bǔ)償系數(shù)K、房間面積S、照明器數(shù)量N以及光通量利用系數(shù)M間存在一定關(guān)聯(lián)，其關(guān)系式為：

2 建筑電氣照明節(jié)能設(shè)計(jì)的具體要點(diǎn)探討

以某建筑工程項(xiàng)目為例，該建筑共包含地上4層，建筑高度為22.6m，其電氣照明節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

2.1 照明方案設(shè)計(jì)

基于《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013）進(jìn)行照明方案的設(shè)計(jì)，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特征、功能設(shè)計(jì)要求，保障照明節(jié)能設(shè)計(jì)符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與建筑實(shí)際情況。同時(shí)，照明方案的設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持實(shí)用性原則，切實(shí)滿足建筑的實(shí)際照明需要。以不同房間類型作為照明方案設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)安裝有空調(diào)的房間，應(yīng)采用一般照明+局部照明+混合照明模式，既保障空調(diào)的運(yùn)行效能，同時(shí)也滿足室內(nèi)照明要求；針對(duì)采光效果良好、室內(nèi)裝修用色較淺的房間，則應(yīng)注重實(shí)現(xiàn)自然光的充分利用，配合局部照明等模式，起到節(jié)能減排作用[2]。

在照度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)上，同樣應(yīng)以《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013）作為參考依據(jù)，結(jié)合建筑類型、工作區(qū)域用途的差異進(jìn)行照度標(biāo)準(zhǔn)值、照明功率密度值的設(shè)計(jì)，并根據(jù)工程實(shí)際情況作出適當(dāng)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)電氣照明合理布局，最大限度減少能源浪費(fèi)問(wèn)題。以該建筑項(xiàng)目為例，建筑一層服務(wù)大廳面積為160m2，選用10只單管36W四管熒光燈，功率密度值的計(jì)算結(jié)果為10W每平方米；二層辦公區(qū)域面積為60m2，選用9只格柵燈（內(nèi)置單管28W雙管熒光燈），功率密度值的計(jì)算結(jié)果為9W每平方米；二層高檔衛(wèi)生間面積為25m2，選用3只功率為36W的防水熒光燈，功率密度值的計(jì)算結(jié)果為4.8W每平方米。

2.2 照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在照明配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，應(yīng)選取照明負(fù)荷中心靠近電源側(cè)位置進(jìn)行照明配電箱的布設(shè)與安裝，能夠有效降低線路損耗。在變壓器設(shè)置上，應(yīng)優(yōu)先選取銅芯變壓器，其繞組的阻值較小，并在負(fù)荷較大的情況下盡量選取多臺(tái)小容量變壓器布設(shè)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的合理分配。在功率因數(shù)設(shè)計(jì)上，應(yīng)關(guān)注變壓器、發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)功功率，選取電子鎮(zhèn)流器增設(shè)在燈具處、選取電容器增設(shè)在變壓器上，通過(guò)提高設(shè)備的功率因數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。其中在鎮(zhèn)流器選取上，對(duì)于熒光燈應(yīng)將其電子鎮(zhèn)流器的功耗控制在燈具額定功耗的10%左右，對(duì)于高強(qiáng)度氣體放電燈則需將鎮(zhèn)流器功耗控制在額定功率的10%左右，配合有效措施抑制高次諧波，起到有效節(jié)電效果；針對(duì)氣體放電燈進(jìn)行補(bǔ)償電容設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將補(bǔ)償后燈具的功率因數(shù)控制在0.9以上；針對(duì)功率大于1500W的高強(qiáng)度氣體放電燈，通常其額定電壓應(yīng)為380V，而照明光源的電源電壓應(yīng)為220V，因此倘若發(fā)現(xiàn)電壓偏差較大時(shí)，還應(yīng)增設(shè)自動(dòng)穩(wěn)壓裝置。在電流控制上，應(yīng)將各照明單相分支回路電流控制在16A以內(nèi)，確保連接光源數(shù)量不超過(guò)25個(gè)，且不能將照明燈與電源插座接到同一分支回路上，在使用I類燈具時(shí)還需保障其外漏可導(dǎo)電部位實(shí)現(xiàn)可靠接地。

2.3 選取高節(jié)能效果燈具

在燈具選取上，應(yīng)優(yōu)先選取LED作為光源，相較于同等亮度的白熾燈可節(jié)約近80%的耗電量。在鎮(zhèn)流器選取上，倘若選用T8熒光燈作為燈具，搭配低損耗電子鎮(zhèn)流器后可使實(shí)際LDP下降20%、照明安裝功率下降9%。在燈具布置上，應(yīng)注重加強(qiáng)對(duì)投射方向、光照均勻度等指標(biāo)的控制，為照明裝置后續(xù)維修與安全提供保障。在房間內(nèi)部插座的設(shè)置上，以該工程某一房間為例，由于其房間面積較小，因此選取在房間內(nèi)設(shè)置2個(gè)二三聯(lián)安裝插座，注重確保插座殼體為阻燃性工程塑料材質(zhì)，杜絕采用普通塑料或金屬材料[3]。

2.4 合理選擇照明模式

在照明方式的選取上，應(yīng)注重結(jié)合建筑室內(nèi)布局、照明需求與人體接受能力進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。例如針對(duì)普通辦公區(qū)，應(yīng)結(jié)合不同區(qū)域的照明需求采用分區(qū)照明方式，減少電能浪費(fèi)問(wèn)題；針對(duì)部分顯色度要求較高的區(qū)域，應(yīng)結(jié)合具體布局選取混合照明方式，提高顯色程度、優(yōu)化照明效果。

2.5 智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于電子感應(yīng)技術(shù)與調(diào)壓技術(shù)進(jìn)行智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)整體建筑中各區(qū)域的供電情況做到全面掌握，并實(shí)現(xiàn)電路電流值的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以此實(shí)現(xiàn)提高功率因數(shù)、增強(qiáng)節(jié)能效果的作用。在此可引入i-bus智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于國(guó)際通用EIB/KNX標(biāo)準(zhǔn)，采用總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其通訊速率可達(dá)到10Mbit，利用線路耦合器實(shí)現(xiàn)對(duì)支線信號(hào)的過(guò)濾，有效增加干線速率，配合IP局域網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞；ibus系統(tǒng)的開關(guān)控制模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)燈光回路運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)與故障預(yù)警，提供光控制、中央控制、溫度控制、AV控制系統(tǒng)信號(hào)監(jiān)視等功能。

以該建筑工程項(xiàng)目為例，基于i-bus系統(tǒng)進(jìn)行辦公區(qū)域的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選取吸頂探測(cè)器安裝在辦公區(qū)域內(nèi)，利用探測(cè)器感應(yīng)移動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光與風(fēng)機(jī)盤管電源的控制，可在工作時(shí)間內(nèi)自動(dòng)開啟照明燈、啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，在休息時(shí)間依照預(yù)先設(shè)置好的順序依次進(jìn)行燈光、空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 i-bus智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在會(huì)議室智能控制面板的設(shè)計(jì)上，利用控制面板實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光系統(tǒng)等用電模塊的手動(dòng)控制，利用溫控面板實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制；依托吸頂式移動(dòng)探測(cè)器獲取感應(yīng)信號(hào)，結(jié)合環(huán)境照度要求、照明空間位置實(shí)現(xiàn)對(duì)開燈數(shù)量的自動(dòng)化控制，在滿足日常會(huì)議照度需求的同時(shí)，有效發(fā)揮節(jié)能降耗作用。

將i-bus智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用在建筑電氣照明節(jié)能設(shè)計(jì)上，具有以下三項(xiàng)性能優(yōu)勢(shì)：①兼容性良好，其電氣安裝總線采用大跨度框架與開放式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可供使用者結(jié)合自身需求進(jìn)行建筑平面的重新規(guī)劃設(shè)計(jì)，保障系統(tǒng)內(nèi)部各模塊的獨(dú)立運(yùn)行，且模數(shù)化產(chǎn)品采用該35mm導(dǎo)軌安裝，各面板的探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)靈活互換；②安全性，僅使用一條i-bus總線，其24V的安全低電壓連接能夠有效保障用電安全；③經(jīng)濟(jì)性，相較于傳統(tǒng)照明節(jié)能系統(tǒng)可節(jié)約25%電能，且節(jié)省大量后期維護(hù)費(fèi)用。

3 結(jié)論

能源節(jié)約與資源高效利用現(xiàn)已成為衡量社會(huì)發(fā)展?jié)撃艿闹匾獦?biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前建筑能耗在我國(guó)一次能源消耗總量中占比超過(guò)27%，因此還需立足根本進(jìn)行建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，結(jié)合建筑布局與照明需求進(jìn)行照明方案、配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，合理選取照明模式與燈具種類，配合智能控制系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)能效果，提升綜合效益。