碳減排背景下淺談綠色照明與照明系統(tǒng)的能效評價

楊少飛

(華誠博遠工程技術集團有限公司，北京 100053)

0 引言

2021年國務院政府工作報告中指出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構和能源結構。在“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，依據(jù)建筑電氣節(jié)能領域相關的國家標準和規(guī)范，照明系統(tǒng)的節(jié)能成為了電氣專業(yè)需要認真思考的一個問題。

1 碳排放與節(jié)能節(jié)電的關系

碳排放是關于溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的組成部分是二氧化碳(CO2)，因此可以簡單地將“碳排放”理解為“CO2排放”。 碳排放與我們的生活息息相關，據(jù)統(tǒng)計，地球變暖的因素中，50%是由CO2造成的，而大約80%的CO2來自化石燃料的燃燒。因此，碳排放與節(jié)能節(jié)電有著密不可分的關系。據(jù)美國的資料顯示，每節(jié)約1kWh的電能，可減少大量大氣污染物，具體可見表1。

每節(jié)約1kWh的電能可減少的空氣污染物的傳播量 表1

在我國，建筑業(yè)是經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，帶動了上下游50多個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但同時，全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放總量的比重達到51.3%。“雙碳”戰(zhàn)略背景下，實現(xiàn)建筑的節(jié)能減排尤為重要。這其中，照明節(jié)能有著巨大的節(jié)能潛力。

2 綠色照明的含義：節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適

綠色照明是美國國家環(huán)保局于上世紀90年代初提出的概念。完整的綠色照明概念包含高效節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適4項指標，缺一不可。高效節(jié)能意味著以消耗較少的電能獲得足夠的照明，從而明顯減少電廠大氣污染物的排放，達到環(huán)保的目的。安全、舒適指的是光照清晰、柔和及不產(chǎn)生紫外線、眩光等有害光照，不產(chǎn)生光污染。

GB/T 50378-2019《綠色建筑評價標準》中的第五章“健康舒適”對照明數(shù)量及質(zhì)量、光生物安全性、LED產(chǎn)品的光輸出波形(舒適性)作為控制項進行了規(guī)定；第七章“資源節(jié)約”將滿足照明的功率密度現(xiàn)行值作為控制項，將采用節(jié)能型電氣設備及節(jié)能控制措施作為評分項；第八章“環(huán)境宜居”中，將避免產(chǎn)生光污染作為評分項。 GB/T 50378完整的涵蓋了綠色照明的四個含義。

需要指出的一點是，照明燈具的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也體現(xiàn)了綠色照明的環(huán)保理念。在照明設備的生產(chǎn)材料方面，國家也在不斷更新變革。繼國家發(fā)展和改革委員會等五部門2011年發(fā)布了“中國逐步淘汰白熾燈路線圖”后，照明產(chǎn)品又將迎來第二次重大市場變革。

環(huán)保部于2017年8月16日宣布生效的《關于汞的水俁公約》規(guī)定，從2021年起，中國將逐步淘汰公約中要求的含汞電池、熒光燈產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。VCM(氯乙烯，會產(chǎn)生含汞廢水)生產(chǎn)行業(yè)實現(xiàn)單位產(chǎn)品的使用量在2021年降低50%(2010年的基礎上)。到2032年，要關停所有原生汞礦的開采。公約將熒光燈產(chǎn)品和高壓汞燈列入被限制和淘汰的產(chǎn)品，涉及的照明產(chǎn)品包括用于普通照明用途的緊湊型熒光燈，用于普通照明用途的直管熒光燈和用于普通照明用途的高壓汞燈。這也將進一步推進了LED產(chǎn)品在國內(nèi)的使用。

根據(jù)美國能源部《半導體照明在通用照明領域的節(jié)能潛力(Energy Savings Potential of Solid-State Lighting in General Illumination Applications)》報告預計，LED照明燈具正在慢慢的成為市場主流產(chǎn)品。表2所示即為美國能源部半導體照明市場發(fā)展預測分析表。

美國能源部半導體照明市場發(fā)展預測分析 表2

3 關于T/CECS 643-2019中的照明章節(jié)

在照明系統(tǒng)的能效評價方面可以參閱T/CECS 643-2019《公共建筑機電系統(tǒng)能效分級評價標準》(以下簡稱“標準”)。該標準對新建、改擴建公共建筑和既有公共建筑機電系統(tǒng)能效進行分級和評價。標準中涉及的建筑機電系統(tǒng)，主要包括暖通空調(diào)、給水排水、電氣三個子系統(tǒng)。

根據(jù)標準的規(guī)定，公共建筑機電系統(tǒng)能效按照總得分進行分級評價，暖通空調(diào)、給水排水、電氣分值均設定為0分～100分。對三個子系統(tǒng)進行評價后，總得分按暖通空調(diào)、給水排水及電氣3個子項的權重進行取值。其中暖通的指標權重為0.55，給水排水的指標權重為0.15，電氣的指標權重為0.30。公共建筑機電系統(tǒng)按總得分確定等級，且每個子項的得分不應低于50分，并分為下列3個等級：(1)一星級:機電系統(tǒng)總得分達到60～70分;(2)二星級:機電系統(tǒng)總得分達到71～85分;(3)三星級:機電系統(tǒng)總得分達到86～100分。

標準中照明部分的總得分為：照明產(chǎn)品評價10分、功率密度限制評價10分、合理進行照明控制4分、照明控制方式9分、光導管的利用2分。

綜上，照明部分總分值為35分。占電氣總得分的35%。結合電氣的指標權重，照明占建筑機電系統(tǒng)能效評價的11.55分，占總體評價超過了10%?？梢?，標準對照明系統(tǒng)的能效評價給予了較高的比重。

4 照明產(chǎn)品的評價

標準對選用高效照明產(chǎn)品給予了10分。具體分值可以歸納為：光源的能效等級，2分；鎮(zhèn)流器的能效等級，2分；燈具的效率，2分；燈具的功率因數(shù)，1分；LED照明產(chǎn)品能效，3分。

關于光源、鎮(zhèn)流器和LED照明產(chǎn)品的能效，國家已對各類光源、鎮(zhèn)流器和LED模塊控制器等照明產(chǎn)品發(fā)布了能效標準。標準規(guī)定了光源及鎮(zhèn)流器需滿足相關產(chǎn)品標準的二級能效可得1分，達到一級能效可得2分。

梳理與照明產(chǎn)品相關的規(guī)范，包括但不限于以下規(guī)范：GB 17896-2012《管形熒光燈鎮(zhèn)流器能效限定值及能效等級》，GB 19043-2013《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》，GB 19044-2013《普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈能效限定值及能效等級》，GB 19415-2013《單端熒光燈能效限定值及節(jié)能評價值》，GB 19573-2004《高壓鈉燈能效限定值及能效等級》，GB 19574-2004《高壓鈉燈用鎮(zhèn)流器能效限定值及節(jié)能評價值》，GB 20053-2015《金屬鹵化物燈用鎮(zhèn)流器能效限定值及能效等級》，GB 20054-2015《金屬鹵化物燈能效限定值及能效等級》，GB 38450-2019《普通照明用LED平板燈能效限定值及能效等級》，GB/T 24825-2009《LED模塊用直流或交流電子控制裝置 性能要求》。

關于燈具的效率，需滿足GB 50034-2013《建筑照明設計標準》的規(guī)定。

關于燈具的功率因數(shù)，標準給出的依據(jù)參考了GB/T 31831《LED室內(nèi)照明應用技術要求》、GB/T 24908《普通照明用非定向自鎮(zhèn)流LED燈 性能要求》及GB/T 17263《普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈 性能要求》的相關條文。值得注意的是，標準的要求略高于以上規(guī)范的要求，也就是在規(guī)范的下限基礎上有所提高。

5 功率密度限制的評價

標準對LPD的評價標準分為3檔：第一檔滿足GB 50034-2013《建筑照明設計標準》目標值，得4分；第二檔在目標值基礎上降幅5%～10%，得7分；第三檔在目標值基礎上降幅11%～20%，得10分。

據(jù)此可以分析，標準的條文鼓勵利用高效的照明產(chǎn)品，根據(jù)使用場所，合理選擇燈具類型及數(shù)量，嚴格控制LPD。值得一提的是在GB/T 50378《綠色建筑評價標準》的2019版本中，LPD評價的得分由2014版本中的8分調(diào)整為5分，且修改了2014版本中全部達到目標值和主要功能房間達到目標值的不同檔位得分，統(tǒng)一為主要功能房間達到目標值。分值的降低也體現(xiàn)了，對于功率密度的限制，已經(jīng)由原來的“加分項”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎卷棥钡男枨蟆?/p>

6 合理進行照明控制

本條的評價重點是照明的控制合理性共計4分，歸納如下：系統(tǒng)設計，1分；重點照明單獨控制，1分；多種功能要求場所，1分；天然采光區(qū)域獨立控制，1分。

照明控制的合理性主要體現(xiàn)在按使用條件和天然采光區(qū)域進行分區(qū)、分組的設置。例如，對于有外窗的區(qū)域，應盡量考慮到燈具于側(cè)窗平行布置。對于教室、會議廳、多功能廳等場所按靠近講臺的方式控制。合理的照明控制有助于使用者按需求及時開關燈，避免無人管理的“長明燈”。照明控制可以提高管理水平，節(jié)省運行的管理人力，節(jié)約電能。

7 照明控制方式

本條共計9分，歸納如下：公共區(qū)域的自動開關控制，3分；非工作時間自動降低照度措施，3分；有天然采光區(qū)域隨自然光的控制，3分。

本條需注意與前款提到的“合理進行照明控制”的區(qū)別。合理進行照明控制意在以區(qū)域進行劃分，考察照明控制系統(tǒng)的合理性。本條評價的重點則是對已經(jīng)確定的區(qū)域內(nèi)照明控制方式進行評價。

標準對照明尤其是公共區(qū)域的照明，從自動控制、時間控制和自然采光區(qū)域照度控制三個維度進行了評價。采用的照明控制方式，直接影響到了照明系統(tǒng)的節(jié)能與正常使用二者間的平衡關系，照明節(jié)能的前提也應該在滿足基本使用要求的前提下進行設計。

8 利用導光管系統(tǒng)

本條鼓勵采用太陽能光源，使其對人工照明做一定的補充，共計2分。應根據(jù)地區(qū)的氣候特點，綜合考慮充分利用天然光，節(jié)約能源。

9 從設計及運行維護角度談標準的應用建議

在了解了標準對照明系統(tǒng)的評價體系后，需要明確其對工程實踐的指導意義。標準的應用范圍是新建、改擴建的公共建筑和既有公共建筑機電系統(tǒng)能效進行分級評價。

本文從設計和運行維護兩個角度進行剖析，這里提供一個現(xiàn)有項目應用T/CECS 643-2019照明章節(jié)進行設計階段預評的參考。該項目位于北京，屬于市屬二級甲等醫(yī)院，建筑面積65 000m2。照明負荷安裝功率為449kW。照明燈具以LED光源為主。表3所示為該項目應用T/CECS 643-2019照明部分設計預評價得分表。

北京某項目應用T/CECS 643-2019照明部分設計預評價得分表 表3

從考慮照明系統(tǒng)的運行維護角度出發(fā)，對既有公共建筑機電系統(tǒng)能效進行分級評價時，其主要方法有查閱相關竣工圖、產(chǎn)品樣本、檢測報告，并現(xiàn)場核實。對于照明系統(tǒng)的評價，國家也有相應的規(guī)范GB/T 51268《綠色照明檢測及評價標準》作為依據(jù)。

10 LED燈具的現(xiàn)存問題：產(chǎn)品質(zhì)量、色溫與光生物安全性

前文提到了國家即將迎來的第二次照明產(chǎn)品變革，即LED光源將逐步占據(jù)更多的市場份額。然而對于LED產(chǎn)品在國內(nèi)的推廣，仍存有一下問題。

(1)國內(nèi)目前LED燈具產(chǎn)品的質(zhì)量良莠不齊，部分LED燈的諧波較大，遠超過了相應產(chǎn)品標準的規(guī)定，導致其功率因數(shù)低，并沒有充分發(fā)揮LED燈具較傳統(tǒng)燈具的節(jié)能效果。

(2)大部分LED燈色溫偏高，光線不夠柔和，長時間處在這樣的照明環(huán)境中，會使人感覺不適。

(3)LED產(chǎn)品在光生物安全等諸多領域還存在爭議。根據(jù)GB 7000.1-2015《燈具 第1部分一般要求與試驗》中，4.24光生物危害章節(jié)指出，光生物安全方面的要求包括輻射強度、輻射亮度等，并根據(jù)測試數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行危害分級，包括0類危險(RG0豁免級)、1類危險(RG1低危)、2類危險(RG2中危)和3類危險(RG3高危)共4個級別。燈具使用RG0無限制或RG1無限制級光源或完整裝配后使用的燈具為RG0無限制或RG1無限制級時，藍光危害不適用。然而，所謂RG0的燈具在國內(nèi)仍沒有相應的推廣。

綜上所述，在以節(jié)能為目的選擇LED燈具時，應特別明確LED產(chǎn)品的質(zhì)量要求。人員長期停留的場所應采用符合現(xiàn)行國家標準 GB/T 20145《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》規(guī)定的無危險類照明產(chǎn)品。

11 《建筑電氣系統(tǒng)能效評價標準》中照明部分的編制

目前由中國中元國際工程有限公司等主編的《建筑電氣系統(tǒng)能效評價標準》，依托于國際電工委員會標準《IEC 60364-8-1 低壓電氣裝置：能源效率》，旨在推進IEC標準的引入并對其進行符合中國國內(nèi)能效評價體系的調(diào)整及轉(zhuǎn)化工作。

《建筑電氣系統(tǒng)能效評價標準》將從設計能效與運行能效兩個維度對建筑電氣系統(tǒng)進行綜合評價。筆者有幸成為編制組的成員，并參與了其中照明部分的編制工作。對于照明系統(tǒng)的設計能效，除了T/CECS 643中的燈具參數(shù)外，對燈具的功率因數(shù)及LED燈具的質(zhì)量也將作為評價重點之一。在設計能效評價方面，同時引入了IEC 60364-8-1中室內(nèi)照明的自動控制覆蓋度的概念(這一概念在國內(nèi)也還未有相應的參考評價標準)。對于照明系統(tǒng)的運行維護能效，提出了采用設備替換功率的方法作為運行能效評價的指標之一，并在編制過程中給出了照明質(zhì)量檢測的詳細條文解釋說明。

12 結束語