建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)

王 晨

（山東新達(dá)工程設(shè)計有限公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

在建筑行業(yè)發(fā)展過程中，不可避免地會出現(xiàn)資源浪費的情況。目前，環(huán)保理念已深入人心，建筑節(jié)能措施的應(yīng)用可有效建設(shè)廢物排放水平，減少能源消耗程度，因此可有效緩解能源消耗壓力，進(jìn)一步保護(hù)我國的生態(tài)環(huán)境，有助于社會的可持續(xù)發(fā)展。照明是滿足人民群眾日常生活的基本保障，照明系統(tǒng)作為建筑工程項目的核心系統(tǒng)，為了推動我國建筑行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，緩解能源消耗所帶來的壓力，建筑電氣照明設(shè)計過程中，需要重視照明設(shè)備的節(jié)能效果，在建筑工程項目中靈活應(yīng)用電氣照明節(jié)能技術(shù)，降低照明系統(tǒng)的能源消耗程度，對建筑電氣照明系統(tǒng)的照明效果進(jìn)行優(yōu)化，在滿足人民需求的前提下，優(yōu)化資源應(yīng)用模式，避免出現(xiàn)資源浪費的情況。

1 案例工程

1.1 工程概述

在我國私家車保有量急速增長的前提下，我國開始大面積修建地下停車場項目，與地面建筑項目相比，地下停車場是需要24h不間斷地照明，電力能耗在能源消耗占比中接近35%。本次案例工程主要為某地區(qū)的公共地下車庫，所采取的大底盤式建筑，建筑面積為251430m2，建筑內(nèi)共有8個防火分區(qū)，而停車位數(shù)量一共有824個，隸屬于大型的地下車庫。案例工程設(shè)計有12個采光創(chuàng)口，4個地下車庫出口。該文只對大面積停車位以及行車道的照明節(jié)能措施進(jìn)行分析。

1.2 地下車庫的照明設(shè)計

根據(jù)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034—2013）以及案例的具體使用情況來看，人民群眾對行車道的照度要求相對較高，對停車位的照度要求并不高，因此地下車庫照度標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 地下車庫的照明標(biāo)準(zhǔn)

2 建筑電氣照明節(jié)能設(shè)計

2.1 合理選擇電光源

2.1.1 電光源參數(shù)角度

案例建筑在選擇光源的過程中，主要是以熒光燈、節(jié)能燈以及汞燈為主，遵循建筑電氣照明系統(tǒng)光效高的標(biāo)準(zhǔn)，選擇T8普通熒光燈、T5普通熒光燈以及LED日光燈作為主要的電光源，技術(shù)參數(shù)比較見表2。

表2 電光源參數(shù)比較

從電光源光效角度來看，T5普通熒光燈以及LED日光燈管的光效最佳；從色溫角度來看，LED日光燈的色溫為60000K，可有效提升人們的視覺舒適感，同時也能有效提升人們的能見度，因此LED日光燈選擇最佳。

2.1.2 電光源的經(jīng)濟性

2.1.2.1 從終端用戶的使用需求角度出發(fā)

電光源在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，設(shè)計人員不僅需要有效節(jié)約電光源的電力資源消耗量，同時也要盡可能地延長電光源使用壽命，通過減少電光源的更換次數(shù)來減少后期投入水平。電光源的綜合能效主要是由光效以及使用壽命的乘積進(jìn)行評價，如公式（1）所示。

式中：ηzh為電光源綜合能效，lm·kh/W；ηl為電光源光效，lm/W，T為電光源使用壽命，h。

從電光源綜合能效來看T5普通熒光燈的光源綜合能效為780lm·kh/W，T8普通熒光燈的綜合能效為1365lm·kh/W，而LED日光燈的綜合能效則達(dá)到6300lm·kh/W，LED日光燈的綜合能效為三種電光源中最高的，因此最佳選擇為LED日光燈。

2.1.2.2 從建筑工程的造價成本出發(fā)

高光效以及壽命長的光源在實際應(yīng)用過程中具備能源利用效率相對較高的特征，但是此類光源的工程造價成本也相對較高，為此需要對光源應(yīng)用的經(jīng)濟性進(jìn)行綜合性評價極為重要?，F(xiàn)階段建筑工程所采取的評價指標(biāo)為單位照明成本。單位照明成本如公式（2）所示。

式中：U為光源單位照明成本，元/kh·lm；φ代表的是光源的光通量，lm；CL代表的是電光源的價格，元；TL代表的是電光源的壽命，kh；P為每個電光源的功率，W；R為電價，元/kh·W。

從經(jīng)濟性角度來看，LED日光燈的造價成本相對較高，為了確保選擇的精準(zhǔn)性，從單位照明成本計算的方法對比，在商業(yè)用電1.2元/kW·h進(jìn)行計算，T5普通熒光燈的照明成本0.013元/kh·lm，T8普通熒光燈的照明成本0.018元/kh·lm，而LED日光燈的照明成本0.010元/kh·lm，因此最佳選擇為LED日光燈。

綜上所述，LED日光燈能采用光效在105lm/W以上的芯片，同時也采用高效的驅(qū)動電源，可利用互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)智能化控制，最大程度地減少日光燈的電亮?xí)r間，最大程度避免光衰減，有效延長電光源的壽命。案例工程所選擇的電光源為日光燈。

2.2 光源與燈具的配置

案例建筑在進(jìn)行電氣照明規(guī)范設(shè)計期間，在綜合考慮國家標(biāo)準(zhǔn)以及針對性標(biāo)準(zhǔn)原則后，將案例建筑的行車道照度值設(shè)定為75lx，停車位的照度值50lx，行車道的功率密度目標(biāo)值為2.5W/m2，停車位的功率密度目標(biāo)值為2W/m2。

開展案例建筑平面布置方案設(shè)計中，均采用雙管日光燈，案例工程內(nèi)行車道燈具間距需要控制在3.3m以內(nèi)，工作人員需要根據(jù)車庫的實際情況布置情況對行車道間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，地下車庫內(nèi)的特殊區(qū)域，則是將燈具距離控制在3m~3.5m，同時也要每隔3個停車位布置2盞燈具。此外，為了提升燈具的利用系數(shù)，頂棚的反射比需要控制在0.7~0.8，可選用反射系數(shù)為0.75的白水泥作為飾面材料，墻面的反射比需要控制在0.5~0.7，可選擇反射系數(shù)為0.58的膠合板作為飾面材料，而地面的反射比需要控制在0.2~0.4，可選擇反射系數(shù)為0.2的混凝土地面作為飾面材料。

2.3 智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 控制方案

案例建筑為地下車庫，在照明系統(tǒng)在使用過程中不可避免地會出現(xiàn)管理缺位的情況，導(dǎo)致車輛行駛至地下車庫時出現(xiàn)電氣照明系統(tǒng)照度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，同時也會存在燈具開啟過量偏多消耗大量的電力資源的情況。針對該情況，需要設(shè)計智能照明控制系統(tǒng)，為地下車庫內(nèi)行駛的車輛指引出具體、準(zhǔn)確的行車方向，在確保地下車庫行駛車輛出入地下車庫安全性的前提下，有效減少電力能源消耗。為此，工作人員需要按照案例建筑區(qū)域功能的差異性開展智能分組控制活動，設(shè)計人員可將案例工程車庫細(xì)化分解為16個控制區(qū)域，與此同時，也要利用7個智能照明控制箱來進(jìn)行照明控制活動。智能照明控制的設(shè)計方案如下。1）在行駛車輛或是行人進(jìn)入地下車庫后，智能照明控制系統(tǒng)可利用聯(lián)網(wǎng)紅外感應(yīng)器進(jìn)行信號采集工作，通過搜集到的信號來點亮行車道上的燈具，在節(jié)約電力資源的前提下，為車輛以及行人提供良好的照明效果，最大程度地確保行駛車輛與行人的安全性。智能照明控制系統(tǒng)中的聯(lián)網(wǎng)紅外感應(yīng)器在檢測到車輛以及行人進(jìn)入停車位后，智能照明控制系統(tǒng)就需要點亮停車位區(qū)域的燈具。2）在相關(guān)人員離開停車位時，停車位的燈具采用延時熄滅的方法，在相關(guān)人員完全離開后，行車道的燈具則需要轉(zhuǎn)變成為節(jié)能模式。行車道的燈具的照明控制系統(tǒng)需要嚴(yán)格遵循間隔兩個亮一個、循環(huán)點亮的亮燈原則，在節(jié)能模式實施過程中，需要確保在無車輛、無行人的情況，地下車庫的行車道仍具備照明功能，有效減少燈具的使用時間與壽命，降低地下車庫照明系統(tǒng)的耗電程度。3）在不同時間段以及特殊情況下，地下車庫需要重新設(shè)置燈具點亮方式、照度值、紅外感應(yīng)器靈敏度以及延時時間。4）智能照明控制系統(tǒng)的可輔助安全監(jiān)控活動開展，案例建筑內(nèi)預(yù)設(shè)用220個紅外感應(yīng)器，借助燈光輔助電視監(jiān)控系統(tǒng)錄制影像信息，全面提升地下車庫的安全防范水平。

2.3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

案例工程所應(yīng)用的智能照明控制系統(tǒng)，是利用無限通信技術(shù)將控制系統(tǒng)中各種類型的照明控制元件連接。地下車庫智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，可設(shè)計利用天然光線進(jìn)行照明的功能，減少地下車庫內(nèi)電力資源的浪費，通過集中化的控制管理系統(tǒng)開展照明管理工作，進(jìn)一步延長地下車庫的建筑內(nèi)照明燈具的使用周期，減少智能照明控制系統(tǒng)的系統(tǒng)維護(hù)成本。智能控制系統(tǒng)所采取的模塊化分布式結(jié)構(gòu)，主要是由輸入單元、系統(tǒng)單元以及輸出單元構(gòu)成，控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4 利用天然光方案

案例建筑為了能夠充分利用天然光資源，可將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用至地下車庫中，利用太陽能資源為照明系統(tǒng)來供電，同時也要引入市電。案例建筑的天然光利用方案設(shè)計中，裝機容量為19.023kW·h，蓄電池為4200Ah，在引入市電后，將太陽能光伏系統(tǒng)作為地下車庫電源之一，不僅可確保智能照明系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，同時也能達(dá)到節(jié)能的設(shè)計目的。案例建筑的前期投資金額約為35.4萬元，投資金額預(yù)算在設(shè)計委托方的可接受范圍內(nèi)。最終設(shè)計的方案結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用放射式與樹干式相結(jié)合的混合配電方式，其中7套光伏照電控制柜以及7套智能控制柜分別設(shè)置在負(fù)荷中心，輸出電源直流為24V，照明燈具設(shè)置為305盞，設(shè)計的聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)器共計220個。

圖2 太陽能光伏照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

案例建筑的地上建筑除了住宅樓之外，也會敷設(shè)道路、種植綠化等，案例建筑的采光天窗設(shè)計安裝在綠化帶下方。車庫天窗的使用不僅響應(yīng)了節(jié)能減排號召，同時也彰顯出以人為本的設(shè)計理念，在車輛與行人進(jìn)出地下空間時，更加具備通透性以及安全性。

2.5 節(jié)能與經(jīng)濟性分析

地下車庫所采取的照明方法為太陽能發(fā)電系統(tǒng)與LED智能照明系統(tǒng)相結(jié)合的照明方法。地下車庫在建筑使用完成后，在三盞燈全部點亮后所測得的行車道照度達(dá)到97lx，相較于傳統(tǒng)照明系統(tǒng)而言可有效節(jié)約電力能源的消耗。借助智能照明控制系統(tǒng)可有效延長照明燈具的使用壽命，節(jié)約地下車庫后期的維護(hù)成本。

案例工程所設(shè)計的功率密度為0.8W/m2，所設(shè)計的功率為7.3kW，年耗電量為63984kW·h，預(yù)期系統(tǒng)造價為元，消耗的電費為萬元。投資回收期如公式（3）所示。

式中：T為投資回本期，單位用年表示；F1為使用照明燈具1的成本以及安裝維護(hù)費用，單位用元表示；F2為使用照明燈具2的成本以及安裝維護(hù)費用，單位用元表示；Ds為用戶端年節(jié)電亮，單位用kW·h表示，M為電價，單位用元/kW·h表示。

根據(jù)投資回收期公式計算得出，案例建筑的投資回報期為3.3年，每年需要節(jié)省8萬元。

在對建筑電氣照明節(jié)能應(yīng)用研究中，案例建筑是以地下車庫為研究項目。在電氣照明節(jié)能方案設(shè)計過程中，首先從壽命、色溫以及光效等方面進(jìn)行電光源比較，在綜合能效值、單位照明成本綜合比較下，LED日光燈的節(jié)能效果以及經(jīng)濟性極佳。將智能控制系統(tǒng)應(yīng)用至電氣照明系統(tǒng)中，可降低建筑工程項目照明系統(tǒng)的電力資源耗費程度，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)與市電充分結(jié)合的背景下，讓智能照明系統(tǒng)從電力能源來源方面達(dá)成節(jié)能目標(biāo)，幫助案例建筑節(jié)省大量的電費成本。對案例工程電氣照明節(jié)能方案經(jīng)濟性分析了解到，每年可節(jié)電98942kW·h，投資回本期則是年，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用有極高的適用性以及節(jié)能性。

3 結(jié)語

現(xiàn)如今，我國正朝著可持續(xù)、生態(tài)化的方向發(fā)展轉(zhuǎn)變，建筑節(jié)能作為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施的重要組成，建筑節(jié)能的合理化設(shè)計可全面提升人民群眾的生活質(zhì)量以及幸福指數(shù)，為人民群眾創(chuàng)造健康優(yōu)良的生活空間。同時建筑節(jié)能設(shè)計可大大減少能源消耗水平，提升可再生能源的開發(fā)深度，有效降低人民群眾的生活成本，推動建筑事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。為了積極響應(yīng)營建生態(tài)建筑的號召，在照明系統(tǒng)設(shè)計過程中遵循節(jié)能設(shè)計理念，不斷優(yōu)化建筑工程內(nèi)照明燈具布局，全面提升建筑電氣照明的節(jié)能成效，為我國生態(tài)建筑的打造奠定基礎(chǔ)。