民用建筑照明設(shè)計中節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用研究

王帥

北京市建筑設(shè)計研究院有限公司 北京 100045

引言

據(jù)統(tǒng)計，在全球電力消耗中照明用電在總發(fā)電量中占比超過20%，而建筑中節(jié)能照明也受到了世界各國高度關(guān)注，所以我國也需要在發(fā)展建筑經(jīng)濟(jì)的過程中融入節(jié)能環(huán)保意識，做好建筑照明節(jié)能設(shè)計，進(jìn)而為我國建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展以及低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

1 建筑照明控制方式

對于建筑照明來說，其主要作用在于提升照明視覺質(zhì)量以及延長燈具使用年限，進(jìn)而滿足不同使用條件，營造良好氛圍，照明控制還能夠提升照明系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。從照明控制方式來講，主要經(jīng)過了手動控制、自動控制以及智能控制3個階段，其中自動控制主要應(yīng)用聲控、光控等技術(shù)進(jìn)行設(shè)備控制，不過自動控制系統(tǒng)缺乏控制面板，實現(xiàn)場景預(yù)設(shè)存在較大難度，不利于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)控與管理。相比之下，智能控制通過計算機(jī)技術(shù)自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及微電子技術(shù)能夠自動進(jìn)行信息采集以及邏輯分析，并對結(jié)果按照特定形式存儲，由此營造不同的環(huán)境，最終全面提升照明質(zhì)量[1]。

對于智能照明控制方式來說，主要是通過有線通信技術(shù)或者無線通信技術(shù)連接各類照明控制元件，并按照邏輯分析控制燈光，智能照明控制方式實現(xiàn)了實時監(jiān)控和跟蹤供電，并且能夠調(diào)節(jié)亮度，由此達(dá)到保證照明效果和節(jié)能的目標(biāo)。根據(jù)控制原理，把照明控制方式分成開環(huán)控制、閉環(huán)控制以及應(yīng)急照明控制三種形式。

2 民用建筑電氣節(jié)能設(shè)計原則

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活水平提升，對電力資源的需求也在增加，而民用建筑運(yùn)行過程中會消耗大量電能，如何提升電力資源利用效率成為民用建筑設(shè)計重點關(guān)注的問題，需要基于節(jié)能減排的思想，在保證電力資源正常供應(yīng)的前提下優(yōu)化傳統(tǒng)電器設(shè)計方案，并且利用新材料、新技術(shù)，由此提升節(jié)能效果。當(dāng)前民用建筑間的設(shè)計需要堅持如下原則：其一，保障民用建筑基本功能。在設(shè)計建筑電氣節(jié)能系統(tǒng)過程中需要確保建筑的基本功能，全面分析照明的需求、溫度調(diào)節(jié)以及衛(wèi)生舒適性，確保能夠滿足應(yīng)急照明、消防設(shè)備和消防電梯功能；其二，重視經(jīng)濟(jì)效益。在民用建筑電氣設(shè)計過程中需要樹立能源節(jié)約和降低成本的思想，積極利用新技術(shù)和新設(shè)備，緊密結(jié)合建筑實際情況，進(jìn)而降低建筑設(shè)計成本；其三，降低電氣系統(tǒng)損耗。受到技術(shù)或者設(shè)計等方面影響民用建筑運(yùn)行期間會出現(xiàn)能耗較大情況，比如線路傳輸?shù)木€路損傷問題、變壓器功率損耗問題，全面提升民用建筑的節(jié)能效果[2]。

3 民用建筑電氣節(jié)能設(shè)計與運(yùn)用

3.1 合理選擇照明器具

建筑照明設(shè)計主要包括室外照明以及室內(nèi)照明兩大部分，而室內(nèi)照明在近年來受到較多關(guān)注，良好的照明條件可以營造特定氛圍，輔助建筑實現(xiàn)部分功能，而關(guān)鍵在于合理選擇照明器具，實際選擇過程中需要針對電光源、燈具和附件分析照明器具的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

3.1.1 電光源。選擇電光源過程中需要綜合分析光通量、光效、色溫、顯示指數(shù)、使用壽命，同時還要考慮電光源的經(jīng)濟(jì)性，整體上要以高光效、低運(yùn)行成本的電光源為主。在節(jié)約電力資源的同時還能夠避免生產(chǎn)、銷售和運(yùn)輸帶來額外的資源損耗。從建筑節(jié)能設(shè)計的角度講需要對照明效果以及照明成本綜合分析，制定節(jié)能效果好、投資回報快的方案。

3.1.2 燈具。從照明節(jié)能角度講，所選擇的燈具要保證流明利用率高、效率高，具體說來：從流明率角度講，其直接體現(xiàn)燈具的性能，主要影響因素包括燈罩材料形狀和應(yīng)用燈具的方式相關(guān)。根據(jù)我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，要求燈具流明率在2000h內(nèi)不低于78%，而國外先進(jìn)水平已經(jīng)達(dá)到90%以上。結(jié)合材料的光學(xué)特性原理需要在燈具反射面以及保護(hù)罩涂抹石英玻璃膜，并且在鋁反射罩的表面進(jìn)行陽極氧化處理，由此防止老化并提升反射能力，還可以在燈具上設(shè)置小的通氣孔加入活性炭，能夠減少燈具內(nèi)部的塵土污染，通過該措施還能夠提升燈具反射比[3]。

3.1.3 燈具附件。從照明節(jié)能角度講主要是考慮附件的電器損耗值，通常將整流器作為分析重點，現(xiàn)階段燈具鎮(zhèn)流器包括普通電感鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器以及電子鎮(zhèn)流器，相比之下，節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器以及電子鎮(zhèn)流器的功耗比更小、可靠性強(qiáng)、壽命長，不過價格偏高。

3.2 合理配置光源和燈具

照明設(shè)計過程中合理配置當(dāng)然和工具也是重要手段，主要考慮以下方面內(nèi)容：其一，采取相關(guān)措施提升減光系數(shù)以及燈具利用系數(shù)；其二，合理提供亮度對比；其三，為視覺作業(yè)提供舒適的照度；其四，調(diào)節(jié)色溫進(jìn)而滿足顯色效果；其五，控制照度均勻度；其六，合理進(jìn)行燈具排污并且結(jié)合不同環(huán)境選擇照明方法。整體來講，需要做好以下工作。

3.2.1 利用照度計算原理配置光源。其一，提升減光系數(shù)。減光系數(shù)也稱為維護(hù)系數(shù)，就是照明設(shè)備使用一定期限之后產(chǎn)生的平均照度和設(shè)備設(shè)置初期產(chǎn)生的照度之比，主要的方式是選擇高通量的燈具，并且需要改善室內(nèi)衛(wèi)生情況，減少環(huán)境污染。此外，智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用過程中需要結(jié)合燈具減光系數(shù)對燈具使用初期電能消耗量加以限制；其二，提升燈具利用系數(shù)。燈具利用系數(shù)和頂棚地板墻面反射比關(guān)系密切，并且增大室內(nèi)指數(shù)RI也能增強(qiáng)燈具利用系數(shù)，在室內(nèi)指數(shù)RI越大，并且房間高度矮的情況下光的利用系數(shù)更大，也更加節(jié)能，反射面能通過改變墻面飾面材料得到提升，選擇合適的飾面材料以及施工工藝能夠提升建筑物內(nèi)部各表面反射水平，進(jìn)一步營造良好的視覺舒適性，并且達(dá)到節(jié)能目標(biāo)[4]。

3.2.2 提升照明質(zhì)量。當(dāng)平均照明以及功率密度相同時，不同的設(shè)計方案所呈現(xiàn)的照明效果也存在差異，所以需要分析照度、均勻度、色溫、亮度對比，以此提升室內(nèi)環(huán)境的舒適感，具體如下：其一，亮度對比。在實際設(shè)計過程中運(yùn)用亮度對比有助于提升照明效果，比如在陳列室照明設(shè)計過程中關(guān)鍵在于降低背景亮度，而陳列物周邊需要增強(qiáng)光照，由此吸引人們關(guān)注，并且降低房間功率密度；其二，照度和色溫關(guān)系。根據(jù)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，在相同主觀感受下合理選擇色溫，使得對照度的要求也在下降，所以色溫也成為照明節(jié)能設(shè)計重點考慮的問題。要想營造愉快的環(huán)境感受采用暖色光，也就是色溫較高的光源，能夠降低對照度的要求并達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

3.3 科學(xué)選擇燈具排布方式和照明方式

要想達(dá)到良好的照明效果需要科學(xué)進(jìn)行燈具擺布，并選擇合理的照明方式，主要措施如下。

3.3.1 燈具排布方式。燈具在房間均勻布置的過程中主要采取正方形、矩形以及菱形的布置方式，其中燈具的布置間距以及燈具的懸掛高度為設(shè)計重點，這也是影響照度均勻度的重要因素。為了提升照度均勻性，燈具安裝間距不得超過所選燈具最大允許距離，燈具安裝高度和工作面高度之差的比值越小代表照度均勻性更好，不過燈具數(shù)量多也會導(dǎo)致電耗加大，為了平衡照度均勻度以及節(jié)能的關(guān)系需要結(jié)合燈具類型加以分析，比如選擇均勻漫射配光燈具，要求燈具和頂棚距離頂棚和工作面距離的比值在0.2～0.5，如果靠墻位置存在工作面燈具和墻的距離要在0.75m之內(nèi)，如果靠墻位置不存在工作面燈具和墻的距離，需要根據(jù)燈具的布置間距加以設(shè)置。

3.3.2 照明方式的選擇。其一，根據(jù)照明場所高度需求選擇混合照明的方法進(jìn)行亮度合理分布，少量電能用于一般照明，主要用在工作面旁邊的布局照明，而較低功率消耗下為了滿足照明需求一般設(shè)置在工作面旁邊；其二，工作面分布密集的情況下需要選擇單獨的照明方式，也就是根據(jù)規(guī)范以及實際需求選擇目標(biāo)照度；其三，在整個室內(nèi)工作面如果分布密集度存在差異并且能夠顯著增長工作區(qū)以及非工作區(qū)要采取分區(qū)一般照明的方法，并且在工作區(qū)選擇較高的照度。此外，工作區(qū)和非工作區(qū)的照度之比超過3∶1，否則會導(dǎo)致人們視覺疲勞[5]。

4 民用建筑電氣節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用

4.1 智能照明控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)應(yīng)用無線通信技術(shù)把各類照明控制元件相連接，然后通過邏輯分析對燈光控制智能照明控制系統(tǒng)，充分利用了天然光，由此提升照明功率因素，還便于進(jìn)行照明管理，延長燈具使用年限，經(jīng)分析智能照明控制系統(tǒng)節(jié)電率可達(dá)到20%～40%。智能控制系統(tǒng)選擇模塊化分布式結(jié)構(gòu)，其中包括輸入單元系統(tǒng)單元和輸出單元，在復(fù)雜的智能照明控制系統(tǒng)當(dāng)中還需要應(yīng)用輔助單元以及系統(tǒng)軟件[6]。

4.2 智能照明節(jié)能效果控制措施

照明控制策略是智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計的目標(biāo)，照明控制策略要保證藝術(shù)效果并且具有節(jié)能作用，通過預(yù)制時間表控制進(jìn)行照明系統(tǒng)管理，并且?guī)в袝r間表提醒作用，合理的策劃下節(jié)能效果能夠達(dá)到40%。在會議室、休息室、檔案室等場所照明時間缺乏規(guī)律性，所以一般通過人體活動感應(yīng)傳感器實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，通過自然光控制策略能夠讓辦公室照明節(jié)電達(dá)到17%，維持光通量控制能夠讓系統(tǒng)使用初期節(jié)約大量電能，作業(yè)調(diào)整控制以及平衡照明日復(fù)合控制也能夠在室內(nèi)照明應(yīng)用中發(fā)揮良好效果。通過分析實際需求，合理選擇節(jié)能型智能控制策略，不過實際應(yīng)用過程中往往不局限于某種控制策略，也可以進(jìn)行不同策略的組合。在普通辦公室、餐廳、百貨商場等場所當(dāng)中可以采取可預(yù)知時間表控制策略，通過時鐘控制器進(jìn)行照明管理，能夠達(dá)到良好的節(jié)能效果；再如會議室、檔案室以及休息室等場所可采取不可預(yù)知時間表控制策略，通過人體活動感應(yīng)傳感器檢測人體活動，并且進(jìn)行光線亮度調(diào)節(jié)，不僅控制靈活還能夠有效保證節(jié)能效果；再如大型辦公樓當(dāng)中可應(yīng)用作業(yè)調(diào)整控制策略，通過局部調(diào)光面板以及無線遙控等措施，結(jié)合作業(yè)需求對局部照明針對性的調(diào)節(jié)，由此達(dá)到節(jié)能目標(biāo)[7]。

4.3 智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計原則和步驟

當(dāng)前我國尚未出臺智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，不過在《建筑照明設(shè)計規(guī)范》《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》以及《建筑照明防火規(guī)范》當(dāng)中都明確提出了應(yīng)急照明設(shè)計內(nèi)容，要求設(shè)計人員嚴(yán)格遵守國家法規(guī)以及經(jīng)濟(jì)政策，進(jìn)而提升設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性與合理性。從智能照明控制系統(tǒng)項目設(shè)計步驟來看需要滿足以下方面：其一，達(dá)到用戶需求以及技術(shù)應(yīng)用需求；其二，對節(jié)能控制策略合理選擇；其三，明確照明回路的數(shù)量和配置。此外，對照明控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試[8-9]。

5 結(jié)束語

綜上所述，民用建筑照明設(shè)計效果直接關(guān)系著建筑的節(jié)能性，在照明器具選擇過程中以高光效電光源為主，分析燈具的流明利用率，電能質(zhì)量會對照明質(zhì)量，和電光源的使用壽命產(chǎn)生影響，所以在設(shè)計過程中要以節(jié)能型變壓器為主，并且依靠高質(zhì)量的智能照明控制系統(tǒng)。此外，建筑照明設(shè)計過程中需要科學(xué)選擇燈具排布方式以及照明方式，并結(jié)合項目的復(fù)雜性應(yīng)用照明設(shè)計軟件，最終為人們營造更加舒適的照明環(huán)境。