建筑工程中建筑照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用

李洪旭

北京順捷興宏工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100071

0 引言

在現(xiàn)代建筑的照明系統(tǒng)中，節(jié)能設(shè)計(jì)起著十分重要的作用。一方面，可以有效減少建筑在運(yùn)營(yíng)、使用過程中的成本支出；另一方面，可以精準(zhǔn)、合理地分配建筑能源，為保障建筑照明的舒適度、提供更高水平的服務(wù)作出積極貢獻(xiàn)。

1 建筑工程中照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

1.1 實(shí)用性

建筑工程中照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是滿足建筑基本的使用需求，在不影響建筑照明品質(zhì)及用電安全的前提下，展開系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其能夠發(fā)揮良好的節(jié)能效應(yīng)，并提升建筑的使用價(jià)值。建筑工程照明電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)需要充分平衡建筑物使用過程中的照明需求、用電安全和節(jié)能設(shè)計(jì)，從而提升節(jié)能設(shè)計(jì)的可靠程度[1]。同時(shí)，由于不同建筑的節(jié)能、照明需求有較大區(qū)別，在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)建筑的不同功能，合理地調(diào)整區(qū)域照度、照明舒適度等。例如，商用、辦公用建筑需要良好的照明環(huán)境，可以采用局部照明的方式，在人流量較集中的區(qū)域進(jìn)行集中照明，提升該區(qū)域的照明舒適度；在居住用建筑可以適當(dāng)減少照明的亮度，并根據(jù)居住環(huán)境使用更加科學(xué)的照明方式，提升居住環(huán)境的舒適度；在公共建筑的照明系統(tǒng)中，使用需求不同，采用的照明方式也不同，如圖書館需要采用更加柔和的照明方式，而辦證大廳需要更加明亮、寬敞的照明空間。

1.2 合理性

不同的建筑工程的空間結(jié)構(gòu)、自然采光率、環(huán)境有較大的區(qū)別，對(duì)照明的需求也不同，為了取得更舒適的照明效果，提升照明的質(zhì)量和節(jié)能效果，需要充分考慮建筑工程的實(shí)際情況，根據(jù)具體的照明需求，選擇光源的類型。例如，辦公用建筑需要更加明亮的照度，需要采用亮度和顯色指數(shù)較高的熒光燈管；會(huì)議室、茶水間等較為私密的場(chǎng)所使用LED燈具等節(jié)能效率較高的燈具；在大廳、前廳等空間較大的場(chǎng)所，需要采用使用壽命較長(zhǎng)、亮度更高的燈具，如高壓鈉燈或者LED燈具，以滿足不同場(chǎng)合的照明需求[2]。

1.3 節(jié)能性

降低能耗是電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要工作，節(jié)能設(shè)計(jì)需要降低照明系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的能源消耗量，在確?？沙掷m(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，提升建筑物的經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值，并使建筑物具有良好的生態(tài)價(jià)值。節(jié)能性既是建筑物照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，也是當(dāng)前建筑工程發(fā)展的主要方向。為了確保節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，一方面，需要合理使用照明燈具，科學(xué)地配置光源和燈具，從而確保照明結(jié)構(gòu)和燈具滿足節(jié)能需求；另一方面，需要從照明系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制、節(jié)能照明技術(shù)的應(yīng)用入手，進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)的效果，使建筑工程發(fā)揮良好的社會(huì)效應(yīng)[3]。

2 建筑工程中照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的策略

2.1 合理選擇照明器具

為了實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能，在照明器具的選擇與使用中需要合理地選擇照明器具的參數(shù)及應(yīng)用環(huán)境，從而有效提升照明器具的節(jié)能效應(yīng)。

（1）電光源的選擇。一般情況下，需要選擇光照綜合能效比最高的電光源，這需要考慮電光源的光效、功率及照明密度、功率密度等[4]。例如，某型號(hào)的普通熒光燈與LED日光燈相比，熒光燈的功率為18 W，光效為70 lm/W，光通量為1 250 lm，每單位的照明成本為0.017元；同類型的LED日光燈的光效為105 lm/W，光通量為1 250 lm，功率為12 W，每單位的照明成本為0.012元。由此可見，選擇LED燈具可以達(dá)到良好的節(jié)能目的。另外，在電光源的選擇過程中，不但需要考慮燈具的節(jié)能效率，還需要考慮燈具的使用壽命，以減少建筑工程的運(yùn)營(yíng)成本。

（2）燈具的選擇。第一，不同的燈具的光照效率有較大的差別，在滿足實(shí)用性和美觀性的基礎(chǔ)上，需要選擇效率更高的燈具，從而有效提升節(jié)能效應(yīng)。例如，棱鏡磨砂燈具的光照效率為55%左右，透明燈具的光照效率為65%，柵格式和開敞式燈具的光照效率分別為60%和75%。考慮到節(jié)能效益，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇開敞式燈具，同時(shí)關(guān)注燈具的實(shí)用性和美觀性。第二，需要重視燈具的光通量，光通量可以直接體現(xiàn)燈具的工作能力及光照效果。光通量通常與燈具的結(jié)構(gòu)、材料有直接關(guān)系，在選擇和配置燈具的過程中，需要根據(jù)不同的場(chǎng)景及空間墻壁的反光率來進(jìn)行合理配置[5]。第三，需要選擇流明維持率較高的燈具。流明維持率是指燈具在使用壽命期間所保持的流明效率。通常情況下，燈具的使用時(shí)間在2 000 h內(nèi)，其流明維持率應(yīng)在78%以上，而國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求燈具的流明維持率在90%以上。

（3）燈具附件的選擇。燈具附件包括鎮(zhèn)流器、傳感器和調(diào)光器。其中，傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器的功耗較高，啟動(dòng)電流較大，在使用的過程中有較多的缺點(diǎn)。對(duì)此，可以使用節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器，雖然其采購(gòu)價(jià)格較高，但其具有較長(zhǎng)的使用壽命和良好的節(jié)能效果，綜合比較之下，比傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器有更好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和節(jié)能效應(yīng)[6]。

2.2 合理配置燈具

燈具的合理配置可以有效提升照明效果并滿足節(jié)能需求。需要控制燈具的減光系數(shù)與利用系數(shù)，并確保照明空間中的照度分布均勻；需要根據(jù)不同的使用需求選擇對(duì)應(yīng)的燈具色溫，同時(shí)還需要進(jìn)行眩光抑制，以提升照明效果；燈具的合理排布和照明方式的合理選擇，可以進(jìn)一步提升照明的舒適度，確?？臻g照明的合理性。

（1）控制燈具的減光系數(shù)與利用系數(shù)。①提升燈具的減光系數(shù)。減光系數(shù)是指照明設(shè)備使用一段時(shí)間后在工作上產(chǎn)生的平均照度與該設(shè)備在新裝時(shí)在同樣條件下產(chǎn)生的平均照度之比。為了控制燈具的減光系數(shù)，在合理配置燈具的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)保持空間環(huán)境的潔凈，降低灰塵、煙霧等因素對(duì)燈具減光系數(shù)的影響。②調(diào)整燈具的利用系數(shù)。通常情況下，在建筑物空間較為寬廣、高度較低的情況下，燈具的利用系數(shù)更大，也具有更好的節(jié)能效果。當(dāng)建筑物內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，需要通過改變空間的高度及墻面材料的反射比，合理地調(diào)整利用系數(shù)，從而確保該空間的照度滿足實(shí)際使用需求。

（2）提升燈具的照明質(zhì)量。在不同的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，照明質(zhì)量、舒適度有較大的差別，提升燈具的照明質(zhì)量可以有效改變?cè)搮^(qū)域環(huán)境的照明效果，減少對(duì)額外光源的需求。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)區(qū)域的亮度合理設(shè)計(jì)燈具的照明方案。例如，在設(shè)計(jì)陳列室、展覽室的照明時(shí)，可以通過降低展覽背景的亮度、對(duì)物品進(jìn)行集中照明來有效提升照明效果，并降低對(duì)環(huán)境照明的需求。此外，還需要調(diào)整燈具的照度和色溫之間的關(guān)系。例如，根據(jù)人的主觀感受，環(huán)境空間的色溫為暖色溫時(shí)，會(huì)給人刺激的光感；中色溫會(huì)給人提供更加愉快的光感；冷色溫可以給人提供一定的光感舒適度。

（3）選擇合理的燈具排布方式。通常情況下，燈具排布方式可以采用較為規(guī)整的正方形、矩形和菱形。但為了滿足照度均勻的需求，通常會(huì)增加燈具的數(shù)量，從而導(dǎo)致能耗的增加。因此，在設(shè)計(jì)燈具排布方式時(shí)，需要權(quán)衡照度的均勻度與照明系統(tǒng)的節(jié)能性。一般情況下，需要根據(jù)場(chǎng)所的照度需求確定合理的燈具排布方式，并根據(jù)場(chǎng)所工作區(qū)的分布情況來制訂燈具排布策略。例如，可以分開設(shè)計(jì)工作區(qū)和非工作區(qū)的燈具排布方式，工作區(qū)可以采用密度更高的燈具排布方式，而非工作區(qū)則需要減少燈具的數(shù)量。

2.3 保持電壓的穩(wěn)定性

照明配電過程中，電壓的穩(wěn)定性對(duì)照明質(zhì)量有重要影響，電壓的質(zhì)量也會(huì)對(duì)燈具的使用壽命和鎮(zhèn)流器的作用造成直接影響。因此，在照明配電的過程中，需要提升電壓質(zhì)量，并進(jìn)行有效的諧波抑制。同時(shí)，還需要降低變壓器的有功損耗，通過提升照明線路的功率，進(jìn)一步保障照明系統(tǒng)的節(jié)能效率。

（1）提升電壓質(zhì)量。當(dāng)燈具使用電壓發(fā)生改變時(shí)，燈具的照明效果會(huì)產(chǎn)生較大的變化，同時(shí)會(huì)直接影響燈具的使用壽命。例如，在熒光燈的使用過程中，當(dāng)電壓變化率高于115%時(shí)，熒光燈的功率變化率會(huì)達(dá)到123%，而光照效率的會(huì)降為原來的91%?？梢姡妷鹤兓黠@降低了熒光燈的光照效能，增加了熒光燈的電能損耗。因此，需要控制電壓質(zhì)量。一方面，在照明負(fù)荷較大的區(qū)域應(yīng)當(dāng)使用專用電源配電，若照明系統(tǒng)中存在兩個(gè)以上的變壓器，需要合理分配電壓負(fù)荷，從而降低變壓器產(chǎn)生變化的概率；另一方面，當(dāng)照明系統(tǒng)與其他電氣系統(tǒng)共用變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)配置專用的饋電干線，以減少電源對(duì)照明系統(tǒng)的不良影響，如可以使用配電回路或者配電箱來增加照明電壓的穩(wěn)定性。

（2）采取諧波抑制措施。諧波電流會(huì)對(duì)照明電路的損耗、燈具的使用壽命造成直接影響。對(duì)此，一方面需要采用整流器對(duì)燈具及相關(guān)附件進(jìn)行有效的諧波抑制，確?？傊C波在10%以內(nèi)，并確保電子整流器功率與總諧波的平衡關(guān)系；另一方面，在采用LED燈具和調(diào)光控制的過程中，應(yīng)當(dāng)使用濾波設(shè)備，以減少諧波對(duì)燈具造成的不良影響。

2.4 應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)的有效應(yīng)用可以提升光照的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力，在最大程度上降低照明系統(tǒng)的固定效率。通常情況下，智能照明系統(tǒng)可以將節(jié)電效率提升20%～40%。應(yīng)用智能照明系統(tǒng)的過程中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)照明環(huán)境設(shè)置照明模式，并根據(jù)使用時(shí)間啟用對(duì)應(yīng)的照明模式。例如，會(huì)議室、檔案室、茶水間等場(chǎng)所的使用時(shí)間不固定，可以采用傳感器來監(jiān)測(cè)相關(guān)區(qū)域的使用狀態(tài)，并制訂對(duì)應(yīng)的智能照明系統(tǒng)控制模式，以確保相關(guān)區(qū)域的照明系統(tǒng)能夠滿足節(jié)能需求。在實(shí)際應(yīng)用過程中，智能照明控制系統(tǒng)的策略多種多樣，可以根據(jù)實(shí)際使用需求來選擇。例如，對(duì)于使用時(shí)間相對(duì)固定的場(chǎng)所，如隧道、走廊等區(qū)域，可以設(shè)置固定的照明系統(tǒng)的開啟、關(guān)閉時(shí)間。此外，需要根據(jù)場(chǎng)所的亮度需求，調(diào)整照明系統(tǒng)的亮度，使其能夠滿足實(shí)際使用需求。

2.5 充分利用自然光照

自然光照的有效利用可以減少建筑物對(duì)電氣照明系統(tǒng)的依賴，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

（1）為建筑物設(shè)計(jì)采光口或使用透明材料等增加建筑物的自然采光面積。通常情況下，可以采用側(cè)面采光、天窗采光和混合采光模式，并根據(jù)不同的使用需求，選擇采光口設(shè)計(jì)方法。

（2）使用更加先進(jìn)的ETFE膜結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)建筑物的自然采光。例如，鳥巢及水立方就采用了這一膜結(jié)構(gòu)。此外，還可以利用導(dǎo)光管系統(tǒng)擴(kuò)展自然采光的范圍。例如，在設(shè)計(jì)地下車庫(kù)、步行通道的自然采光時(shí)，可以使用導(dǎo)光管系統(tǒng)來設(shè)計(jì)采光方案，將電氣照明作為輔助手段，以進(jìn)一步保障照明效果。這種照明模式可以有效利用自然光，還可以降低對(duì)電氣照明系統(tǒng)的依賴。雖然現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)導(dǎo)光系統(tǒng)的利用程度較低，但該系統(tǒng)具有極高的開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。

（3）加強(qiáng)光伏照明系統(tǒng)在建筑工程中的應(yīng)用。一方面，光能是清潔能源，而且現(xiàn)階段我國(guó)的光伏技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平，在建筑工程建設(shè)過程中可以充分利用這一技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將其與傳統(tǒng)的電氣照明系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)照明。另一方面，光伏系統(tǒng)的有效利用可以進(jìn)一步降低建筑物對(duì)電氣照明系統(tǒng)的依賴。我國(guó)北方、西北地區(qū)有較充足光伏能源，在實(shí)際設(shè)計(jì)電氣照明系統(tǒng)的過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮地域因素，合理利用光伏能源，以達(dá)到良好的節(jié)能效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代建筑工程發(fā)展的過程中，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是建筑工程發(fā)展的主要方向。在建筑工程電氣系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)的節(jié)能效果比較落后，但也具有較廣闊的發(fā)展空間。對(duì)此，一方面需要深入研究建筑物對(duì)照明的實(shí)際需求，另一方面需要合理地改進(jìn)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用新技術(shù)全面提升照明系統(tǒng)的節(jié)能水平。