基于辦公樓的泛光照明要點(diǎn)以及節(jié)約節(jié)能研究*
——以A 辦公樓為例

任龍飛，王貞力

（1.云南財(cái)經(jīng)大學(xué)國(guó)際工商學(xué)院，云南 昆明 650221；2.英國(guó)格林威治大學(xué)，倫敦 格林威治 SE10 9LS；3.云南財(cái)經(jīng)大學(xué)商學(xué)院，云南 昆明 650221）

由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化以及城鎮(zhèn)建設(shè)高速發(fā)展，使人們的生活水平有了較高的提升，城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村的夜景都成為各種建筑的重要組成部分，從而對(duì)燈光有了更高的需求。建筑夜晚的燈光可以表現(xiàn)出建筑物的內(nèi)在品位，體現(xiàn)了建筑的美感以及安全性。

泛光照明設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)光的管理和改善，創(chuàng)造一種生存空間，力求最大限度和最高質(zhì)量地滿足人們對(duì)物質(zhì)和精神的需要。相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)的泛光照明起步較晚、水平相對(duì)落后，直到2009 年才出版了《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的夜景照明存在很多問(wèn)題，《綠色照明工程技術(shù)規(guī)范》明確指出，我國(guó)相對(duì)于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，夜景照明單位面積功率較大。城市的亮化不僅能夠吸引游客，引發(fā)他們的興趣，同時(shí)也使城市居民享受到生活的樂(lè)趣，改善了城市形象，促進(jìn)了商業(yè)發(fā)展。

1 照明設(shè)計(jì)工程概況

1.1 泛光照明的設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行泛光照明設(shè)計(jì)前期，首先需要對(duì)建筑有一定的了解，其中包含建筑需要在夜晚表達(dá)和訴說(shuō)的思想和藝術(shù)性；其次要了解建筑其主要的功能；最后要十分清楚建筑主體結(jié)構(gòu)所使用的材料、周邊環(huán)境，了解建筑物設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路。泛光照明設(shè)計(jì)與其他照明有一定的區(qū)別，它在設(shè)計(jì)完成后，燈光給與照明的地方和方向是固定不變的，但是它的光照強(qiáng)度和燈光所體現(xiàn)的顏色與人們平時(shí)所看見(jiàn)的自然光有絕對(duì)的區(qū)別，并且各個(gè)角度以及燈光的強(qiáng)弱有一定的選擇，因此泛光照明應(yīng)該充分利用其本身的巨大特點(diǎn)，重新刻畫塑造建筑的形象，打造出一個(gè)全新的形象。

1.2 工程概況

本次泛光照明設(shè)計(jì)是圍繞辦公大樓進(jìn)行的，主要遵循在安全和節(jié)能的前提下，保證一定的適用性和美觀性的基本原則，確保辦公樓泛光照明。本設(shè)計(jì)主要包括：供電方式的確定，光源及燈具的選擇，照度及負(fù)荷功率計(jì)算，導(dǎo)線、穿線保護(hù)管、斷路器的選擇及校驗(yàn)，配電設(shè)計(jì)，CAD 布線圖。在泛光照明設(shè)計(jì)初期，最主要的是充分收集關(guān)于建筑各個(gè)方面的資料，用于分析和構(gòu)思設(shè)計(jì)，在充分了解的基礎(chǔ)上再進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。需要考慮以下7 個(gè)方面。第一，周圍環(huán)境的考慮?？碧揭约傲私庑枰O(shè)計(jì)的建筑環(huán)境，其中包含建筑物周圍的道路、建筑物周圍綠化面積的覆蓋率，以及配套設(shè)施等情況。第二，建筑外形夜景構(gòu)思。對(duì)需要設(shè)計(jì)的建筑物的設(shè)計(jì)風(fēng)格和設(shè)計(jì)核心進(jìn)行了解，對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)以及建筑材料進(jìn)行絕對(duì)掌握，充分了解照明重點(diǎn)以及核心要求，從而構(gòu)成初步設(shè)計(jì)構(gòu)思。第三，確立照明造價(jià)。通過(guò)需要設(shè)計(jì)的建筑物的結(jié)構(gòu)、外部裝修材料、所處城市規(guī)模大小及地理位置選擇照度水平。第四，明確燈光位置。在不違背設(shè)計(jì)基本原則的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)師的構(gòu)思，滿足設(shè)計(jì)照明效果，明確燈具所設(shè)計(jì)的方位。第五，確定燈具及數(shù)量。在滿足設(shè)計(jì)師要求以及燈光基本技術(shù)要求的前提下，還應(yīng)該考慮安全和持久耐用性，確保在惡劣環(huán)境中能保證一定的耐腐蝕性和燈光照射的準(zhǔn)確穩(wěn)定性，并且在設(shè)備故障時(shí)，也能方便維護(hù)和更換。第六，照度計(jì)算。根據(jù)照度水平進(jìn)行照度計(jì)算。第七，設(shè)計(jì)施工圖、電氣接線圖等。

2 A 辦公樓泛光照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在當(dāng)今社會(huì)中，電能已成為人們最廣泛使用的能源之一，在照明設(shè)計(jì)中采用的幾乎都是電光源。為保證電光源的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)又便于管理維護(hù)，設(shè)計(jì)合理的供配電系統(tǒng)和控制方式就勢(shì)在必行。夜景照明手法多種多樣，由于泛光照明能較好地表現(xiàn)建筑物的層次感、突出建筑物的重心，因此泛光照明被廣泛應(yīng)用于照亮建筑、橋梁、樹(shù)木、臺(tái)階、雕塑、柱頭等?！冻菂^(qū)照明指南》中提出，Ev/Esc=0.8～1.3 時(shí)，立體感效果較好，其中，Ev為垂直直面照度，Esc為半柱面照度。在泛光照明設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下3 個(gè)方面：第一，投射角。陰影的存在可以使被照物顯示出立體感，陰影的大小主要取決于建筑物表面形狀及投射角度，投射光的主光軸和被照面的法線的夾角一般取大于或等于45°為宜。第二，照明方向。為使被照面的光線強(qiáng)度大體一致，應(yīng)使照明的方向一致。第三，觀察點(diǎn)與照明方向。看到陰影，增強(qiáng)建筑物的層次感，通常情況下，對(duì)凸出的建筑物的照明方向應(yīng)隨觀察點(diǎn)的不同而不同[1]。

2.1 泛光照明照度計(jì)算

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要有明暗的對(duì)比才能錯(cuò)落有序地表現(xiàn)出建筑物的建筑風(fēng)格。亮度水平的確定必須根據(jù)相關(guān)規(guī)定，合理地選擇照度，才能充分發(fā)揮泛光照明的風(fēng)采。第一，亮度水平。作為被照物的背景，若其平均亮度較高，為突出目標(biāo)，則被照物的亮度也需較高。為確保可見(jiàn)度，被照物的表面平均亮度應(yīng)當(dāng)與其環(huán)境在亮度、位置上相匹配。第二，照度水平。在不同城市、不同環(huán)境區(qū)域建筑物的夜景照明照度或亮度是不同的[2]。

在照明設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮設(shè)備光照減弱的主要影響因素，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，設(shè)備光照減弱有以下3 個(gè)主要原因和影響因素：環(huán)境差空氣pH 值阻光值、陰雨天折射損耗、照明設(shè)備自身衰減。在不考慮這3 個(gè)影響因素的前提下，還應(yīng)注意建筑周圍環(huán)境以及及時(shí)維護(hù)。

本次泛光照明計(jì)算方法采用流明法。本次泛光照明設(shè)計(jì)采用的光源功率分為3 個(gè)類型，分別為100 W、200 W、400 W；光通量L分別為4 200 lm、8 400 lm、16 800 lm；被照面照度水平E取100 lx；系統(tǒng)利用系數(shù)U取0.3。將以上數(shù)據(jù)代入流明法的計(jì)算公式

可得泛光照明照度計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 泛光照明照度計(jì)算結(jié)果

2.2 光源及燈具的選擇

本次泛光照明設(shè)計(jì)使用光效較高、使用壽命較長(zhǎng)的高壓鈉燈做光源。光源的型號(hào)及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 光源的型號(hào)及其相關(guān)參數(shù)

根據(jù)國(guó)家規(guī)范選定燈具的型號(hào)及相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 燈具的型號(hào)及其相關(guān)參數(shù)

樓頂平面燈具的安裝及走線俯視圖見(jiàn)圖1。

圖1 樓頂平面燈具的安裝及走線俯視圖

2.3 照明負(fù)荷計(jì)算

在此處需要用到的計(jì)算方法是系數(shù)法，該方法將用電設(shè)備負(fù)荷乘以用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)所需要系數(shù)，從而計(jì)算得出照明負(fù)荷。照明負(fù)荷計(jì)算公式為

式中：Pe為用電設(shè)備額定功率之和；kd為用電設(shè)備需要系數(shù)；Pc為用電設(shè)備有功計(jì)算功率。查表可得，kd=1；cosφ=0.5。表4 統(tǒng)計(jì)了照明負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。

表4 照明負(fù)荷計(jì)算結(jié)果

3 A 辦公樓泛光照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

泛光照明的整體設(shè)計(jì)，需要根據(jù)項(xiàng)目自身所具備的特點(diǎn)和體量以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行整體規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，既能展現(xiàn)建筑風(fēng)采，又能迎合未來(lái)發(fā)展。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須符合國(guó)家規(guī)范，使用節(jié)能優(yōu)質(zhì)的燈光電氣設(shè)備[3-8]。

1） 燈光配電規(guī)劃原則。為滿足泛光照明的燈光需求，配電必須要提供可靠供電系統(tǒng)，滿足負(fù)荷且滿足燈光照明需求。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)以及施工情況，盡量滿足以及做到系統(tǒng)配電簡(jiǎn)潔明了，方便工作和維修，同時(shí)系統(tǒng)還應(yīng)考慮一定負(fù)荷富裕，用于未來(lái)發(fā)展需要。

2） 設(shè)計(jì)基本規(guī)定?；趪?guó)內(nèi)用電基本規(guī)則，一般照明用電都采用220 V 或380 V 電壓。在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段，照明以及動(dòng)力配電系統(tǒng)都會(huì)依據(jù)項(xiàng)目整體特點(diǎn)以及體量進(jìn)行規(guī)劃和布置，并且會(huì)綜合考慮用電負(fù)荷和性質(zhì)。建筑結(jié)構(gòu)外部導(dǎo)線管的開(kāi)口應(yīng)設(shè)置在盒、箱內(nèi)。所有管口在穿入導(dǎo)線、電纜后，要密封處理。泛光照明配電系統(tǒng)采用TN-S 系統(tǒng)。

3） 配電系統(tǒng)設(shè)備的選擇。本次泛光照明設(shè)計(jì)，布線全部采用聚氯乙烯絕緣銅芯線。按機(jī)械強(qiáng)度，選擇導(dǎo)線和電纜的截面。對(duì)架空線路而言，要求所選的導(dǎo)線截面應(yīng)不小于其最小允許截面，絕緣導(dǎo)線的截面積為1.0 mm2。按允許載流量選擇導(dǎo)線的截面，導(dǎo)線通過(guò)電流時(shí)會(huì)發(fā)熱，絕緣導(dǎo)線溫度過(guò)高時(shí)，可使絕緣破損，或者引起火災(zāi)。本次設(shè)計(jì)采用導(dǎo)線截面積為2.5 mm。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇線纜規(guī)格。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，導(dǎo)線應(yīng)該選擇一個(gè)比較合理的截面，以降低投資成本。其選擇的原則從兩方面考慮：一方面，選擇截面越大，電能損耗就越小，但線路投資、有色金屬消耗量及維修費(fèi)用就越高；另一方面，雖然截面選擇得小，線路投資、有色金屬消耗量及維修費(fèi)管理費(fèi)用低，但電能消耗大。從全面的經(jīng)濟(jì)效益考慮，選擇導(dǎo)線截面積則導(dǎo)線的截面積為S=2.5 mm2。由于2.5 mm2的銅芯線不能滿足外景照明對(duì)導(dǎo)線的要求，因此本次設(shè)計(jì)使用截面為4 mm2的銅芯導(dǎo)線。

4） 保護(hù)套管的選擇。分別采用鍍鋅鋼管和PVC 套管作為保護(hù)套管，進(jìn)行優(yōu)劣對(duì)比，可知：鍍鋅鋼管剛性好，安裝后不容易出現(xiàn)彎曲等情況；鍍鋅鋼管觀感好，不易受到損壞，尤其在人能夠接觸到的地方。本次泛光照明設(shè)計(jì)使用的保護(hù)套管為鍍鋅鋼管，鋼管內(nèi)徑為15 mm。

5） 斷路保護(hù)器的設(shè)計(jì)。DZ47 系列小型斷路器又稱空氣開(kāi)關(guān)（以下簡(jiǎn)稱斷路器），是一種具有過(guò)載與短路雙重保護(hù)的限流型高分?jǐn)嘈⌒蛿嗦菲?，其脫扣器類型有過(guò)電流脫扣器、熱脫扣器和欠電壓脫扣器，本次設(shè)計(jì)采用過(guò)電流脫扣器。最大短路電流Ish的計(jì)算公式為

式中：UN=220 V；R短=4.35 Ω。由此可得最大短路電流Ish=50.6 A。由此可見(jiàn)，DZ47 型斷路器完全能夠滿足設(shè)計(jì)使用需求。綜上所述，可以得到導(dǎo)線型號(hào)、保護(hù)管型號(hào)、斷路器型號(hào)及數(shù)量，見(jiàn)表5。

表5 導(dǎo)線、保護(hù)管、斷路器型號(hào)及數(shù)量

6） 配電箱的選擇。選擇配電箱時(shí)，在注重品牌的同時(shí)，還應(yīng)考慮到其額定值是否合適；一般根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的系統(tǒng)圖來(lái)進(jìn)行選擇；系統(tǒng)圖的總開(kāi)關(guān)，分開(kāi)關(guān)所在模數(shù)（空間），有必要留10%～20%的預(yù)留空間，確定配電箱的尺寸；配電箱的安裝方式一般包括嵌墻暗裝、落地安裝和掛墻明裝3 種，根據(jù)選擇的配電箱尺寸確定安裝高度；在安裝時(shí)，還應(yīng)考慮工作環(huán)境，有必要就加上相應(yīng)的保護(hù)措施，如選擇防潮型、室外防護(hù)型或是防水型的配電箱；配電箱的走線要分明，進(jìn)出分開(kāi)，其中信號(hào)和功率電纜也要分別走線，電纜之間盡量不要交叉絞合[9]。PZ20 模數(shù)化終端配電箱，是照明系統(tǒng)專用配電箱。適用于交流50 Hz 220 V 電壓或者380 V 電壓，負(fù)荷的最大電流負(fù)載不超過(guò)100 A 電流的單相三線制或者三相五線制，主要用于大型酒店、商業(yè)街、以及工廠等建筑。由于本次設(shè)計(jì)使用單排進(jìn)線，A、B、C 三相分別由3 個(gè)落地式配電箱控制，每個(gè)配電箱19 個(gè)單元?？紤]到之后的擴(kuò)展整改座，每個(gè)配電箱設(shè)置5 個(gè)備用單元，因此每個(gè)單元至少需要24 個(gè)控制單元，額定電壓為220 V，負(fù)載電流為54 A，單元數(shù)為19 個(gè)，因此選用PZ20SII-24 的配電箱能夠滿足使用要求。由于A、B、C 三相分別由3 個(gè)配電箱控制，因此每個(gè)配電箱需要至少安裝19 個(gè)單元，本次設(shè)計(jì)配電箱采用PZ20S II-24 型配電箱。

通過(guò)負(fù)荷計(jì)算，可以得出總功率為15.6 kW，每個(gè)單元的功率都為5.2 kW，為了使三相電流盡量保持平衡，各個(gè)單元分別與A、B、C 三相相接，由A、B、C 3 個(gè)配電箱分別控制[10-11]。圖2 為電源進(jìn)線圖。

圖2 電源進(jìn)線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

基于辦公樓的泛光照明要點(diǎn)以及節(jié)約節(jié)能研究包括負(fù)荷計(jì)算、相關(guān)設(shè)備的選擇及校驗(yàn)、線路及燈具的敷設(shè)、施工圖的繪制。通過(guò)對(duì)A 辦公樓泛光照明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括合適負(fù)載功率的設(shè)置、燈具和導(dǎo)線的選擇方法、配套的照明保護(hù)方案等，使得辦公樓的泛光照片既能實(shí)現(xiàn)功能性，同時(shí)又最大限度地節(jié)能效果。此研究在一定程度上為城市照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐案例，然而也存在設(shè)計(jì)上和應(yīng)用上的不足，需要在以后的研究中不斷完善。