建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

蔣小玲

（蘭州交大設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000）

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2018年底，我國建筑電氣照明系統(tǒng)已達(dá)到了國家能源消耗總量的12%～20%，這其中尤其以酒店與商場居多。在未來的發(fā)展中，電氣照明既要滿足日益增長的用電負(fù)荷需求，又要能滿足節(jié)能降耗的需求。

1 建筑電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 建筑電氣照明設(shè)備現(xiàn)狀分析

高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計不斷進(jìn)步。目前，在國家構(gòu)建節(jié)約型社會的倡導(dǎo)下，這些企業(yè)大力開展建筑電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計、施工及管理工作，節(jié)能降效工作取得了一定的成果。在節(jié)能設(shè)計上，國家制定了相應(yīng)的照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，使產(chǎn)品的設(shè)計及生產(chǎn)符合節(jié)能規(guī)范。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的升級是漸進(jìn)性的，目前仍然有一些地區(qū)存在照明系統(tǒng)設(shè)計不合理、能源消耗過度的現(xiàn)象[1]。未來，隨著智能建筑業(yè)的發(fā)展，將會出現(xiàn)以計算機(jī)技術(shù)、通信及控制技術(shù)相結(jié)合的新型電氣化控制，并將成為節(jié)能設(shè)計自動化的主力軍。

1.2 建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的必要性

通常在建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計中，會面臨一系列的問題。例如如何選擇合理的節(jié)能工具，節(jié)能燈具的參考標(biāo)準(zhǔn)如何確定，如何利用高效率因數(shù)的啟動設(shè)備及儀器等。部分設(shè)計工作人員對于新型光源缺少認(rèn)識，不知如何提高電動機(jī)的動力節(jié)能工作，供配電系統(tǒng)及變壓器節(jié)能技術(shù)措施之間不適應(yīng)，影響電網(wǎng)的節(jié)能效果[2]。隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，電氣照明系統(tǒng)的能源消耗量也在不斷增加。相關(guān)數(shù)據(jù)研究表示，建筑行業(yè)的綜合能耗已經(jīng)達(dá)到了社會能源消費(fèi)總量的30%。在這些消耗中，尤其以照明、空調(diào)及供暖較為突出。未來隨著建筑業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，照明能耗將達(dá)到建筑總能耗消耗的35%～40%。正因如此，電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計有其必要性。

2 建筑電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計原則

2.1 適用性原則

就建筑電氣照明系統(tǒng)來說，其良好的適用性，歸根結(jié)底還是滿足作為人這一主體的使用要求。在滿足用電設(shè)施有效負(fù)荷容量的前提下，通過優(yōu)化供配電方案，可以促進(jìn)電能的合理利用。同時，能夠在做好節(jié)能的同時不影響照明系統(tǒng)的整體功能?；趯?shí)際設(shè)計情況來講，既要保證照明系統(tǒng)的亮度、色度及顯色指標(biāo)，又要保證建筑物照明環(huán)境的舒適性。

2.2 經(jīng)濟(jì)性原則

在構(gòu)建節(jié)約型社會的背景下，當(dāng)前建筑電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計需要充分考慮經(jīng)濟(jì)性的原則，這樣才能保證節(jié)約性，實(shí)現(xiàn)能源的降耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展。但是在照明系統(tǒng)設(shè)計中，不能單純考慮節(jié)能忽略投資成本，這樣會得不償失[3]。應(yīng)當(dāng)在科學(xué)合理選擇節(jié)能設(shè)備及材料的基礎(chǔ)上以最少的投資獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在節(jié)能設(shè)計中，因?yàn)楣?jié)能設(shè)計而增加的費(fèi)用，可以通過后期的節(jié)能降耗來收回。

2.3 節(jié)能性原則

在設(shè)計節(jié)能方案時，首先應(yīng)找出哪些地方的能量消耗是與建筑物的實(shí)際使用無關(guān)的，然后在該基礎(chǔ)上制定合理的能源節(jié)約措施。例如可以從電氣設(shè)備本身的電能消耗、變壓器的功能消耗、照明傳輸線路的電能損耗等方面著手。節(jié)能設(shè)計可以采用先進(jìn)的調(diào)光技術(shù)，降低電耗，在滿足經(jīng)濟(jì)合理、使用功能齊全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

2.4 先進(jìn)性原則

先進(jìn)性原則是建立在科技的發(fā)展基礎(chǔ)之上，以綜合效益為根本目的，確保建筑電氣照明系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性、使用安全性及環(huán)境保護(hù)性。通過先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備可以充分提高原材料的利用率，最終設(shè)計出最為有效的設(shè)計方案。在保證電氣照明設(shè)備質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不斷更新試驗(yàn)設(shè)備，保證技術(shù)安全的同時盡量減少電能的損耗[4]。

2.5 關(guān)鍵性原則

建筑電氣照明系統(tǒng)的設(shè)計是一個復(fù)雜的過程，需要遵循既定的標(biāo)準(zhǔn)及原則，針對建筑物本身的特點(diǎn)、功能以及經(jīng)濟(jì)利益需求，盡量避免無意義的能源消耗。找出建筑電器照明系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此基礎(chǔ)上做好關(guān)鍵工作的開展及實(shí)施。特殊情況特殊對待，例如針對于一些公共關(guān)系及娛樂場所，建筑物的照明系統(tǒng)要明亮；商場等商業(yè)性建筑，光源的照明應(yīng)當(dāng)充足，要滿足大面積照明；住宅類建筑則應(yīng)當(dāng)避免照明過于光亮，照明根據(jù)燈光需求在降低能耗的基礎(chǔ)上保證光源溫暖性。

3 建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計技術(shù)

3.1 開發(fā)及選用高效節(jié)能燈具

在照明燈具的選擇及應(yīng)用上，一方面需要考慮照度、色溫及顯電示數(shù)是否達(dá)標(biāo)，另一方面要盡可能地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，良好的建筑電氣設(shè)計照明方案應(yīng)將適用性、節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合。目前市場上的燈具琳瑯滿目，在實(shí)際的照明燈具應(yīng)用中，磨砂式燈具的反射率為55%，控照型燈具的反射率是 75%。因此，燈具的種類不同、材料不同，其效率也不同。通過選用高新節(jié)能燈具，可明顯提高照明質(zhì)量。不僅照明度可提高1～3倍，節(jié)電率最高也可以提升50%。節(jié)能照明燈具所帶來的光污染較小，紫外線的反射率僅為5%，是一般燈具的12.5%；光衰降低，長時間使用之后其反射率的降低程度在8%以內(nèi)。因此，在建筑物中采取節(jié)能照明燈具，可起到較好的節(jié)能效果。此外，針對于不同的場所，可選擇不同的節(jié)能照明工具。例如針對于娛樂性場所，有的客戶會對顯色度有一定的要求，則可以使用混合光源，通過使多種光源混合照明，可有效提高顯色度。通過選擇高效的節(jié)能工具，可以很好地滿足娛樂場所對于照明的特殊要求。

3.2 充分引入自然光源，合理布置光源點(diǎn)數(shù)

在照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)充分利用自然光源。通過制定建筑物的采光標(biāo)準(zhǔn)，確定合理的采光方式，將采光和照明有效結(jié)合在一起。通過將陽光引入室內(nèi)，使建筑物獲得充分的采光，這樣可以大大地節(jié)約照明電能的消耗。在光源的選擇上，可以選細(xì)管型、緊湊型的熒光燈。對于大型商場、娛樂場所等懸掛位置較高的一般性照明，可以選用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、節(jié)能型LED燈等。在光源的布置上，應(yīng)在滿足照明需求的前提下合理布置光源的點(diǎn)數(shù)。在電氣照明的節(jié)能設(shè)計上，應(yīng)當(dāng)基于各類建筑照度的實(shí)際需求，利用對應(yīng)的公式進(jìn)行計算，以提升燈具布置的科學(xué)性，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。通常建筑工程在照度計算方面有2種方式。

3.2.1 利用系數(shù)法

該方法為平均計算法如式（1）。

式中：Φ—單燈光通量。N—燈具數(shù)量。U—燈具的利用系數(shù)。K—燈具的維護(hù)系數(shù)。

3.2.2 逐點(diǎn)計算法

該計算法主要被應(yīng)用于室外照明照度的計算，如式（2）、式（3）所示。

式中：Eh—室外照明照度。Iθ—照射方向光強(qiáng)。h—燈具到被照面的垂直距離。cosθ—被照面的法線與入射光線的夾角的余弦。φ—光源光通量。ξ—水平照度；K—燈具維護(hù)系數(shù)。

3.3 選擇先進(jìn)的氣體放電光源啟動設(shè)備

氣體放電光源是指利用氣體放電發(fā)光原理制成的光源，是利用氣體放電光源的紫外輻射，具有應(yīng)用效率高、輻射光譜覆蓋范圍廣、壽命長的特點(diǎn)。照明系統(tǒng)中可以大量選擇及應(yīng)用壽命長、耗電量低的發(fā)光二級管，這樣可以節(jié)約大量的能源。在啟動設(shè)備的選擇上，節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器及電子鎮(zhèn)流器應(yīng)當(dāng)作為首選。通常來說，熒光燈用電感鎮(zhèn)流器及高強(qiáng)度氣體放電燈鎮(zhèn)流器功耗較低，分別為一般為熒光燈額定功率的20%、15%～16%。電子鎮(zhèn)流器與電感鎮(zhèn)流器相比，功耗能夠降低50%～75%，而在節(jié)電性能上，也能節(jié)電10%。此外，在使用電子鎮(zhèn)流器上，因高次諧波含量增加，可能危害整個供電系統(tǒng)。因此，設(shè)計人員在選用時，需要考慮到這一影響因素，當(dāng)出現(xiàn)問題時，及時采取措施加以解決。

3.4 減少線路損耗，選用智能控制技術(shù)

通常，建筑物電氣照明系統(tǒng)線路繁多，電纜交錯在一起，必定會使功功率消耗增加，因此，必須采取相應(yīng)的技術(shù)措施減少線路的損耗。在分析及計算建筑物照明系統(tǒng)負(fù)荷容量的基礎(chǔ)上，明確供電的距離及分布，根據(jù)建筑物內(nèi)設(shè)備的用電特點(diǎn)合理設(shè)置供配電系統(tǒng)，使整個線路系統(tǒng)簡單可靠、操作方便。在變配電所的設(shè)計上，應(yīng)當(dāng)使其盡量靠近用電負(fù)荷的中心，這樣可以有效縮短配電半徑，減少線路的損耗。在整個照明系統(tǒng)中，通過充分運(yùn)用智能照明系統(tǒng)，能夠?qū)庠催M(jìn)行相應(yīng)的控制。在節(jié)能控制開關(guān)的選擇上，利用智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，例如智能控制型、聲控型、紅外感應(yīng)型、光感應(yīng)型等，通過不同的開關(guān)控制方式而達(dá)到節(jié)能效果。智能控制系統(tǒng)作為一項綜合性系統(tǒng)，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)字控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，包含了多個模塊。運(yùn)用智能控制技術(shù)可以對照明進(jìn)行有效的控制，有助于照明系統(tǒng)維護(hù)工作的開展，從而節(jié)約電能與成本。

4 結(jié)論

節(jié)能是未來電氣照明系統(tǒng)長期把握的一項長遠(yuǎn)舉措，在建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計上，通過把握設(shè)計原則，選擇合理的照明方式、先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)等手段，可以最大限度地節(jié)約電能，構(gòu)建綠色生態(tài)工程。