建筑电气照明系统的节能设计

2020-06-19蒋小玲

中国新技术新产品 2020年6期

关键词：镇流器照度灯具

蒋小玲

（兰州交大设计研究院有限公司，甘肃兰州 730000）

据相关统计数据显示，截至2018年底，我国建筑电气照明系统已达到了国家能源消耗总量的12%～20%，这其中尤其以酒店与商场居多。在未来的发展中，电气照明既要满足日益增长的用电负荷需求，又要能满足节能降耗的需求。

1 建筑电气照明系统的设计

1.1 建筑电气照明设备现状分析

高新技术产业的发展使电气照明系统的设计不断进步。目前，在国家构建节约型社会的倡导下，这些企业大力开展建筑电气照明系统的设计、施工及管理工作，节能降效工作取得了一定的成果。在节能设计上，国家制定了相应的照明系统节能设计标准，使产品的设计及生产符合节能规范。由于系统结构的升级是渐进性的，目前仍然有一些地区存在照明系统设计不合理、能源消耗过度的现象[1]。未来，随着智能建筑业的发展，将会出现以计算机技术、通信及控制技术相结合的新型电气化控制，并将成为节能设计自动化的主力军。

1.2 建筑电气照明系统节能设计的必要性

通常在建筑电气照明系统的节能设计中，会面临一系列的问题。例如如何选择合理的节能工具，节能灯具的参考标准如何确定，如何利用高效率因数的启动设备及仪器等。部分设计工作人员对于新型光源缺少认识，不知如何提高电动机的动力节能工作，供配电系统及变压器节能技术措施之间不适应，影响电网的节能效果[2]。随着建筑行业的不断发展，电气照明系统的能源消耗量也在不断增加。相关数据研究表示，建筑行业的综合能耗已经达到了社会能源消费总量的30%。在这些消耗中，尤其以照明、空调及供暖较为突出。未来随着建筑业的进一步发展，照明能耗将达到建筑总能耗消耗的35%～40%。正因如此，电气照明系统的节能设计有其必要性。

2 建筑电气照明系统的设计原则

2.1 适用性原则

就建筑电气照明系统来说，其良好的适用性，归根结底还是满足作为人这一主体的使用要求。在满足用电设施有效负荷容量的前提下，通过优化供配电方案，可以促进电能的合理利用。同时，能够在做好节能的同时不影响照明系统的整体功能。基于实际设计情况来讲，既要保证照明系统的亮度、色度及显色指标，又要保证建筑物照明环境的舒适性。

2.2 经济性原则

在构建节约型社会的背景下，当前建筑电气照明系统的设计需要充分考虑经济性的原则，这样才能保证节约性，实现能源的降耗，实现经济的可持续性发展。但是在照明系统设计中，不能单纯考虑节能忽略投资成本，这样会得不偿失[3]。应当在科学合理选择节能设备及材料的基础上以最少的投资获得最大的经济效益。在节能设计中，因为节能设计而增加的费用，可以通过后期的节能降耗来收回。

2.3 节能性原则

在设计节能方案时，首先应找出哪些地方的能量消耗是与建筑物的实际使用无关的，然后在该基础上制定合理的能源节约措施。例如可以从电气设备本身的电能消耗、变压器的功能消耗、照明传输线路的电能损耗等方面着手。节能设计可以采用先进的调光技术，降低电耗，在满足经济合理、使用功能齐全的基础上实现全面发展。

2.4 先进性原则

先进性原则是建立在科技的发展基础之上，以综合效益为根本目的，确保建筑电气照明系统的技术先进性、使用安全性及环境保护性。通过先进的技术和设备可以充分提高原材料的利用率，最终设计出最为有效的设计方案。在保证电气照明设备质量的基础上，不断更新试验设备，保证技术安全的同时尽量减少电能的损耗[4]。

2.5 关键性原则

建筑电气照明系统的设计是一个复杂的过程，需要遵循既定的标准及原则，针对建筑物本身的特点、功能以及经济利益需求，尽量避免无意义的能源消耗。找出建筑电器照明系统设计中的关键环节，在此基础上做好关键工作的开展及实施。特殊情况特殊对待，例如针对于一些公共关系及娱乐场所，建筑物的照明系统要明亮；商场等商业性建筑，光源的照明应当充足，要满足大面积照明；住宅类建筑则应当避免照明过于光亮，照明根据灯光需求在降低能耗的基础上保证光源温暖性。

3 建筑电气照明系统的节能设计技术

3.1 开发及选用高效节能灯具

在照明灯具的选择及应用上，一方面需要考虑照度、色温及显电示数是否达标，另一方面要尽可能地实现节能的目的，良好的建筑电气设计照明方案应将适用性、节能性与经济性相结合。目前市场上的灯具琳琅满目，在实际的照明灯具应用中，磨砂式灯具的反射率为55%，控照型灯具的反射率是 75%。因此，灯具的种类不同、材料不同，其效率也不同。通过选用高新节能灯具，可明显提高照明质量。不仅照明度可提高1～3倍，节电率最高也可以提升50%。节能照明灯具所带来的光污染较小，紫外线的反射率仅为5%，是一般灯具的12.5%；光衰降低，长时间使用之后其反射率的降低程度在8%以内。因此，在建筑物中采取节能照明灯具，可起到较好的节能效果。此外，针对于不同的场所，可选择不同的节能照明工具。例如针对于娱乐性场所，有的客户会对显色度有一定的要求，则可以使用混合光源，通过使多种光源混合照明，可有效提高显色度。通过选择高效的节能工具，可以很好地满足娱乐场所对于照明的特殊要求。

3.2 充分引入自然光源，合理布置光源点数

在照明系统的节能设计中，应当充分利用自然光源。通过制定建筑物的采光标准，确定合理的采光方式，将采光和照明有效结合在一起。通过将阳光引入室内，使建筑物获得充分的采光，这样可以大大地节约照明电能的消耗。在光源的选择上，可以选细管型、紧凑型的荧光灯。对于大型商场、娱乐场所等悬挂位置较高的一般性照明，可以选用高压钠灯、金属卤化物灯、节能型LED灯等。在光源的布置上，应在满足照明需求的前提下合理布置光源的点数。在电气照明的节能设计上，应当基于各类建筑照度的实际需求，利用对应的公式进行计算，以提升灯具布置的科学性，达到节能降耗的目的。通常建筑工程在照度计算方面有2种方式。

3.2.1 利用系数法

该方法为平均计算法如式（1）。

式中：Φ—单灯光通量。N—灯具数量。U—灯具的利用系数。K—灯具的维护系数。

3.2.2 逐点计算法

该计算法主要被应用于室外照明照度的计算，如式（2）、式（3）所示。

式中：Eh—室外照明照度。Iθ—照射方向光强。h—灯具到被照面的垂直距离。cosθ—被照面的法线与入射光线的夹角的余弦。φ—光源光通量。ξ—水平照度；K—灯具维护系数。

3.3 选择先进的气体放电光源启动设备

气体放电光源是指利用气体放电发光原理制成的光源，是利用气体放电光源的紫外辐射，具有应用效率高、辐射光谱覆盖范围广、寿命长的特点。照明系统中可以大量选择及应用寿命长、耗电量低的发光二级管，这样可以节约大量的能源。在启动设备的选择上，节能型的电感镇流器及电子镇流器应当作为首选。通常来说，荧光灯用电感镇流器及高强度气体放电灯镇流器功耗较低，分别为一般为荧光灯额定功率的20%、15%～16%。电子镇流器与电感镇流器相比，功耗能够降低50%～75%，而在节电性能上，也能节电10%。此外，在使用电子镇流器上，因高次谐波含量增加，可能危害整个供电系统。因此，设计人员在选用时，需要考虑到这一影响因素，当出现问题时，及时采取措施加以解决。

3.4 减少线路损耗，选用智能控制技术

通常，建筑物电气照明系统线路繁多，电缆交错在一起，必定会使功功率消耗增加，因此，必须采取相应的技术措施减少线路的损耗。在分析及计算建筑物照明系统负荷容量的基础上，明确供电的距离及分布，根据建筑物内设备的用电特点合理设置供配电系统，使整个线路系统简单可靠、操作方便。在变配电所的设计上，应当使其尽量靠近用电负荷的中心，这样可以有效缩短配电半径，减少线路的损耗。在整个照明系统中，通过充分运用智能照明系统，能够对光源进行相应的控制。在节能控制开关的选择上，利用智能控制技术，可以实现节能降耗的目的，例如智能控制型、声控型、红外感应型、光感应型等，通过不同的开关控制方式而达到节能效果。智能控制系统作为一项综合性系统，将网络技术与数字控制系统有机结合，包含了多个模块。运用智能控制技术可以对照明进行有效的控制，有助于照明系统维护工作的开展，从而节约电能与成本。