智能楼宇照明系统的低碳设计研究

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摘要：在分析了智能楼宇建筑照明系统功能需求及节能潜力后，结合工程实践经验，对智能楼宇照明系统安装调试工程中常用的节电方法进行了归纳总结，最后简单介绍了照明系统灯具安装和电线敷设技术要点。

随着国民经济的进一步发展，以及人民日常工作学习、起居休闲生活水平的不断提高，相应对能源供应总量和质量也提出了更高的要求，能源紧张以及供需矛盾现象日趋严重，采取相应节能降耗技术措施进行能源资源的合理利用已成为全球各国重要能源战略之一。建筑节能是节能降耗工程中的重要项目，也是工作人员研究建筑能源可持续发展的重要课题。随着楼宇自动化水平的不断提高，建筑电气系统节能降耗问题已成为建筑节能的核心内容。尤其是智能楼宇建筑电气智能化技术系统的迅速发展，照明工程的地位和作用在整个建筑电气中的地位越来越重要，其设计、安装调试、以及后期运行维护水平的高低直接影响到整个智能楼宇建筑电气工程能否发挥出其应有的照明功能效果、安装调试施工工期、以及照明系统综合投资经济效益。绿色照明、低碳照明等是智能楼宇建筑电气照明系统发展的重要趋势，但所谓照明系统节能降耗，不等于通过降低系统对视觉作业的要求和降低照明系统质量来达到节能目的，这样非但不能达到照明系统节能降耗的目的，同时还会影响建筑室内的照明系统基本照明功能，降低人员的学习工作效率和起居休息舒适水平。因此，在进行智能楼宇照明系统设计、安装调试等过程中，要在保证照明系统基本照明功能特性的基础上，通过设计方案、施工方案、安装调试技术等优化选择，力求减少建筑照明系统中的能量损失，从而构筑完善的绿色低碳照明系统，达到节能降耗的目的。

1、智能楼宇建筑照明系统功能需求及节能潜力分析

智能楼宇建筑在照明系统设计、安装调试等过程中，除了要符合操作便捷、安全可靠、经济卫生、节能环保等基本功能要求外，还应当满足智能楼宇建筑内部人员生理和心理等多方面的特殊功能需求。建筑照明系统节能并不是单纯地意味着节约系统电能消耗，而应在满足建筑楼宇基本功能照明特性的基础上，通过各种优化的措施方案和技术手段，使整个照明系统在照度、亮度、色温、以及显色性等技术指标均满足相关照明区域照明功能需求，为人们学习工作、起居休闲等提高一个高质高效的照明环境，使整个照明系统运行在最优工况条件下，达到绿色低碳、高质优质、以及节能降耗的照明需求。

1.1 照明系统功能指标分析

对于智能楼宇建筑照明系统设计、安装调试等过程中，要充分考虑照明系统照度、亮度、色温、以及显色性等技术指标。就照度技术指标而言，建筑物内不同的功能空间，其对照明共需求也有很大差异，对照度的要求也有很大的不同，如对于书房、厨房照明空间而言，因为其主要为人们提供工作学习和日常洗漱就餐等功能，其对照明系统的照度要求也较高；而对于卧室、客厅等休闲场所，人们活动较为频繁，且活动类型也有很大差别，如睡觉、看电视、会客交谈等，不同活动类型其对照度要求也有很大差异，因此，在对这些控制的照明系统进行规划设计、安装调试过程中，要结合室内的实际情况，布设不同类型的灯具以及控制系统以满足该类空间不同活动对照明系统照度的需求。对于同一空间内部的照明灯具布设，应尽量保持照度间的均匀平衡，防止出现照度偏差较大，引起室内人员出现视觉不适或疲劳高，从而降低了照明系统综合功能特性。从大量建造照明系统安装调试经验可知，房间内最低照度应在同一空间范围内照度的70%以上，否则就会出现照明偏差引起内部人员出现视觉不舒适问题。对于照明系统亮度而言，太亮会刺激人眼发生视觉不适疲劳效应；亮度太低会降低照明区域的照明功效。因此，在进行照明系统安装调试过程中，要严把亮度关，合适选用高效功率的光源，保证整个照明区域具有较好亮度特性。色温是营造照明环境的重要指标，色温低于3300k的光源会给照明空间营造一个温度舒心、亲切轻松的照明环境，尤其适合在卧室、起居室、以及就餐室的照明；色温处于3000~5000k时，其主要营造一个爽快愉悦的环境，比较适合于书房、厨房等照明区域。另外，在进行智能楼宇建筑照明系统设计、安装调试施工过程中，要充分考虑光源显示性能，即在不改变房间内物体原有颜色的基础上，尽量达到照明光源显色与整个房间颜色相互融洽，提高照明区域照明的综合特性。

1.2 照明系统节能潜力分析

从大量统计文献资料和实际安装调试工作经验可知[1]-[2]，照明系统能耗约占整个建筑能耗的12%左右，如甲国在2009年全国总用电量约在26000亿kwh，其中照明系统能耗就超过了5500亿kwh。由于受当时建设技术水平等因素的制约，甲国楼宇建筑照明系统能耗普遍较高，如采用调压节能措施其可以达到20%左右的节能效果；用节能光源代替老式光源可以达到25%~35%的节能潜力。从大量安装调试工程实践应用效果来看，建筑照明系统节能降耗措施技术措施较多，而且其所能取得的节能效果也十分明显突出，也就是说整个智能楼宇建筑照明系统中蕴含着非常强大的节能潜力，在建筑节能工程大事开展过程中，如何将科学经济、节能环保的技术措施融入到建筑照明系统设计、安装调试、以及后期运行维护过程中，是甲们这些建筑电气工作人员迫切需要解决的问题。

2、智能楼宇照明系统安装调试节电方法

2.1 选用高效节能灯具

在进行智能楼宇照明系统安装调试过程中，应结合工程实际情况选用高效光源和节能型灯具。对于大多数老式建筑社区而言，其路灯、楼梯、以及公共场所等地方的照明大多采用长明白炽灯或水银灯，其在运行过程中会造出大量的照明资源浪费，而且与整个环境的照明很不匹配，因此在进行改造安装调试过程中，应合理选用紧凑型荧光灯等灯具。从大量安装调试实际工作经验来看，采用紧凑型荧光灯代替白炽灯等高耗能灯具，其节电效果十分可观，在照度相同情况下，采用紧凑型节能荧光灯与普通高耗能照明白炽灯其所取得的节电效果如表1所示：

表1 紧凑型节能荧光灯与普通高耗能照明白炽灯节电效果比对

从表1可知，在照度相同情况下，紧凑型节能荧光灯可以达到75％左右的节电效果。对于老式办公、商业楼等建筑照明区域进行照明系统改造安装调试时，可以采用节能型荧光灯对常规老式带电子镇流器等高耗能灯具进行节能改造，其可以达到的节电潜力大约在35%~50%左右，光效可高达50%以上，还可以有效消除频闪效应和灯具运行噪声，同时节能型荧光灯还具有较长的使用寿命，具有非常强大的节能改造经济效益。据大量安装调试经验可知，采用节能型荧光节能灯具进行照明系统改造，其大约可以在运行2年后就可以收回整个改造工程的原始投资成本。

2.2 优化照明改造方案

在建筑照明系统设计和改造安装调试过程中，应结合工程实际情况，进行完善的照明负荷计算分析。在改造方案设计和安装调试过程中，要合理搭配各种光源，并结合先进的控制技术提高照明系统综合运行工况，达到节能降耗的目的。在设计和安装调试过程中，应尽量利用天然光束以减少室内照明，依据照明区域、照明时间、天气、以及工作学习、休闲起居等不同功能需求，设计出灵活调节控制照明系统。高压钠灯不仅具有较高的光效特性，同时其使用寿命也非常长。据实际安装调试工作经验可知，高强度气体放电灯其在运行过程中，其光效最高可以达到每瓦120流明，是普通高压汞灯的2.2倍，高耗能白炽灯的8～10倍。高压钠灯具有非常强大的稳定性能，其光通维持性能非常好，在点燃八千小时以后其光遁黾依然可以达到初始值的80％～90％左右，从而有效提高照明系统改造安装调试节能经济效益。

3、照明系统安装技术要点分析

3.1 灯具安装

在进行照明灯具吊装和固定施工过程中，当灯具总重量大于3 kg时，应采取固定在螺栓或安装在预埋吊钩上；利用软线吊灯安装方式，当灯具自重小于0.5kg时，可以采取软电线直接吊装方式，但当灯具重量大于0.5 kg时应采用吊链等加固措施进行吊装，且软电线应有序编叉在吊链内部，使软电线在灯具吊装安装模式下不受拉力。在安装过程中，灯具类型及配件应按照设计图纸或施工组织设计要求备齐全，其在施工前要进行机械损伤、变形、涂层剥落、以及灯罩破裂等安全隐患缺陷检查。软线吊灯安装模式下，软电线两端应做相应保护扣,两端芯线搪锡。灯具在安装过程中要固定牢固可靠，不可采用木楔。绝缘台直径在75 mm以上的照明灯具所采用的固定螺钉或螺栓应不少于2颗; 绝缘台直径在75 mm以下时,可以采用1个螺钉或螺栓进行固定。

3.2 电线敷设

智能楼宇建筑照明系统应采用埋管暗敷方式。应急照明线路在每个防火分区处均应独立设置应急照明回路，对于穿越不同防火分区的电力线路有防火隔堵措施。照明系统中疏散照明线路按照相关防火技术规范要求选取耐火电线和电缆，采取穿管明敷或在非燃烧体内穿刚性保护导管暗敷，疏散照明电缆暗敷保护层厚度应不小于30 mm。照明线路电线宜采用额定电压不低于750 v的铜芯绝缘电线电缆。并在安装调试前，要检查电线绝缘层是否完整无损,绝缘厚度是否均匀。电线电缆应无压扁、扭曲、以及铠装带应无松卷等现象。耐热、阻燃的电线和电缆外护层应有明显标识和制造厂商标。电线和电缆的绝缘层厚度应和圆形线芯的直径相匹配，其线芯直径的误差应不大于标称直径的1%。照明系统中所有配电线路的相线和零线均应采用铜线作为载流导体，从而减少线损损耗。建筑楼宇照明系统的入户线截面应不小于6 mm2,户内照明线路截面不小于2.5 mm2,以确保整个照明线路安全稳定、节能经济的高效稳定运行。

4、案例分析

4.1 vremstm照明节能控制系统

vremstm照明节能控制系统，其典型节电率可以达到35%。应用于传统灯源，如荧光灯、金卤灯、卤素灯、高压钠灯，及节能灯源---t5灯。适用于室内外照明节能控制;工厂、商店、办公大楼、室内停车场；室外公共场所照明，如停车场、码头、体育场、路灯及工地照明。vremstm 专利技术，使在变换节电级别时，不影响负载端电路，不会造成灭灯现象；旁路模式启动，可选预留15分钟预热，使灯在全电压情况下点亮；对照度影响小，节电率可达30%以上；对电网不产生任何谐波污染；plitron 专利技术环形变压器，噪音小、温升低，效率高达97%。用户即可以通过电脑、互联网进行远程控制，集群管理，通讯方式可采用有线与无线；旁路模式方便客户进行节能审计，以及在紧急状况时，可以直接恢复原照明电路；延长灯及镇流器寿命，从而降低维护成本；电子元器件少，取材优良，性能稳定，使用寿命长；投资回报快, 1~2 年回本；有效降低碳排放。

4.2照明系统节能效果分析

甲公司在sct 进行的照明节能改造i期项目，实验对象为编号c22高杆灯柱。c22灯柱顶端共安装有16盏德国产的osram hqi-t1000w/d c828 型金属卤化物灯，每盏灯额定功率1kw。c22灯柱共16 盏，分成两组,每组8 盏，分别进行开关控制。三相vremstm 照明节能控制器规格：

功率容量为19.8kw， 每相额定电流30a, 工作电压220 伏，50hz,电气柜设计防护等级ip65，控制柜尺寸：950*700*400mm，包含底座总体占用空间：1250*700*400mm，总重155kg。配置4 个不同的调压节能等级：

tap1：旁路模式，全电压；

tap2：降压8%；

tap3：降压14%；

tap4：降压23%；

5 月18-20日进行了照度降低与节能水平之间的关系测量，在电压下调0，8%，14%， 19%， 23%，27% 的状态中，在距离c22 灯柱15 米的位置a、b 位置分别进行了照度降低比对,方位如图1所示：

图1 照度降低比对方位图

依照美国iesna灯光手册比对曲线，见图2所示：

图2 美国iesna 灯光手册比对曲线

从图2可知，仪器测试所得的照度降低幅度与人眼感知的照度降低幅度并不相同，不成线性关系。通常人眼所感知的照度降幅为10%以内时，工作人员对工作现场的照度降幅感觉不明显，不影响作业。根据当天现场所有人员体验，亦验证了这一理论。通过调试，最终确定下来在不影响现场作业照度降低的情况下，最佳的调压水平为tap4, 调压23%。在此水平下，三相平均节电率达30%。

这8盏金卤灯每天工作10小时55 分（即10.92 小时）。自5月23日至7月20日，为vremstm 控制下节能状态运行；自7月21日-29日，该组灯在旁路模式（全电压的状态，非节能模式）运行8 天。由于有壹盏灯老化严重，自7月12日，甲们选取了节能模式8天的数据与非节能模式8天的数据进行了比对。结果验证了，采用vremstm后，综合节电率超过30%。试验数据显示，7月12日21:30 至7月20日21:45 八天时间为节能状态，第一相和第二相所负载的4 盏灯，节能状态下总计耗能及工作总时为：

节能状态下的能耗：ws=1579.9+1937.6-1451.2-1783.9=282.4kwh

工作总时长： ts=10.92h×8+15min/60 = 87.61h

7 月21 日19:40 至7 月29 日19:55 八天时间甲们做了旁路模式（非节能模式）对比试验，灯在全电压下工作，该阶段能耗及总工作时长为：

非节能状态下的能耗：w=1803.8+2165-1596.1-1945.9=426.8kwh

工作总时长：t=10.92h×8+15min/60 = 87.61h

节电率：（426.8-282.4）/426.8 *100%=33.8%

5、结束语

综上所述，在建筑照明节能设计、安装调试、以及后期检修维护过程中，相关工作人员应结合建筑楼宇照明系统功能特性和实际耗能情况，反复比较研究多个节能降耗方案，从设计、安装调试等源头上熟悉和理解智能楼宇建筑照明节能的功能特性，并结合工程实际情况，采取积极有效优化方案和节能措施，以使整个照明系统达到真正的节能降耗的效果目的，创建一个舒适节能的工作学习和人居休闲环境，提高照明系统能源综合利用效率。