水泥厂推广应用“绿色照明”节能效果的分析和研究

闫光启 王琳琳 栗 克 颜 妍 程晓东 慎建军 万 朋 高国防

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

视觉是光射入眼睛后产生的一种知觉，即视觉依赖于光。为了保证视觉功能的正常发挥，必须创造一个良好的光环境。随着科学技术的进步，人类物质文明和精神文明得到不断提高，照明已远远不是一般概念的满足一定的光度、色度（或者说亮、暗和颜色）的要求，简单地照亮某一个空间环境的问题，而是要根据某一特定环境的特性，赋予一定的艺术、文化内涵或表达出某种特定意义。20世纪80年代末90年代初，人们开始把照明提高到“照明文化”或“光文化”的高度来认识。20世纪90年代初期，美国环保局首先提出“绿色照明”的理念，并很快得到联合国环保署以及许多发达和发展中国家的支持。《建筑照明设计标准》GB50034-2004中将“绿色照明”作为专业术语提出，并将其理念贯穿于整个标准。“绿色照明”内涵是在满足照明质量和视觉效果的前提下，是指通过科学的照明设计，采用高效的优质照明电器产品（如紧凑型、细管型荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等）、高效节能的灯用电器附件（如电子镇流器等）、高效优质的照明灯具（如高效反射灯罩等）、先进的节能控制器（如调光装置、声控、光控、时控等）等一系列照明节电产品和技术，达到高效、安全、舒适、有益于人们的身心健康，有益于人们从事工作、学习、生活以及一切活动的高质量、高水平、高格调的照明。

光源无疑是实现环境照明的主体，但裸露的光源，无论如何也达不到上述的高质量、高水平、高格调的照明效果。因此，品种规格繁多、性能和质量优良的照明灯具的诞生，正是适应了这一个客观形势需要。建筑照明工程的设计，就是根据不同的电光源和灯具的性能特性及功能用于各种不同的建筑环境中。

照明光源品种很多，按发光形式分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源三类。

①热辐射光源。电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。包括白炽灯和卤钨灯两种。

②气体放电光源。电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电有弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括∶荧光灯、低压钠灯等低压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯，以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。

③电致发光光源。在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。包括电致发光光源和发光二极管两种。

表1 照明光源的分类

从表2可以看出,光效较高的有高压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯等;显色性较好的有白炽灯、卤钨灯、荧光灯和金属卤化物灯等；寿命较长的光源有荧光高压汞灯和高压钠灯；能瞬时启动与再启动的光源是白炽灯、荧光灯；输出光通量随电压波动变化最大的是高压钠灯，最小是荧光灯。维持气体放电灯正常工作不至于自熄尤为重要,从实验得知，荧光灯当电压降至160 V、HID灯电压降至190 V会自熄。

表2 主要电光源的技术性能指标

目前，照明光源已经从第一代光源（白炽灯），到第二代光源（高压汞灯），再到第三代光源（高压钠灯），正向LED、大功率节能灯和无极灯等第四代更高效更节能光源的方向发展。

“安全、适用、经济、美观”是对照明装置设计的基本原则。

安全∶包括人身安全和设备的安全。

适用∶在提供一定数量与质量的照明的同时，适当考虑维护工作的方便、安全以及运行可靠。

经济∶一方面尽量采用新颖、高效型灯具；另一方面在符合各项规程、标准的前提下节省投资。

美观∶在满足安全、适用、经济的条件下，适当注意美观。

具体的方法，主要体现在以下几个方面：

①科学选用电光源是照明节电的首要问题。当前，国内生产的电光源的发光效率、寿命、显色性能均在不断提高，节能电光源不断涌现。应逐步用气体放电光源替代热辐射电光源，并尽可能选用光效高、寿命长的新型光源替代传统光源。

高压钠灯光效是白炽灯的8～10倍，寿命长、特性稳定、光通维持率高，适用于在显色性要求不高的道路、广场、码头和室内高大的厂房和仓库等场所照明。

金属卤化物灯，具有光效较高、显色性较好、功率大的特点，适用于大面积照明场所。

荧光灯比白炽灯节电70%,适用于在办公室、宿舍及顶棚高度低于5米的车间等室内照明。紧凑型荧光灯发光效率比普通荧光灯高5%,细管型荧光灯比普通荧光灯节电10%。

高品质的工业照明不仅能够很好的满足工业生产的极端环境，降低能耗，而且更舒适的视觉环境有助于使员工显著缓解长时间工作疲劳，保持良好的工作状态，从而提高生产效率、减少工作差错率、提高合格率、降低生产安全事故等。

②合理选择照明灯具，灯具的主要功能是合理分配光源辐射的光通量，满足环境和作业的配光要求，并且不产生眩光和严重的光幕反射。选择灯具时，除考虑环境光分布和限制眩目的要求外，还应考虑灯具的效率，选择高光效灯具。

③合理选择照度和照明方式，选择照度是照明设计的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力，选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。

④加强照明用电的管理，加强照明用电管理是照明节电的重要方面。照明节电管理主要以节电宣传教育和建立实施照明节电制度为主。使人们养成随手关灯的习惯。

⑤其它照明节电措施，照明线路的损耗约占输入电能的4%左右,影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220 V，照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电。三相四线式供电比其他供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。

⑥照明灯具端电压的电压偏移值一般不高于其额定电压的105%。最远一个灯具的端电压根据工作环境的不同，一般不宜低于下列数值∶控制室和仪器操作室为97.5%;外部照明灯具为95%；不太重要的场所可以允许90%。根据我们的调查，个别工厂的照明灯具电压高达245 V,这将极大地影响照明光源的使用寿命,希望引起管理部门的重视，并采取有效的管理措施。

水泥工厂中的各类建筑、作业场所很多，照明要求各异（具体要求参见GB50529-2008《水泥工厂设计规范》）。目前水泥厂照明电耗约占全厂总电耗的1%，虽然比重不大，但有较大节电潜力。做好水泥厂照明节能设计有利于水泥厂整体节电，同时对推广绿色照明理念和提高节能意识有重要意义。2004年建设部发布了GB50034-2004《建筑照明设计标准》国家标准，此标准在原GB50034-1992《工业企业照明设计标准》的基础上，总结各类建筑的照明经验，并参考了国内外照明标准和照明节能标准，此标准具体详实，基本覆盖水泥工厂的照明要求。

在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下。力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能，通常的照明系统的节能设计措施有以下几种∶

①充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一。在设计中，电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理地利用自然光，使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约了人工照明电能。

②合理设置照明灯具的安装高度，如降低灯具高度便可以减少灯具数量,并保持原来的照度；灯具与工作面之距离降低为原来一半,照度就可提高4倍。

③需要高照度工作的地区或机械，可采用局部照明，较省电。

④要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，一般房间及办公场所应优先采用高效发光的荧光灯(如T5，T8管)及紧凑型荧光灯，高大车间及厂房等一般照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。

⑤推广使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等；公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具∶紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器；气体放电灯宜采用电子触发器；等等。

⑥矿山、长皮带廊以及场前区的道路和窑尾塔架的照明,建议采用LED型的太阳能和风电互换功能的蓄电池灯。

⑦条件许可的地方也可采用无极灯。因为无极灯是采用电磁感应发光，配以IC控制电子整流器，具有高光效、高功率因数等特点，故在同等照度情况下可以节约电能50%～90%。

表3 NG系列高压钠灯和大功率节能灯光源的技术性能指标比较

1）建议

①在办公场所和电力室内选用管型或紧凑型荧光灯，在高大厂房和多粉尘车间内部以HID金卤灯、钠灯等为主，辅以大功率节能灯的混合照明方式；

②在皮带检修廊道、楼梯和检修平台等位置,以大功率节能灯为主要照明灯具；

③对于比较大的照明区域，采用双回路供电方式，如此，即可以防止由于单个照明回路故障而引起的照明安全问题，还可以消除由于气体放电光源产生的频闪效应，另外，还可以对照明区域采取比较灵活的管理方式；

④采用混合光源照明和多回路供电方案，可以弥补由于HID光源再次点燃时间长的缺点。提高照明安全的可靠性；

⑤在各个独立建筑物处设置分照明配电箱，并从电力室的照明总配电箱以三相四线电源方式馈电。即可以减少电力室内的敷设电缆线路，还可以降低照明线路的损耗；

⑥防止由于照明配电回路的电压过高而带来的照明光源寿命减少的现象，并可以在部分照明配电回路设置采用 “高频PWM交流稳压技术的调压器”在灯温、电弧、电流稳定后精密连续调压，不管是节电率还是延长灯具寿命,都有非常满意的效果。

在工程实际中，经测量以及人工观测，当电压在 220 V附近小范围下降时（220～195 V），电压下降，功率成平方快速下降，此时照度只是轻微下降，节电率在15%以内。在195 V继续下降，照度出现比较大的下降幅度。因此建议对照度要求比较高的场所，控制电压在 195 V以上，如果对照度没有要求，可以将电压控制在 195～170 V的程度，节电率可达30%或更高；

⑦照明配电系统推荐采用TN-S、TT系统，凡可触及的金属灯杆和配电箱等金属照明设备均需保护接地，接地电阻应小于10 Ω。鉴于TN、TT接地系统所存在的一些缺点,建议采用300～500 mA漏电开关作为配电保护，可使接地故障时人身安全得到保障；

⑧由于HID灯属于典型的非线性负荷，其配电线路中含有以三次谐波为主的奇次谐波电流。理论分析和实验测定都表明，即便是三相完全平衡的气体放电灯线路，N线上通过的高次谐波仍达相线电流的30%以上；建议新建水泥厂配电系统中，采用单独的照明配电变压器，同时向联合水泵站和车间检修箱供电；

⑨在重要场所，尚应设置带有蓄电池的应急照明灯或用蓄电池组供电的备用照明，作为发电机组投运前的过渡期间使用。

2）结论

企业向内控制成本节约一分，所取得的效益，远胜于市场销售业绩增加十份的努力。

[1]韦课常.电气照明技术基础与设计[M].中国电力工业出版社,1980.

[2]王晓东.电气照明技术[M].机械工业出版社,2004.

[3]陈大华.传统光源和固体光源的综合评述[J].

[4]中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册[M].中国电力工业出版社,2005.

[5]GB50034-2004,建筑照明设计标准[S].