工厂照明设计的优化与效果

唐荣海 傅开伟 王 勇

(中电投重庆天泰铝业有限公司, 重庆 400328)

电力节能

工厂照明设计的优化与效果

唐荣海 傅开伟 王 勇

(中电投重庆天泰铝业有限公司, 重庆 400328)

通过分析金属卤化物灯、无极灯、LED灯的工作原理、特点、技术性能指标，结合工厂照明光源的使用环境，对原照明设计进行了修改，修改后可节约投资、减少维修费用和节约电费。

照明设计; 优化; 分析

全球照明用电量占总用电量的19%，而我国2012年照明用电量达4 100亿kW·h，占全社会用电量的13%左右。无论是从照明用电总量上看还是从照明用电占全社会用电量的比例来看，研究和实施照明节能都非常有意义。照明节能的效果，不仅取决于对现有照明设施的节能改造，更取决于对新建工程项目照明设计的优化。

2012年，某大型建设项目的主体厂房的照明工程，根据电气施工设计图，主要照明灯具——深照型工厂灯选用的是GC2-Z400C 400 W中显钠金卤混光灯(426盏)，其它辅助照明，如路灯等也是选择的250 W中显钠金卤混光灯。基于笔者对照明电器的了解，通过对整个项目电气施工设计图的熟悉，结合该项目工艺场所对照度的要求，通过与设计者沟通，对该项目的照明做出了较大修改、优化，取得了很好的效果。

1 照明电光源的选择

要使照明设计达到较好的适用效果，首要应该选择好光源。光源的选择应遵循的原则是：①必须响应国家节约能源有关方针政策；②必须技术先进；③必须适应使用的环境要求；④必须经济、节省投资。

1.1 照明电光源的使用环境

本项目为工厂主厂房照明，照明灯具安装高度为13 m，厂房内部分布有众多工业窑炉，厂房内环境温度较高，特别是在夏季，在灯具安装的高度上，温度可达到40～50 ℃。

1.2 主要光源发光原理及特点

当前，市场照明电光源种类繁多，主要有卤钨灯、高压汞灯、高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯、高频无极灯、低频无极灯、LED灯等，选择余地很大；而市场上较多用作工厂深照型灯光源的，目前主要有金属卤化物灯、无极灯、LED灯。这三种光源的发光原理及特点如下：

金属卤化物灯是将金属卤化物充入电弧管内，利用金属原子电离激发发光的第三代电光源，具有发光效率高、色温高、显色性好等特点；

无极灯通过以高频感应的方式将能量耦合到灯泡内，这些能量使灯泡内的气体雪崩电离形成等离子体，而这些受激发的等离子体原子当返回原始状态时，会将原来所获能量以253.7 nm的紫外线形式辐射出来，完成一个能量转换过程，灯泡内壁的荧光粉受紫外线激发而发出可见光。具有发光效率高、寿命长的特点。

LED灯是电致发光的固体半导体光源，具有高亮度点光源、可辐射各种色光和白光、0～100%光输出、 寿命长、耐冲击防震动、无紫外(UV)和红外(IR)辐射、低电压下工作等特点。并且，LED灯是目前技术上最新、最先进的照明光源。

1.3 主要光源技术性能指标

根据相关厂家提供的灯具资料，选择金属卤化物灯、无极灯及LED灯的主要技术性能指标如表1。

表1 主要光源技术性能指标

1.4 照明光源的选择

从表1中可以看出，当前技术条件下，无极灯及LED灯比金属卤化物灯的性能指标都要好得多，而无极灯与LED灯的性能相差不大，都具有较高的能效果。LED灯是目前国家推广应用的照明光源，并代表了现时最先进的照明技术，因此，在本工程中，起初准备选用LED灯。

为谨慎起见，在灯具选用过程中，要求LED灯厂商及无极灯厂商提供了相应型号的灯具与现有使用中的金属卤化物灯在相同环境条件下进行了试用效果对比，根据现场使用结果，并结合3种灯的技术参数，得到以下结论：

(1)无极灯及LED灯都能大幅度节约电力。

(2)在使用寿命上，无极灯及LED灯的使用寿命均远大于金属卤化物灯。

(3)LED灯的最大功率仅为100 W，无法满足现场使用的照度要求。

(4)LED灯(100 W)的散热片较大，散热要求较高，其适用的环境温度为-20～40 ℃，而本工程所需灯具的使用环境温度达到40～50 ℃，对大功率LED灯的散热要求威胁很大，很可能导致LED灯无法发挥其正常的照明技术性能。

(5)对于无极灯，其功率有40、50、60、70、80、100、120、150、200、250、300 W等规格可供选择，并可以在-50～90 ℃的环境温度内正常使用。

根据现场试用结论看，由于LED灯的单只功率较低，仅有100 W，无法满足现场使用的照度要求；同时，在本工程试用环境条件下使用风险又较高，从这两方面考虑，不能选用LED灯。而金属卤化物灯的使用寿命相对于无极灯又太短，不经济；无极灯的功率规格多，可供选择范围广，且其适应的环境温度范围广，完全能够满足项目投产后使用环境的要求。因此，最终确定采用无极灯，单只功率选用150 W。

2 照明平面布置的确定

在确定好照明光源后，对于主厂房——电解车间的照明布置进行了优化。根据电解生产工艺，在电解工对电解槽进行操作时，需要指挥天车进行配合，而现在的天车大梁下都配备有4盏大功率(一般是400 W)照明灯具，完全可以满足操作工的操作需要；因而天棚灯对厂房提供的照明强度的要求并不高。

根据有关厂家资料，无极灯的显色指数大于80， 150 W无极灯的光通量为12 750 lm。

依据平均照度计算公式：

(1)

灯具数量按照双列每列间隔布置，N=72，单只灯光通量φ=12 750 lm，按照厂家资料及工厂实际情况利用系数U和维护系数K分别取0.65、0.80，面积A=25.5×72×6.2=11 383.2 m2。将这些数据带入公式，即可计算出厂房平均照度Eav=42。满足厂房照明要求。

经过与设计人员沟通，将原设计分3列、每跨3盏灯布置，修改为分2列、每列跨1盏灯布置，这样，将主厂房照明灯具从426盏400 W中显钠金卤混光灯调整为了144盏150 W无极灯，使灯具数量减少了近2/3。

3 照明设计修改后的经济效果分析

照明设计的修改，不但为工程建设节省了大笔投资，更为工程投产运行后的节约电力、节约运行费用打下了坚实的基础，下面仅以电解车间为例就这三方面进行分析。

3.1 节约投资分析

原设计灯具数量为426盏，包括照明线路及照明配电箱，设计概算投资额为215.92万元，经设计修改后，照明灯具减少到144盏，照明配电箱不变，但由于照明配电箱价值不高，可以忽略不计；则设计修改后，灯具减少而降低的投资额：(426-144)÷426×215.92=142.933万元

按照工程使用年限15年计算，则投产后每年可减少折旧费9.529万元。

3.2 节约维修费用分析

根据原设计，电解车间照明灯为中显钠金卤混光灯426盏，而金属卤化物灯的理论使用寿命为6 000 h，按投产后每天运行10 h计算，则金属卤化物灯的使用寿命约为：

6 000÷365÷10=1.644年

则每年更换金卤灯的数量约259盏。根据项目所在公司原来在用金卤灯采购资料，每盏金卤灯(含灯具及电子镇流器等附件)的价格根据采购数量而有所不同，基本为500～600元，按每盏金卤灯500元的价格计，每年更换灯价值为：129 500元。

每盏金卤灯更换所需工时按1 h计，人工工资按照150元/d计，则更换灯具所需人工修理费为：

259×1/8×150=4 856.25元

金卤灯方案每年的维修费用为134 356.25元。

修改设计后，电解车间照明灯为无极灯144盏，而无极灯的使用寿命为6万～10万h，即使按照其最低寿命6万h计，按投产后每天运行10 h计算，无极灯的使用年寿命约为：

60 000÷365÷10=16.44年

年更换无极灯的数量为：144÷16.44≈9盏

该项目150 W规格的无极灯招标采购价为580元/盏(含灯具及电子镇流器等附件)，考虑到今后降价的原因，按每盏无极灯500元的价格计，则每年更换灯价值为4 500元。由于金卤混光灯、无极灯厂家均承诺保证其灯及灯具的使用寿命，因而，灯及灯具的更换均以使用寿命结束后整体更换计算。

换灯的人工费仍然按照前面的设定，修理人工费为：

9×1/8×150=168.75元

无极灯方案每年的维修费用为4 668.75元。设计修改后，每年可节省灯具更换及维修人工费约为12.97万元。

3.3 节电分析

按照原设计，电解车间照明灯为中显钠金卤混光灯426盏，每盏功率为400 W，带镇流器的视在功率517 W，按功率因子0.9计算，其消耗的有功功率为465.3 W，每天按运行10 h计，则每年消耗的电量为：

426×0.465 3×10×365=723 495 kW·h

而修改设计后，电解车间照明灯为无极灯144盏，每盏功率为150 W，含镇流器的输入功率为158 W，每天按运行10 h计，则每年消耗的电量为：

144×0.158×10×365=83 045 kW·h

则每年可节约电量640 450 kW·h。按照公司用电电价0.53元/kW·h计算，每年可节约电费约33.94万元。

从以上投资节约、维修费用节约及节电三方面分析计算，项目投运后，每年可节省折旧、维修费用及电费为56.44万元。

本工程的电气照明设计优化取得了非常满意的技术、经济效果。

4 结束语

在电气照明设计中，根据项目自身的环境情况、照明电气技术水平并结合灯具市场供求状况，采取合理、科学的照明布置，选择合理、适用的照明灯具，不仅可以大幅节省工程投资，更在工程投产后的节省维修费用、节约能源等方面发挥意想不到效果。

[1] 中华人民共和国建设部. 建筑照明设计标准[S]. GB_50034—2004.

[2] 王琴，董明， 马美仙. 照明节能技术的研究与设计[J]. 太原师范学院学报(自然科学版)，2010(2)：68-70.

[3] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册第2版[M].北京：中国电力出版社，2006.

Optimization and Effects of Plant Lighting Design

TANG Rong-hai, FU Kai-wei, WANG Yong

Based on the analysis of operation principle and the characteristics and technological performance index of metal halide lamps, electrodeless lamps and LED light source, and combined with the application environment of plant lighting source, the former lighting design was modified, the investment was saved, the maintenance cost and electricity bill were reduced after modification.

lighting design; optimization; analysis

2013-12-25

唐荣海(1964—)，男，四川广安人，大学本科，电气高级工程师，主要从事电气管理工作。

TM923

B

1008-5122(2014)02-0035-03