Problems Needing Attention in Electrical Lighting Design of Green Buildings

Zhang Wencai



Problems Needing Attention in Electrical Lighting Design of Green Buildings

Zhang Wencai

AbstractIn the process of implementing green building evaluation, according to the requirements of “green building evaluation standard”, aiming at building electrical lighting energy saving, the problems existing in design and consulting are analyzed in detail. The purpose is to determine the illumination value correctly, and control the power density in the range of the standard. In addition, some more practical methods are put forward to reduce the effect of lighting control on energy saving.

Keywordsgreen buildings, evaluation standard, lighting power saving, illumination value, power density value, lighting control

0引言

为贯彻落实国家和行业节能减排与环境保护相关政策，住建部大力推进绿色建筑，提倡从设计、施工到运行管理全生命周期内，均采用绿色设计理念和技术，全面实行绿色施工，并在长期的运行阶段采取绿色管理手段，降低资源消耗、减少对环境的影响，达到节能、环保、高效和人性化的管理，促进可持续发展。

在实施绿色建筑的过程中，住建部颁布了GB/T 50378-2006《绿色建筑评价标准》，规定按照控制项、一般项和优选项进行评价，并分为居住建筑和公共建筑两种类型，且按照不同的条文进行评审。从阶段上分为设计标识和运行标识评审，申报运行标识的建筑必须竣工运行一年后方可申报，而设计标识在设计完成后即可申报。针对绿色建筑评价实行数年后的实际情况，经修订颁布了新版GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》。在新版的评价标准中，除了控制项评价采取是否达标的评价方式外，其他方面均采用评分方式，根据所申报的绿色建筑的星级(分为一星、二星和三星，三星级最高)对评分项逐条进行评审，居住建筑与公共建筑均按照相同的条文进行评审。

在住建部颁布新版《绿色建筑评价标准》后，全国许多省市也相继颁布了相应的地方《绿色建筑评价标准》，北京市率先规定，所有新设计的建筑必须满足一星级标准，部分省市也随后开始效仿。

1评审中常见问题

笔者就绿色建筑设计标识评审中电气专业遇到的一些共性问题提出几点建议。

1)评价标准中的第5.1.1 建筑设计应符合国家现行有关建筑节能设计标准中强制性条文的规定。

这是节能设计中任何情况下都必须遵循的。作为强制性条文，这是一条不能逾越的红线。在电气专业有关节能设计标准的强制性条文中，主要体现在照明设计的功率密度值。住房城乡建设部关于发布国家标准《建筑照明设计标准》的公告中明确：“现批准《建筑照明设计标准》为国家标准，编号为GB 50034-2013，自2014年6月1日起实施。其中，第6.3.3、6.3.4、6.3.5、6.3.6、6.3.7、6.3.9、6.3.10、6.3.11、6.3.12、6.3.13、6.3.14、6.3.15条为强制性条文，必须严格执行”。《建筑照明设计标准》第6章是照明节能，对于该章中的强制性条文，也是从节能的角度考虑，必须严格执行。建筑照明是电气节能中有量化标准的内容，主要执行的条文是：GB 50034-2013《建筑照明设计标准》中第6章6.3.3～6.3.7、6.3.9～6.3.15。在设计中强制性条文的违反重点体现在功率密度值超标。建设主管部门对此加大了管理力度，若在施工图审查后才发现违反强制性条文的，将对施工图审查单位进行批评，甚至更严厉的处罚。

值得注意的是居住建筑，尽管GB 50034-2013《建筑照明设计标准》第6.3.1条规定“住宅建筑每户照明功率密度限值不在强制性范围”，但居住建筑的公共部分则在强制性的规定范围之内。

2)GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》第5.1.4条规定“各房间或场所的照明功率密度值不得高于现行国家标准《建筑照明设计标准》GB 50034中的现行值规定”。然而在实际评审过程中仍发现有些工程项目出现了照度和功率密度值超标的现象，主要有以下具体表现：

(1)计算功率未考虑镇流器，当计入镇流器功率后，导致LPD值超标。

(2)照度确定不合适，导致功率密度值过高。

(3)同一层建筑平面中的各类房间照度要求不同，设计说明、光源选择等均符合要求，各类房间照度值也定位准确，但在照明平面图中灯具的布置千篇一律，导致有的房间布置灯具过多，照度值、LPD值超标。

(4)照明计算时，部分参数(如利用系数、维护系数、光源、附件技术参数等)取值不对。

(5)对规范4.1.2、4.1.3、4.1.7等条文规范中提到的“允许有误差”理解不正确。

2问题分析

1)计算功率未考虑镇流器；当计入镇流器功率后，导致LPD值超标。

当选用气体放电灯时需要配备镇流器。对于镇流器的功率取值，应注意所选用的镇流器的类别和等级。表1是当采用36W直管型荧光灯管，并配备相当于欧标A2、A3、B1、B2能效等级的镇流器时所对应的功率值。

表1中的功耗情况仅针对36W的T8荧光灯管，对于T5灯管，功耗情况是不一样的。因为T8灯管可以采用电子镇流器，也可以采用电感式镇流器；而T5灯管只可采用电子式镇流器，所以对于28W的T5灯管，镇流器的功耗需按照4W考虑(28+4=32W)。

表1　选用36W荧光灯时的功耗情况

根据表1的功耗统计情况，应注意在设计采用的灯管光源时一定要以文字方式说明所配备的镇流器类型，计算灯管的功耗时应考虑计入镇流器的功率。

此外，当采用电子镇流器时，有许多人考虑到了谐波的影响，因此在设计中要求电子镇流器是H级或L级，这样的做法在过去是对的，但近年来此类级别已被取消，并统一按照GB 17625-2003《电磁兼容限值谐波电流发射限值》中的设备分类C规定照明设备的谐波电流限值。

2)照度确定不合适，导致功率密度值过高。

根据GB 50034-2013《建筑照明设计标准》第5章照明标准值中对绝大多数各类房间或场所的照明照度值均有规定。由于设计时计算所得到的照度值与规范有出入，尤其是一些面积较小的房间，要达到所选择的照度值需要比大面积房间或场所照明功率还要高。但要满足规定的照度值，其功率密度值也要随之增加。新版标准6.3.14“当房间或场所的室形指数值等于或小于1时，其照明功率密度限值应增加，但增加值不应超过限值的20%”。

在绿色建筑评审中，常见一些设计人员对一些区域或场所的照度值确定不合理，例如针对地下车库的照度值，新标准规定居住建筑地下停车场的照度为30lx，公共建筑地下停车场的照度为50lx。而有的设计人员仍沿用旧标准规定的75lx，有的甚至自作主张定为100lx。这样成倍增加照度值会导致功率密度值超标。

需注意，《建筑照明设计标准》第6.3.15“当房间或场所的照度标准值提高或降低一级时，其照明功率密度限值应按比例提高或折减”中提到的“按比例提高或折减”，是针对《建筑照明设计标准》中第4.1.2和4.1.3条所规定的情况，而不是设计后得出的照度值与标准中照度值的差值。如普通办公室照明设计中，标准中的照度值是300lx，现行的功率密度值为9W/m2，而实际的设计结果是照度达到345lx，功率密度值达到9.2W/m2。不能认为345lx的照度高出了标准值15%，相应的功率密度值也应按比例提高15%，达到10.35W/m2。

针对此例，有几点需要说明：首先，功率密度值达到9.2W/m2已经违反了强制性条文规定；其次，照度值超出了标准规定的10%已属于不合格的设计。对此，有的设计人员和绿色建筑咨询人员采用了一种折算的方式，即9.2W/m2的功率密度值对应的是345lx照度，那么300lx时的功率密度值折算为8W/m2，不仅没有突破强制性条文的指标，而且还达到了目标值的要求。但这是完全不对的，这种玩数学游戏的方式是不可取的。只有遇到4.1.2和4.1.3条的情况，确实需要提高或降低一级照度值时，功率密度值可随着照度值的比例变化对应增减。

在标准4.1.2 条文中规定“符合下列一项或多项条件，作业面或参考平面的照度标准值可按本标准第4.1.1条的分级提高一级：

1 视觉要求高的精细作业场所，眼睛至识别对象的距离大于500mm；

2 连续长时间紧张的视觉作业，对视觉器官有不良影响；

3 识别移动对象，要求识别时间短促而辨认困难；

4 视觉作业对操作安全有重要影响；

5 识别对象与背景辨认困难；

6 作业精度要求高，且产生差错会造成很大损失；

7 视觉能力显著低于正常能力；

8 建筑等级和功能要求高。”

照明照度值的确定，应按照GB 50034-2013《建筑照明设计标准》第5章的要求选择，并根据上述条款进行改变。

由于标准中规定的房间或场所的照度值不是一个范围，而是一个确定的值，只是少量的场所或房间有普通或高档之分，如普通/高档办公室、一般/高档商店营业厅、一般/高档超市营业厅。

3)同一层建筑平面中的各类房间照度要求不同，设计说明、光源选择等均符合要求，各类房间照度值也定位准确，但在照明平面图中灯具的布置千篇一律，导致有的房间布置灯具过多，照度值、LPD值超标。

如有的建筑中办公室、资料室及相应的库房等在同一层，对于各类房间或场所的照度，设计时都有所考虑，在设计说明中也按照规范规定的照度值和功率密度值提出了准确的要求。但在平面灯具布置时，一拷贝粘贴，显示不出有任何区别了，导致照度要求低的房间照度和功率密度值超标。

4)照明计算时，有的参数取值不对，如利用系数、维护系数、光源、附件技术参数等。

规定利用系数的确定是先通过计算室形指数，再根据所选择灯具的配光曲线在查表时选择相应的天花板、墙面、地面的反射系数。但就目前的情况来说，有许多灯具制造厂家无法提供较好样的配光曲线，更有甚者直接抄袭别的厂家的参数。

一般来说对于荧光灯槽的利用系数，一般在0.38左右；格栅荧光灯利用系数一般为0.55～0.6；荧光灯带的利用系数一般为0.5左右；开启式荧光灯的利用系数则一般较高，约为0.65甚至还要高些。如教室、阅览室一般采用蝙蝠翼式配光曲线的灯具，利用系数可高达0.7。而现在使用的LED灯，有的利用系数接近甚至大于1。主要是LED灯的光线投射集中，而荧光灯要通过灯具的反光罩控制光线的投射方向，并在控制光线的过程中造成光的衰减，从而降低了利用系数。

参照相应的标准条文，灯具的维护系数也是影响照度计算的因素之一。

一般来说，房间或场所的照度计算可由式(1)求出：

(1)

式中，lx为照度；lm为每个灯管输出流明；N为总的灯管数量；Cu为灯具的利用系数；M为灯具的维护系数；A为房间面积。

灯具数量N的确定，可由照度计算公式经简单数学变换求出，见式(2)：

(2)

从式(2)中可以看出，当房间或场所的照度值确定后，lx就可看作为一个不变的常数，lm、Cu和M越大，所需的灯具数量越小。

作为照明节能，许多设计人员在设计说明中都会写上采用高效光源、高效灯具和高效节能的灯具附件(镇流器)，但怎样才算高效呢？在绿色建筑评审中经常会遇到一些情况，说是高效，但效率并不高。例如大部分的公共建筑采用的直管荧光灯中，选择18W而非36W的T8灯管、14W而非28W的T5灯管、选用普通的而非三基色的荧光灯。从耗能的角度分析，同一种类型的灯，大功率的比小功率的更节能；从定量方面分析，约有20%的差异。一般大功率的光源，例如T8-36W灯，其光效能达到92lm/W，有的甚至更高；而T8-18W灯，其光效一般在80lm/W左右，加上镇流器的功耗，总体上小功率的光源光效低、整流器功耗所占光源功率的比例大。

T8-18W灯管与T8-36W灯管相比，要达到同等的照度会多耗电31%(采用电子镇流器)～45%(采用节能型电感镇流器)，而建设费用要增加30～40%；T5-28W灯管与T5-35W灯管相比，前者光效一般在90lm/W左右，后者光效可达104 lm/W。

光源的选择主要考虑以下几个要素：光效、色温、显色指数、光源寿命和价格，这是在照明设计中做到切合实际应用很重要的要素。

采用高效光源是照明节能的关键。在一般无特殊装饰要求场所应采用直管型荧光灯，尽量不用紧凑型荧光灯。对于直管型荧光灯，在选用过程中应考虑以下四项原则：三基色、细管径、大功率、中色温(表4.4.1)。

《建筑照明设计标准》3.2.2 规定中，照明设计应按下列条件选择光源：

1 灯具安装高度较低的房间宜采用细管直管形三基色荧光灯；

2 商店营业厅的一般照明宜采用细管直管形三基色荧光灯、小功率陶瓷金属卤化物灯；重点照明宜采用小功率陶瓷金属卤化物灯、发光二极管灯；

3 灯具安装高度较高的场所，应按使用要求，采用金属卤化物灯、高压钠灯或高频大功率细管直管荧光灯；

4 旅馆建筑的客房宜采用发光二极管灯或紧凑型荧光灯；

5 照明设计不应采用普通照明白炽灯，对电磁干扰有严格要求，且其他光源无法满足的特殊场所除外。

通过在绿色建筑评审中查看照明功率密度值和照度计算书发现，有的设计计算书中选用的光源技术参数不合理，例如T5荧光灯的光通量为3 000lm，有的甚至套用T8灯管的参数；有的选择又过低，导致与实际照度相差较大。现有部分光源制造厂家，在35℃时能将28W的T5灯光通量达到2 900lm。

“照度及功率密度值计算表”中应列出本工程在规范中对应建筑类别强制性条文列出的房间(场所)，以及在本类建筑中规范强制性条文虽没有列出但可参照其他类别建筑强制性条文规定的标准相当﹑功能类似的房间(场所)。对于强制性条文未规定而在工程中有代表性的房间(场所)也需列入计算表中。

5)对如4.1.2、4.1.3、4.1.7等条文规范中提到的“允许有误差”理解不正确。

在规范4.1.7条文中“设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%”。

在一般情况下，设计照度值域照度标准值相比较，可有不超过-10%～+10%的偏差。但是要注意条文说明，其适用的情况。

考虑到照明设计时布灯的需要和实际光源功率及光通量的变化不是连续的，根据我国国情，规定设计照度值与照度标值可有不超过-10%～+10%的偏差，即此偏差只适用于装10盏灯具及以上的照明场所；当小于10盏灯具时，允许适当超过此偏差。

在4.1.7条中，关于照度值的偏差，是否也允许功率密度值也出现相应的偏差？

不允许。在该标准审查会上已明确提出：照度值允许偏差，是由于在设计过程中会遇到灯具数量随房间调整的情况(例如计算时需要11盏灯，但布置时却需要12盏灯才能均匀设置)。另外小于10盏灯时的情况是由于房间面积较小，利用系数偏低的缘故，才允许适当超出±10%的偏差范围。故照度值可以有上述范围的偏差，但功率密度值不允许超标。

另外《绿色建筑评价标准》第5.2.10照明功率密度值达到现行国家标准《建筑照明设计标准》GB 50034中的目标值规定。(8分)注：住宅建筑仅评价其公共部分。当主要功能房间满足要求只能得4分，当所有区域均满足要求时，才能获得8分。

以上问题，希望大家在照明设计时，稍微多花点时间，仔细看看规范，正确理解规范中的要求。

从节能的角度，选用高光效光源、高效灯具和高效节能的灯具附件时，需仔细复核所设计的照明图纸，并从节材的角度尽量选用小管径的光源。切记，不要用功率密度值反求灯具数量，这种做法往往导致照度值严重超标。

3结束语

按照《绿色建筑评价标准》，分为1～3星级，住宅建筑和公共建筑两大类型。这其中主要对照明提出了明确的量化标准。不应低于现行值，现行值是任何一项工程都必须达到的，达不到则是违反强制性条文；等于或低于目标值，这是我们在实施绿色建筑时所希望达到的，需要设计时下点功夫，仔细选择高效光源、灯具及其附属装置。

照明控制也是节能的有效方法和手段，GB 50034-2013《建筑照明设计标准》第7.3节提出了多项节能控制的方法和要求，应认真研究执行。

值得提出的是《建筑照明设计标准》中的7.3.4条规定“住宅建筑共用部位的照明，应采用延时自动熄灭或自动降低照度等节能措施。当应急疏散照明采用节能自熄开关时，应采取消防时强制点亮的措施”。

在住宅建筑公共部位(如楼梯间、电梯间、走廊等处)设置的照明控制开关，部分采用声光控开关，这种方式正常时具有较好的节能效果，但在某些特殊场合，需要采用更适宜的节能设备。例如除夕至正月十五，全国许多地方按照民俗由燃放烟花爆竹的情况，上述公共区域的照明全都点亮了，造成大量电能的浪费。解决上述问题，可将声光控开关改为红外感应开关，声音对此不起作用，只有人到达现场等才点亮，真正达到照明节能的效果。

当房间或场所装设两列或多列灯具时，所控灯列可与侧窗平行，这在实际运行过程中具有明显的节能效果。大型公共建筑按使用需求采用智能照明控制系统，这也是实实在在为绿色建筑照明节能创造必备的条件。

总之，优秀的照明设计和照明控制，能为绿色建筑节能起到关键的作用。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》[S]. 中国建筑工业出版社.2014.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部. GB 50034-2013《建筑照明设计标准》[S].中国建筑工业出版社.2013.

绿色建筑电气照明设计中应注意的问题

张文才

(中国建筑设计院有限公司， 北京 100120)

摘要在实施绿色建筑评价的过程中，根据《绿色建筑评价标准》的要求，针对建筑电气照明节能，对设计以及咨询中存在的问题，进行详细分析。目的是能够准确地确定照度值，控制功率密度值在标准规定的范围内。并且，提出了一些较为实际的照明节能控制方法。

关键词绿色建筑评价标准照明节能照度值功率密度值照明控制