关于建筑电气照明节能技术的研究

2018-06-28周刚

中国设备工程 2018年12期

关键词：镇流器灯具光源

周刚

（广东省建筑工程集团有限公司，广东广州 510000）

1 建筑电气照明节能评价标准

现代建筑电气照明节能以不降低视觉所需与照明质量为基本原则，在此基础上,努力减小或消除无用照明与系统（能量）损失，促使照明用电实现最为有效的利用。

1.1 照明功率密度值LPD

对于照明节能的评价，我国在《建筑照明设计标准》GB50053-2013中规定以LPD（照明功率密度值，单位W/m2）为其指标。LPD为单位面积上照明安装功率（包括变压器、镇流器与光源等），其以式（1）为计算依据：

式中：为照明光源（含镇流器或变压器）功率总和，W；PL为光源功率，W；PB为光源配套的镇流器或变压器功耗，W；S为被照平面的面积，m2。

我国通过现行标准，对各类建筑不同场所的LPD最大允许值实施了规定，并以强制性条文发布，且要求必须严格执行，设计过程基于照明节能的理念，应力求降低LPD值。

1.2 照明利用率

虽然LPD作为照明节能评价的唯一指标已在业内得到广泛认可并执行，但电能浪费的现象仍难以彻底杜绝，比如半夜无人出入的仓库、通道与地下车库等。LPD对于照明节能仅从功率密度上给予了规范，照明系统的用电量只有加入时间因素方可表征，故此提出了新概念——照明利用率。

将全部照明时间划分为有效与非有效照明时间两部分，其中有效照明时间为人们所需的刚性用电时间，非有效照明时间为柔性用电时间，该时段内，人们会降低或消除照明需求，此时如若照明功率仍为有效照明时间的标准，则必然性会形成巨大浪费。

照明利用率用λ表示，是指“有效照明用电量/全部照明用电量”的百分比，即为式（2）：

式中：T1、T2分别为有效与非有效照明时间，h；P1、P2分别为灯具在有效与非有效照明时间内的额定功率与需求功率，W。

λ是对照明系统节能空间大小的衡量，其值越小，说明电能在非有效时间内的浪费就越多，此时则需对该时段内采取措施，予以降低功率的消耗。

2 建筑电气照明的节能途径

2.1 降低照明功率密度值LPD

LPD作为我国现行评价照明节能标准的唯一指标，在建筑电气照明设计过程中，应确保照明质量的基础上将其尽可能地降低。光源光效、灯具效率与利用系数、照明场所减光系数与平均照度大小为影响LPD的主要因素，其中设计标准与规范对照度水平（Eav）给予了明确规定，那么LPD的降低则可从其他影响因素着手。

2.2 提高照明利用率

通过降低LPD值实现节能是从安装功率的角度出发，而系统的运行时间决定着电能消耗，因此减少设备运行时间、提升照明利用率为实现节能的有效途径。对于照明利用率的提升，在一定的灯具额定功率下的主要措施包括：

（1）对有效照明时间T1的合理控制并减小，例如对人工照明合理采用自然光进行补偿。

（2）将非有效照明时间T2内的设备需求功率P2予以降低，例如对灯光亮度与关停采用合适的控制方式进行调节，并对有效与非有效照明实施自动切换。

2.3 优化照明配电系统

电力传输过程中，其在传输导线上会形成有功功率与无功功率2种损耗形式，其中有功功率损耗主要表现为散热形式，无功功率损耗主要表现为导线周围交变电磁场的供给。对于民用建筑的低压配电线路而言，由于其拥有较短的输电线间距，线路的电阻值远大于电抗值，因此通常可将电抗作用忽略不计，有效功率损耗一般可由线路损耗代表，按式（3）计算：

式中：I为输电网电流，A；R为导线电阻，。ρ为导线电阻率，Ω·mm2/m；L为导线长度，m；S为导线截面积，mm2。

分析式（3）可知，电网电流与导线电阻为影响照明线路损耗的主因，而导线截面积、长度与电阻率共同决定了线路阻抗。通过提高平衡三相负载、限制谐波与功率因数，可使线路损耗因电网电流的有效减小而降低。

3 建筑电气照明的节能措施

3.1 选择高效光源与节能灯具

与普通灯具相比，节能灯具具有以下优势：①照明质量通常为普通灯具的1～3倍，照明效果明显；②高效节能，最高可达50%的节电率；③经济耐用，使用寿命通常为普通灯具的2倍以上；④光污染较小，紫光（或紫外线）反射率仅为5%，为普通灯具的1/8；⑤光衰较低，反射率的降低程度在其长期使用后不会大于8%。由此可见，现代建筑电气照明中使用节能灯具可表现出良好的节能效果。

一般情况下，电光源的光效愈高，使用寿命越长，其综合能效也就越高，能够获得更好的节能效果，常用光源的光效与有效寿命见表1。白炽灯、荧光灯以及白光LED灯通常都可用于室内照明，且25W白炽灯、5W紧凑型以及3W白光LED的亮度相当。将白炽灯换为白光LED灯、紧凑型荧光灯，可有效降低电能消耗。与紧凑型荧光等相比，尽管白光LED等前期的购置成本略高，但在整个使用寿命周期中能耗最低，花费最少，是普通建筑照明节能的首选光源。在筛选电光源的过程中，除了考虑灯具类型外，还需要充分考虑建筑内部环境的照明需求，如照度、色温、显色性等。例如，白光LED灯主要适用于家居照明、餐厅、旅馆等照明场所；高效直管荧光（三基色荧光灯）的综合能效较高，主要适用于室内空间较低的场所，如商场、普通办公室、会议室等；在民用建筑场所、工业产房、仓库、运动场等场所可使用高压钠灯。尽管高压钠灯的综合能效高、使用寿命长，但显色性相对较差，而大功率金属卤化灯则具备了较优的色温及显色指数，可作为高压钠灯的良好补充，在高大的建筑空间中具有较好的适用性。在普通的建筑中，若无特殊要求，应该尽量使用开敞式灯具及直接配光灯具。开敞式灯具由于无遮挡，所发出的光能较多，效率较高；直接配光灯具出射光通量可最大限度地落于工作面，效率高，也更为节能。为进一步提升灯具的效率，可在电光源外部加上适宜形状的反射灯罩。借助优质的反射灯罩，可提升光能的反射能力，从而降低灯罩对光能的吸收量。

表1 常用光源的光效与有效寿命比较

3.2 合理选用镇流器

传统镇流器在一般情况下拥有较大的功率，并且光的闪烁情况极为严重，因此，现代新型电子镇流器与节能电感镇流器已逐渐将其代替。例如采用电子镇流器的LED灯与36W的T8荧光灯的安装功率均可降低20%左右；若采用超低损耗的电感镇流器，其与传统的镇流器相比可降低安装功率89%，表现出十分优越的节能效果。与传统的镇流器相比，电子镇流器拥有启动电压低、温升小、无频闪等优势，但寿命短且可靠性与稳定性较差。由此可见，不同镇流器的差异明显，实际选择时，应综合考虑建筑环境，例如对于环境安静的图书馆与视觉要求较高的教室，应以电子镇流器为首选。

3.3 完善配电系统

由于铜芯导线具有较高的柔性与机械强度，并且允许弯度的半径小（即使反复弯折也不易断裂），因此输电导线的选择上，应以铜芯导线为首选。同时与铝芯导线相比，铜芯导线的耐腐蚀性与抗氧化性表现更优，且因阻燃性良好而安全性更高。就导线电阻率（单位Ω·mm2/m）来说，铝芯导线为0.0317，铜芯导线为0.0188，因此，相同截面的铜芯导线相比于铝芯导线，载流量会高出大约30%，在电流条件为相同的环境下，铜芯导线拥有更小的发热量（即损耗）与电压损失。布置输电线路的过程中，走线上应尽量避免线路迂回，并呈直线态实施布置；一般采用沿顶或沿吊顶的方式对常用灯具实施敷设，以此尽可能缩短供电线路的长度，从而降低线路损耗，实现线路节能；供电过程应尽量做到三相负荷平衡，确保电能输送稳定。

3.4 采用智能照明的控制系统

充分运用智能控制系统于建筑电气照明中，对光源（如开关与调光控制）实现人性化、科学化的控制效果。智能照明控制系统是在有机结合数字控制系统与网络技术后所形成的一种综合性系统，其中包含电压控制、时间控制、场景控制与传感器控制等多个模块，其在运用于建筑电气照明系统后，便可根据实际情况对场所照明实施合理有效地控制，并在有助于照明系统维护任务实施的同时，在一定程度上节约电能与成本。