建筑电气照明系统节能设计研究

林赐文

（福建省九龙建筑设计有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

近年来，绿色建筑理念在我国不断推广，对建筑工程建设、使用中的资源与能源消耗提出了更高的控制要求。电气照明系统为建筑内部提供光源，在长期使用中消耗大量电能。建筑使用中电气照明系统的能源节约，主要通过合理的设计方案实现。因此，建筑电气施工设计方案需要关注照明节能的指标要求，通过科学选材、优化布局等方式降低建筑能源消耗，增强社会发展的可持续性。

1 建筑电气照明系统能耗影响因素分析

建筑电气照明系统能耗的影响具有多因特征，需综合考虑硬件、控制方式、环境利用等要点。首先，电气照明系统的光源是能源消耗的主要构件，不同类型光源的额定功率、光效、色温、综合能耗等指标存在较大差异。建筑空间因用途差异对相关指标的设计要求也有所不同，因而光源与空间照明需求的适配性决定了对照度的利率效率，进而影响到能耗利用率。其次，随着技术进步电气照明系统的控制方法日趋多样化。应用场景的需求区别对控制方法有各异要求，合理的控制方法可降低无效照明时间，起到降低能耗的效果。

另外，在相同光源条件下，照明系统的布局设计会影响其实际照度。另外，对室型指数、墙面反射等客观条件的参考也将影响照度。因而除选择合适光源与控制方式外，充分利用环境科学布局光源可在使用更少能源的情况下实现相同的照度，进而间接节约成本。

由此可见，建筑电气照明系统设计需充分考虑环境条件与照明需求。并选择合适的光源硬件、控制方法，通过科学计算在满足使用需求的前提下实现低耗能系统设计。

2 工程概况

案例项目位于福建省漳州市，由一栋商业楼及附属地下车库构成，总建筑面积约为7700 m2。商业楼为地上5 层建筑，是集购物餐饮、休闲娱乐为一体的商业综合体。地下车库为1 层，在东、南两侧市政道路设有进出口。该项目设计中无市内自然照明，商业楼与地下车库均采用电气照明系统。项目电气照明系统设计以《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)为基础。在满足设计标准要求的前提下，以多方案对比的形式逐步形成照明系统节能设计方案，并考虑对实际环境的科学利用，以达到节能减排的绿色建筑建设目标。

3 建筑电气照明系统节能设计

该项目在光源节能设计中采取了多方案对比选择模式。结合项目实际需求，分析各类常见光源的性能及节能效果。通过选定光源产品类型形成差异化的设计方案。设计单位充分考虑了电气照明系统在长期使用中采购成本与使用成本之间的矛盾。通过成本计算确定最终方案，并对初步设计方案以照度计算实现细节优化，从而达成科学合理的节能设计目标。

3.1 光源硬件对比

该项目对目前建筑电气照明系统的常用光源性能进行分类比对。由于该工程设计用途广泛，且综合体与地下车库的环境、照度要求有所差异。因此，选取荧光灯、白炽灯、LED 灯及高压钠灯作为设计参考光源硬件，对上述光源的特征对比如表1所示：

表1：电气照明常用光源硬件特征对比

启动耗时 1-2S 瞬时 瞬时 5-7min ?

通过比较上述光源影响主要指标可以看出，荧光灯的色温范围较大，相对于LED 等能耗平均值适中，光效相对较高。常见的荧光灯分为直管、环管等，差异化的形状结构适合于商业楼内多变的环境要求。因而将其列入设计材料备选方案中。LED 灯作为近年来较为常见的节能照明系统光源，是紧凑荧光灯的有效代替品，同样具有较高的光效比。但是相对于荧光灯+镇流器的组合，白光LED 等由于技术较为复杂，在采购成本方面存在一定劣势。因此，对两类终端设备的最终选择需经过成本计算后确定。

3.2 控制系统设计

电气照明系统控制开关的区别主要在感应方式上，目前常见的方式包括红外与微波两类。红外系统的节能优势在于可以串联照明回路，有效降低设计功耗，且起控照度可根据场景需求在较大余度内自由设定。微波系统的节能优势在于可智能识别自然光，感应人体或物品的移动，并且可根据实际需求调整系统的感应时间与延时时长。该项目根据场景对照明的需求，在商业楼与地下车库分别应用上述系统。红外感应主要用于地下车库、消防通道内日常人流较少的区域。而红外系统则应用于需提供长期稳定照明的场景。通过差异化设计方案，可有效降低系统能耗。

通讯系统是照明控制的组成部分，目前以无线传输技术为主。该项目设计阶段分别对WIFI、蓝牙、ZigBee 三项技术进行对比。WIFI 的优势在于多端口控制，可以利用移动终端随时调节。但是，考虑到该项目为商业地产，电气照明的用途与要求相对固定，因而优势不明显。且该项目剪力墙、隔断墙较为密集，也影响了信号传输效率。蓝牙传输距离一般不超过15m，过多的传输节点将增加建设成本。ZigBee 适合于在低能耗设备间进行传输，且传输距离稳定在150m 以上，因而最终被该设计方案所采用。另外，该项目还选用了以CC2530 作为片上系统解决方案以搭建智能控制系统，其控制采集结构如图1所示：

图1：控制采集中心结构示意图

以上述方式建立的智能控制系统，可根据预先设定的环境感应条件给出照明反馈，实现对能源的高效利用。

3.3 方案成本计算

该项目拟采购的荧光灯为飞利浦品牌某常见型号，灯光功率为28W、镇流器功率为4W。根据设计方案统计单管灯为202 支、双管灯为89 支。商城应用时间为每天10:00 至22:00，由于商城营业期间需要维持市内照明，因此其用电量按照每日12 小时计算，该设计方案每年用电量预估为：

[202+（89×2）]（支）×32W×12h÷1000W/KW×365 天=53260.80 度/年

按照福建省当地商业用电约1 元/度的实际价格计算，采取此方案预计每年产生电费约5 万元。随后，按照LED 灯设计方案计算年用电费用。该项目选用的LED灯为雷士电子品牌功率为21W 的某产品，相关数据显示该款产品使用寿命在30000h 以上。以该光源为基础的设计方案计划使用共220 支，该方案每年用电量预估为：

220（支）×21W×12h÷1000W/KW×365 天=20235.60 度/年

按照该款LED 等使用寿命3年计算两套方案的电费消耗成本差额为：

（53260.8 元-20235.6 元）×3年=99075.6 元

经设计单位对比两类光源的市场采购价格发现，LED 灯设计的光源采购成本较荧光灯设计采购成本高出约30 元，使用LED 灯另外需要配套的终端价格为220元/台，计入增加的安装工时费后，LED 灯总成本支出高出约44000 元。安装设计使用3年寿命计算，LED 等设计方案可节省直接成本超过45000 元，并增强建筑使用中的减排环保公益价值。

4 照度设计优化

该项目为增强光源点位设计的合理性，采取平均照度计算等方法对设计方案进行细节优化。平均照度计算主要分为灯具利用系数、室形指数、空间系数等二级指标演算构成对现行设计方案的量化评价结果。灯具利用系数的计算较为简单，依照施工设计图与选定光源产品参数，计算光源至工作面的光通量。再将其除以该产品的额定总通光量，即为利用系数，此系数越大，说明设计方案的光源利用率约好。在符合设计规范的前提下，可通过利用系数调整设计布局，以减少不必要的灯具用量，从而降低系统能耗。室形指数和空间指数的计算需要结合设计图测得顶棚、光源、地板各自高程，采用规定的计算方式导入参数计算即可。设计中应当分别参考顶棚、地板及墙面的有效反射比，从而使方案更加接近实际情况，提高设计光源的利用效率。

实践中，可应用优化设计软件进一步改善设计方案。该项目选用松下的MaTLP5 系统，依照工程设计方案分别输入各空间的高度、进深、光源等参数，由系统自动计算得出优化结果，所形成的优化设计方案如图2所示：

地下车库受到客观因素影响存在多处避光区，该项目所应用的软件尚无法反应此问题。因而需要通过人工计算得出灯具数量调整与布置方案。另外，照明系统节能设计也应当考虑项目使用变化情况。例如，该项目地处新城区，竣工1年左右为辐射区内居住社区的交钥高峰期，客流量的变化将对地下车库使用率产生影响。因而宜采取分区设计的方式，便于项目物业后期根据需求灵活调节照明系统的使用。

5 结语

综上所述，建筑电气照明系统的节能设计需要从多方面着手。在设计前应开展工程总设计图勘察，加强与业主沟通以掌握建筑使用期间的相关信息。在充分了解环境因素的基础上，以分区设计的方式合理选配光源与控制系统。注意对优化参数、使用成本的计算，以提升照明系统的节能成效。

图2：地下二层停车场光源布置方案优化示意图