建筑夜景照明电气节能设计优化

李增勇，萧倩美，何秀娟

（广东朗杰光源有限公司，广东中山 528400）

0 引言

城市化发展离不开各行业的配合，近几年人们开始关注城市夜景照明工程，夜幕降临后的城市景观深深吸引人们观赏，城市夜景照明不仅是城市风貌特征的重要体现，也是展现城市形象的手段和平台。但是其实现却需要合理的施工设计和较强的施工技术对其进行支持。在对其展开施工设计的过程中，首先需要以道路照明为主，促进建筑泛光，实现点、线、面等综合夜景观的实现，并促进整个照明系统的智能化管理，具体工作内容需要从3 个方面入手：首先，需要将城市的历史文化进行凸显，在进行城市建设的过程中，需要设计人员能够将历史文化作为建设的基本素材，促进夜景照明的实现，从而实现夜景将文化底蕴进行传承的同时，能够有效突出现代化设计理念；其次，要将滨水景观进行突出，将水岸体系结构进行应用，将其优势进行充分利用，促进主题景观照明和绿化景观照明的有效实现；最后，需要将时代特征进行体现，将我国工业发展现状进行准确的表现，将经济蓬勃向上的气势进行突出［1－4］。在工程项目进行具体实施的过程中，对应的电气工程会表现出一定的积极作用，其对工程的施工进度、工程投资效果和实施安全性、可实施性等起到重要影响作用。但是这一施工过程还需要各项工作能够进行协调配合，促进夜景照明工程的有效性。因此如何协调好各项工作，实现竣工现场零事故，保证工程顺利进行就成了电气工作人员应当深入研究的课题［5－6］。

1 城市夜景照明工程的设计原则

1.1 统一性

统一性是指城市照明系统应该从整体进行设计和安装，实现对市区内绝大部分建筑体的覆盖，确保整体照明系统看起来更加和谐且具有设计美感，根据城市特点设计出主题的照明色彩和风格。将各个区域的照明系统协调、统一起来，增强照明系统的统一性［7－8］。

1.2 美观性

美观性是指照明系统要根据本地文化特色选择恰当的灯光颜色，设计出符合城市特点的灯带形状，在呈现美观的同时还能够展现出城市的文化内涵。此外，可以根据当地的建筑特性，用灯带构建出能够展现出建筑特色的形状，增强照明系统的美观性。

1.3 节能性

在打造城市照明系统的过程中，要始终将节能放在重要的地位予以考虑，在美化城市的同时还能够达到环保标准的要求。要着重分析哪些部分可能面临较为严重的能量损耗，对其采取节能措施予以改善，对照明方案进行优化升级，实现对资源的高效利用。当前照明技术和制造工艺不断推陈出新，利用各种应用软件能够极大地提升作业的效率，节约了人力资源的投入力度，也是节能原则的重要体现。

1.4 创新性

不同于以往的照明系统，当前的照明系统融入了大量的先进技术和高端的制造工艺，城市照明系统不再只是体现在“照明” 的用途上，根据整个照明系统的联动，可以实现多种图案、灯光的变换、组合、3D视图呈现等功能，极具创新性，给城市的夜晚增添了活力和无穷的魅力。

2 城市建筑夜景照明电气节能设计

2.1 合理选择夜景照明控制方式

现阶段，夜景照明的控制方式主要有3 种：（1）手动控制，其包含有两种类型，即在配电箱中以开关实现控制、安装交流接触器实现控制，以此能够对夜景照明系统进行控制；（2）智能控制，此种控制方式是基于软件、硬件的合理控制而进行的，高度集成了地理信息系统、通信网络和计算机控制系统等技术，能够实现对照明系统的远程化、智能化控制；（3）自动控制，通常而言，是在常规控制系统上加装时间继电器而实现的。此外，Yus 系统控制也是常选择的方式之一。夜景照明的发展趋势将聚焦于智能控制方面，原因在于其能够产生较为显著的社会和经济效益。当夜景照明系统因为不特定原因导致无法正常运作时，智能控制系统能够帮助检修人员快速确定故障部分，找出故障发生的深层次原因，采取针对性的维修方案，大大提高了检修效率；而且还能够根据需求对照明时间、模式进行自主设定；智能控制并不是单一的控制模式，而是由时间控制、光度控制相结合的综合性控制方式，能够根据季节的变换、气候的变换对照明亮度进行设定，使夜景照明更具美观性。

2.2 优化电能计量方式

电能计量是否客观、准确，将会在很大程度上影响到双方的经济利益。故而，应当选择电能计量管理信息系统来对电能进行计量管理。其凸出的优势在于能够实现对照明电能表和人员信息的智能化管理；此外，还能够实现对电能表的在线监测，保障电能表的正常运行。不同的系统用户被赋予了不同的使用权限，能够保障系统使用的安全性。在系统内还可以实现对以往报表的查询、浏览和统计工作，计量人员可以根据自身需求去收集系统存储的各类信息。每个电能计量表都附带粘贴有一种条形码，通过此码能够在线查看仪表所处的运行状态；此外，用户还可以按照各个功能模块对应的功能，实现对各类信息的添加、删除、修改、浏览等操作。

2.3 合理规划并设置配电箱位置

配电箱的安装位置也能够显著地影响到照明系统的节能。本文以金鹰商厦进行分析，按照甲方意愿，在楼顶安装了配电箱，但这将增加150 m的干线。如果夜景照明为每晚6 h，则每天的耗电量将增加6 kW·h。在实际运行中，由于两侧建筑物较多，夜景照明时间每天将超过6 h，这意味着建筑物每年将多耗电2190 kW·h。以这次用电案例为例，配电箱安装不当导致了电力资源的严重浪费，亟需改善。

2.4 城市建筑夜景照明电气设计优化

供配电设计进行完之后，为了进一步削减电能因线路阻抗所产生的消耗，首先需要完善配电箱的设计区域，再采取下列措施来降低线路所具有的阻抗：（1）导线长度越长，通常线路对应的阻抗也就越大，故而需要合理设定供电距离；（2）导线电阻率越高，阻抗也就越大，故而应当合理选择线路的材质，一般选取铜线较为适宜；（3）横截面积越小，导线阻抗就越大，因此可以选取横截面积较为适当的导线进行电能的传输，降低电能的损耗［9－10］。

3 城市夜景照明工程中电气设计节能方法

3.1 设计要求和内容

当前，国内的城市照明系统设计多存在着实际使用效果较差或是实现困难的问题，这使得这一行业的发展受到了极大的限制。在设计城市夜景照明工程项目的过程中，要始终秉持着以人为本的核心发展理念，并且需要切实思考节能相关的需求，将环境友好的设计理念融入到系统的电源、配电、控制、照明和保护等装置的设计方案之中。要从保障照明效果的根本目的出发，进一步提升设计所采用的照明方案的能源利用效率，有效地保障其能源供给的稳定。促使所设计的系统能够在不同的场景中发挥出切实有效的控制成效，确保其在运行的过程中保持长期稳定与安全，推进城市照明系统的高质量发展［11］。

3.2 设计流程

（1）概念设计

要实现较为科学的概念设计，就需要在前期就做好相关环境信息的调查工作，确保对于项目所在地区的地形与人文风俗有着深入的了解，并将这些信息数据运用到具体的设计实践之中，促使所形成的方案能够更加适合现实所需［12］。首先，要通过调查周边居民的生活习惯以及相应的照明诉求，从而确定设计所需要达到的照明亮度要求。并通过良好的互动沟通确定业主对于照明系统的迫切需求，进而促使所设计的方案效果与之需求相适应。其次，要对当地的文化风俗有深入的认识，经由城市管理部门的协调从而深入的搜集当地的文化信息，结合当地居民的喜好设计出具有着独特区域风格的方案。当完成上述步骤后，绘制平逆剖面图与构造大样，尤其是要细致地展示其中的细碎要素。通过汇总多个设计师的设计方案，通过比较分析从而确定各个方案间的优劣，再充分地考虑当地居民的文娱需求，融入更多个性化的元素从而得到几个具备一定可行性的设计方案，并由业主进行核定并反馈改进意见。

（2）方案设计

这一步主要是对于上一步骤所形成的原始方案进行细化，对于照明的方式、标准、产品及其损耗进行设计，确定其主要采用的控制方式，并且采用云计算等信息化技术完成工程概算。

（3）施工图设计

该步骤主要是对于上一步细化的设计方案进行内容上的充实，其主要是对设计内容进一步细化，并绘制多种施工所需的设计图纸，如电气控制图、管线走向图与灯具布置图，并且所绘制的图纸需要确保能够清晰地显示各类信息，以满足施工所需，并要对继电器的制造材料进行敲定。

（4）施工阶段

首先要敲定项目的配合方案，并将设计工作进行妥善的交接，确定设计方案的具体执行方向，要明确照明建筑施工所需要确定其具体的合作内容并针对现实实际进行相应的调整，从而使设计构想得到充分的实现。

（5）后期检查

该步骤主要是对于施工后的设施的效果进行检验，对于其灯具的照射方向进行相应设为调整，使得其照明效果达到最佳。并且需要在最终确定其效果后，绘制竣工图并进行备案，以满足于后期的维护所需［6］。

3.3 确定配电箱位置

配电箱的安置一般是采取居中原则，通过分析确定系统运行时的负荷中心，从而将配电箱安置于该位置。要对所需的管线的长度进行精准的计量，从而确保所使用的管线量为最少，也能尽可能地降低其电量输送过程中所产生的损耗。一般而言，是从线路损耗与照明损耗两个角度对实际运行中的电量损耗进行考量的。

首先需要对照明负载与自身损耗进行准确的计算，这两者的和即为有功功率损耗。该步的计算公式为：OP＝3IR×10～（kW）。其中的I与R分别为电路的实际电流值与电阻值。对于系统运行中所存在的电能损耗问题，要首先对于其电流进行控制，将照明系统中的每个工程进行独立地计算，经过配电设计从而确定其所需的电流。要准确地计算线路阻抗，公式为R＝ρL／ S。由此可见线路阻抗是受到导线电阻率的直接影响，因此需要采用具备较低电阻率的电导线材料从而降低其阻抗。经过资料的查询可知，铜材料相较于铝材料而言，其所制造得到的导线的电阻率更低，因此采用铜线进行配电将能够极大地降低电能的损耗。其次，要考量配电箱位置将供电线路进行缩短，尤其是对于回供问题进行重点考虑以防止其产生。最后则是要对电导线的截面积进行控制，要采用具备更大截面积的电导线从而降低其阻值，有效地增大器载流量从而提升其热稳定性，降低电压损失的问题。此外，为了确保供电设备的安全问题，可以在成本允许的情况下采用截面积大一级的电线，从而提升系统运行的长期稳定。

3.4 合理设置三相线负荷的分配方式

由于城市夜景照明系统采用的是三相线分配的形式对其负荷进行分配，因此其分配方式也会对其电能的消耗产生较大的影响。一般而言，要控制其极值相负荷电流在均值的85%～115%内。若是三相电路中的电压偏差性有所增加，会导致其产生一定的均衡问题，从而可能大大地增加其线路损耗，进而使得系统的能源消耗处于一个较高的水平。基于公式β＝（Imax－

Iep）／ Iep×100%对配电箱的负荷分配均衡值进行确定。为了确定其具体的不均衡情况，可以将三相电路实际会产生的最大电流及其均值带入计算，最后可以得到其不均衡度。当三相电路中的各个电路负荷不够均衡时，就会促使β 有较大的提升，会表现出系统的能源消耗大大增加，极大地拖累了系统的实际运行的效率。不均衡的负荷会促使线路中的电流大大增加，促使其线路损耗也随之大大增加。因此，就需要根据实际情况对于配电箱的负荷进行准确的计算，并参照其最大相从而确定具体的设计方案，尽可能地提升能源的利用效率。

3.5 照明控制方式

城市夜景照明系统要实现智能化的照明控制，需在特殊的节日、天气以及紧急情况下采用不同的控制策略，从而实现差异化的照明效果。一般而言，照明控制主要分为手动控制、自动控制与智能控制这几种，并且要对其具体的工作范围进行限定，从而有效地提升照明系统的工作效率。采取智能化的照明控制策略，针对特定的场景采取特定的开灯模式，能够极大地提升照明系统的各个模块的使用寿命，进而促使使用成本得到有效地降低。

（1）智能控制系统功能

智能控制部分主要是采取自动化与信息化技术，有效地利用其多个部分的系统功能，通过软硬件集成提升控制系统的智能化控制水平。通过GIS、通信网络与控制中心实现“三遥”功能。其中控制中心为智能控制系统的核心中枢，其一般安置在城市综合管理中心之中，能够联合城市多个管理部门进行综合管理与控制。基于无线传输技术将RTU 的现场数据讯息传输至控制中心，并由中心做出控制决策。在软件方面，采用回路控制对开关方式进行调控，从而对现场终端的运行模式进行控制与修改。此外，还集成有充足的传感器，能够对现场终端的运行状况进行持续监测，并且能够及时地反馈故障信息，作出调度决策，确保设备能够及时地恢复正常，保持系统运行的稳定安全。

（2）系统效益分析

系统效益分析部分主要是采取智能集中的方式，确保终端所集成的自动控制系统能够做出准确的开闭决策。并且其应当可以自动监测自身运行状况，及时发现故障问题并进行上报，以引导维护人员对其进行高效率的修复，提升灯具的使用效能，保持城市照明系统的稳定运行。并且基于该种自动化控制功能，能够极大地降低照明系统运行时所需要的人力，有效地降低了使用的成本。并且由于该控制模块集成了多种控制方式，进一步提升了其控制的效率，降低了控制资源的占用。

3.6 计量电能

在电气化蓬勃发展的当下，感控电能水平能够反映出一个国家的技术水平。因此，在计量电能的过程中要紧跟当下的电力系统变革步伐。要进一步细化电能计量的经济指标，对于发电过程中的煤耗与线损进行准确的计量，并且对于用电峰谷期的用电量变化进行考量，通过采取措施进行用电引导，从而缩小其波动情况。进一步推进分时计电的措施，调控不同时段的用电量，提升资源的有效利用率。

4 结束语

综上所述，从设计构想着手进行城市夜景照明系统的节能改良，遵从于国家法律规范进行设计方案的构建，通过广泛搜集居民现实需求与环境风俗影响，对原有构想进行充分完善，形成有助于城市现代化发展的设计方案。积极采用新型技术与工艺，确保设计方案得到较好的实现。这需要从业者有着精湛的设计能力，施工人员有着较高的技术水平，能够采用信息技术手段对照明情况进行分析，确定各类型灯具的照明效果，以达到最佳的灯具使用效果；进一步推动整个建筑业的可持续发展。