建筑电气照明节能技术

王 晨

（山东新达工程设计有限公司，山东 潍坊 261000）

0 引言

在建筑行业发展过程中，不可避免地会出现资源浪费的情况。目前，环保理念已深入人心，建筑节能措施的应用可有效建设废物排放水平，减少能源消耗程度，因此可有效缓解能源消耗压力，进一步保护我国的生态环境，有助于社会的可持续发展。照明是满足人民群众日常生活的基本保障，照明系统作为建筑工程项目的核心系统，为了推动我国建筑行业的健康持续发展，缓解能源消耗所带来的压力，建筑电气照明设计过程中，需要重视照明设备的节能效果，在建筑工程项目中灵活应用电气照明节能技术，降低照明系统的能源消耗程度，对建筑电气照明系统的照明效果进行优化，在满足人民需求的前提下，优化资源应用模式，避免出现资源浪费的情况。

1 案例工程

1.1 工程概述

在我国私家车保有量急速增长的前提下，我国开始大面积修建地下停车场项目，与地面建筑项目相比，地下停车场是需要24h不间断地照明，电力能耗在能源消耗占比中接近35%。本次案例工程主要为某地区的公共地下车库，所采取的大底盘式建筑，建筑面积为251430m2，建筑内共有8个防火分区，而停车位数量一共有824个，隶属于大型的地下车库。案例工程设计有12个采光创口，4个地下车库出口。该文只对大面积停车位以及行车道的照明节能措施进行分析。

1.2 地下车库的照明设计

根据《建筑照明设计标准》（GB50034—2013）以及案例的具体使用情况来看，人民群众对行车道的照度要求相对较高，对停车位的照度要求并不高，因此地下车库照度标准见表1。

表1 地下车库的照明标准

2 建筑电气照明节能设计

2.1 合理选择电光源

2.1.1 电光源参数角度

案例建筑在选择光源的过程中，主要是以荧光灯、节能灯以及汞灯为主，遵循建筑电气照明系统光效高的标准，选择T8普通荧光灯、T5普通荧光灯以及LED日光灯作为主要的电光源，技术参数比较见表2。

表2 电光源参数比较

从电光源光效角度来看，T5普通荧光灯以及LED日光灯管的光效最佳；从色温角度来看，LED日光灯的色温为60000K，可有效提升人们的视觉舒适感，同时也能有效提升人们的能见度，因此LED日光灯选择最佳。

2.1.2 电光源的经济性

2.1.2.1 从终端用户的使用需求角度出发

电光源在具体应用环节，设计人员不仅需要有效节约电光源的电力资源消耗量，同时也要尽可能地延长电光源使用寿命，通过减少电光源的更换次数来减少后期投入水平。电光源的综合能效主要是由光效以及使用寿命的乘积进行评价，如公式（1）所示。

式中：ηzh为电光源综合能效，lm·kh/W；ηl为电光源光效，lm/W，T为电光源使用寿命，h。

从电光源综合能效来看T5普通荧光灯的光源综合能效为780lm·kh/W，T8普通荧光灯的综合能效为1365lm·kh/W，而LED日光灯的综合能效则达到6300lm·kh/W，LED日光灯的综合能效为三种电光源中最高的，因此最佳选择为LED日光灯。

2.1.2.2 从建筑工程的造价成本出发

高光效以及寿命长的光源在实际应用过程中具备能源利用效率相对较高的特征，但是此类光源的工程造价成本也相对较高，为此需要对光源应用的经济性进行综合性评价极为重要。现阶段建筑工程所采取的评价指标为单位照明成本。单位照明成本如公式（2）所示。

式中：U为光源单位照明成本，元/kh·lm；φ代表的是光源的光通量，lm；CL代表的是电光源的价格，元；TL代表的是电光源的寿命，kh；P为每个电光源的功率，W；R为电价，元/kh·W。

从经济性角度来看，LED日光灯的造价成本相对较高，为了确保选择的精准性，从单位照明成本计算的方法对比，在商业用电1.2元/kW·h进行计算，T5普通荧光灯的照明成本0.013元/kh·lm，T8普通荧光灯的照明成本0.018元/kh·lm，而LED日光灯的照明成本0.010元/kh·lm，因此最佳选择为LED日光灯。

综上所述，LED日光灯能采用光效在105lm/W以上的芯片，同时也采用高效的驱动电源，可利用互联网平台实现智能化控制，最大程度地减少日光灯的电亮时间，最大程度避免光衰减，有效延长电光源的寿命。案例工程所选择的电光源为日光灯。

2.2 光源与灯具的配置

案例建筑在进行电气照明规范设计期间，在综合考虑国家标准以及针对性标准原则后，将案例建筑的行车道照度值设定为75lx，停车位的照度值50lx，行车道的功率密度目标值为2.5W/m2，停车位的功率密度目标值为2W/m2。

开展案例建筑平面布置方案设计中，均采用双管日光灯，案例工程内行车道灯具间距需要控制在3.3m以内，工作人员需要根据车库的实际情况布置情况对行车道间距进行适当调整，地下车库内的特殊区域，则是将灯具距离控制在3m~3.5m，同时也要每隔3个停车位布置2盏灯具。此外，为了提升灯具的利用系数，顶棚的反射比需要控制在0.7~0.8，可选用反射系数为0.75的白水泥作为饰面材料，墙面的反射比需要控制在0.5~0.7，可选择反射系数为0.58的胶合板作为饰面材料，而地面的反射比需要控制在0.2~0.4，可选择反射系数为0.2的混凝土地面作为饰面材料。

2.3 智能照明控制系统设计

2.3.1 控制方案

案例建筑为地下车库，在照明系统在使用过程中不可避免地会出现管理缺位的情况，导致车辆行驶至地下车库时出现电气照明系统照度达不到标准现象，同时也会存在灯具开启过量偏多消耗大量的电力资源的情况。针对该情况，需要设计智能照明控制系统，为地下车库内行驶的车辆指引出具体、准确的行车方向，在确保地下车库行驶车辆出入地下车库安全性的前提下，有效减少电力能源消耗。为此，工作人员需要按照案例建筑区域功能的差异性开展智能分组控制活动，设计人员可将案例工程车库细化分解为16个控制区域，与此同时，也要利用7个智能照明控制箱来进行照明控制活动。智能照明控制的设计方案如下。1）在行驶车辆或是行人进入地下车库后，智能照明控制系统可利用联网红外感应器进行信号采集工作，通过搜集到的信号来点亮行车道上的灯具，在节约电力资源的前提下，为车辆以及行人提供良好的照明效果，最大程度地确保行驶车辆与行人的安全性。智能照明控制系统中的联网红外感应器在检测到车辆以及行人进入停车位后，智能照明控制系统就需要点亮停车位区域的灯具。2）在相关人员离开停车位时，停车位的灯具采用延时熄灭的方法，在相关人员完全离开后，行车道的灯具则需要转变成为节能模式。行车道的灯具的照明控制系统需要严格遵循间隔两个亮一个、循环点亮的亮灯原则，在节能模式实施过程中，需要确保在无车辆、无行人的情况，地下车库的行车道仍具备照明功能，有效减少灯具的使用时间与寿命，降低地下车库照明系统的耗电程度。3）在不同时间段以及特殊情况下，地下车库需要重新设置灯具点亮方式、照度值、红外感应器灵敏度以及延时时间。4）智能照明控制系统的可辅助安全监控活动开展，案例建筑内预设用220个红外感应器，借助灯光辅助电视监控系统录制影像信息，全面提升地下车库的安全防范水平。

2.3.2 控制系统设计

案例工程所应用的智能照明控制系统，是利用无限通信技术将控制系统中各种类型的照明控制元件连接。地下车库智能照明控制系统设计过程中，可设计利用天然光线进行照明的功能，减少地下车库内电力资源的浪费，通过集中化的控制管理系统开展照明管理工作，进一步延长地下车库的建筑内照明灯具的使用周期，减少智能照明控制系统的系统维护成本。智能控制系统所采取的模块化分布式结构，主要是由输入单元、系统单元以及输出单元构成，控制系统的一般结构如图1所示。

图1 智能照明控制系统结构

2.4 利用天然光方案

案例建筑为了能够充分利用天然光资源，可将太阳能光伏发电技术应用至地下车库中，利用太阳能资源为照明系统来供电，同时也要引入市电。案例建筑的天然光利用方案设计中，装机容量为19.023kW·h，蓄电池为4200Ah，在引入市电后，将太阳能光伏系统作为地下车库电源之一，不仅可确保智能照明系统供电的稳定性，同时也能达到节能的设计目的。案例建筑的前期投资金额约为35.4万元，投资金额预算在设计委托方的可接受范围内。最终设计的方案结构如图2所示，采用放射式与树干式相结合的混合配电方式，其中7套光伏照电控制柜以及7套智能控制柜分别设置在负荷中心，输出电源直流为24V，照明灯具设置为305盏，设计的联网感应器共计220个。

图2 太阳能光伏照明系统结构图

案例建筑的地上建筑除了住宅楼之外，也会敷设道路、种植绿化等，案例建筑的采光天窗设计安装在绿化带下方。车库天窗的使用不仅响应了节能减排号召，同时也彰显出以人为本的设计理念，在车辆与行人进出地下空间时，更加具备通透性以及安全性。

2.5 节能与经济性分析

地下车库所采取的照明方法为太阳能发电系统与LED智能照明系统相结合的照明方法。地下车库在建筑使用完成后，在三盏灯全部点亮后所测得的行车道照度达到97lx，相较于传统照明系统而言可有效节约电力能源的消耗。借助智能照明控制系统可有效延长照明灯具的使用寿命，节约地下车库后期的维护成本。

案例工程所设计的功率密度为0.8W/m2，所设计的功率为7.3kW，年耗电量为63984kW·h，预期系统造价为元，消耗的电费为万元。投资回收期如公式（3）所示。

式中：T为投资回本期，单位用年表示；F1为使用照明灯具1的成本以及安装维护费用，单位用元表示；F2为使用照明灯具2的成本以及安装维护费用，单位用元表示；Ds为用户端年节电亮，单位用kW·h表示，M为电价，单位用元/kW·h表示。

根据投资回收期公式计算得出，案例建筑的投资回报期为3.3年，每年需要节省8万元。

在对建筑电气照明节能应用研究中，案例建筑是以地下车库为研究项目。在电气照明节能方案设计过程中，首先从寿命、色温以及光效等方面进行电光源比较，在综合能效值、单位照明成本综合比较下，LED日光灯的节能效果以及经济性极佳。将智能控制系统应用至电气照明系统中，可降低建筑工程项目照明系统的电力资源耗费程度，在太阳能光伏发电系统与市电充分结合的背景下，让智能照明系统从电力能源来源方面达成节能目标，帮助案例建筑节省大量的电费成本。对案例工程电气照明节能方案经济性分析了解到，每年可节电98942kW·h，投资回本期则是年，节能技术的应用有极高的适用性以及节能性。

3 结语

现如今，我国正朝着可持续、生态化的方向发展转变，建筑节能作为可持续发展战略实施的重要组成，建筑节能的合理化设计可全面提升人民群众的生活质量以及幸福指数，为人民群众创造健康优良的生活空间。同时建筑节能设计可大大减少能源消耗水平，提升可再生能源的开发深度，有效降低人民群众的生活成本，推动建筑事业的进一步发展。为了积极响应营建生态建筑的号召，在照明系统设计过程中遵循节能设计理念，不断优化建筑工程内照明灯具布局，全面提升建筑电气照明的节能成效，为我国生态建筑的打造奠定基础。