民用建筑照明设计中节能技术的运用研究

王帅

北京市建筑设计研究院有限公司 北京 100045

引言

据统计，在全球电力消耗中照明用电在总发电量中占比超过20%，而建筑中节能照明也受到了世界各国高度关注，所以我国也需要在发展建筑经济的过程中融入节能环保意识，做好建筑照明节能设计，进而为我国建筑业可持续发展以及低碳经济发展作出贡献，以下进行相关分析。

1 建筑照明控制方式

对于建筑照明来说，其主要作用在于提升照明视觉质量以及延长灯具使用年限，进而满足不同使用条件，营造良好氛围，照明控制还能够提升照明系统的可靠性与稳定性。从照明控制方式来讲，主要经过了手动控制、自动控制以及智能控制3个阶段，其中自动控制主要应用声控、光控等技术进行设备控制，不过自动控制系统缺乏控制面板，实现场景预设存在较大难度，不利于实现网络化的监控与管理。相比之下，智能控制通过计算机技术自动控制技术、网络通信技术以及微电子技术能够自动进行信息采集以及逻辑分析，并对结果按照特定形式存储，由此营造不同的环境，最终全面提升照明质量[1]。

对于智能照明控制方式来说，主要是通过有线通信技术或者无线通信技术连接各类照明控制元件，并按照逻辑分析控制灯光，智能照明控制方式实现了实时监控和跟踪供电，并且能够调节亮度，由此达到保证照明效果和节能的目标。根据控制原理，把照明控制方式分成开环控制、闭环控制以及应急照明控制三种形式。

2 民用建筑电气节能设计原则

随着社会经济发展和人们生活水平提升，对电力资源的需求也在增加，而民用建筑运行过程中会消耗大量电能，如何提升电力资源利用效率成为民用建筑设计重点关注的问题，需要基于节能减排的思想，在保证电力资源正常供应的前提下优化传统电器设计方案，并且利用新材料、新技术，由此提升节能效果。当前民用建筑间的设计需要坚持如下原则：其一，保障民用建筑基本功能。在设计建筑电气节能系统过程中需要确保建筑的基本功能，全面分析照明的需求、温度调节以及卫生舒适性，确保能够满足应急照明、消防设备和消防电梯功能；其二，重视经济效益。在民用建筑电气设计过程中需要树立能源节约和降低成本的思想，积极利用新技术和新设备，紧密结合建筑实际情况，进而降低建筑设计成本；其三，降低电气系统损耗。受到技术或者设计等方面影响民用建筑运行期间会出现能耗较大情况，比如线路传输的线路损伤问题、变压器功率损耗问题，全面提升民用建筑的节能效果[2]。

3 民用建筑电气节能设计与运用

3.1 合理选择照明器具

建筑照明设计主要包括室外照明以及室内照明两大部分，而室内照明在近年来受到较多关注，良好的照明条件可以营造特定氛围，辅助建筑实现部分功能，而关键在于合理选择照明器具，实际选择过程中需要针对电光源、灯具和附件分析照明器具的相关技术指标。

3.1.1 电光源。选择电光源过程中需要综合分析光通量、光效、色温、显示指数、使用寿命，同时还要考虑电光源的经济性，整体上要以高光效、低运行成本的电光源为主。在节约电力资源的同时还能够避免生产、销售和运输带来额外的资源损耗。从建筑节能设计的角度讲需要对照明效果以及照明成本综合分析，制定节能效果好、投资回报快的方案。

3.1.2 灯具。从照明节能角度讲，所选择的灯具要保证流明利用率高、效率高，具体说来：从流明率角度讲，其直接体现灯具的性能，主要影响因素包括灯罩材料形状和应用灯具的方式相关。根据我国相关标准，要求灯具流明率在2000h内不低于78%，而国外先进水平已经达到90%以上。结合材料的光学特性原理需要在灯具反射面以及保护罩涂抹石英玻璃膜，并且在铝反射罩的表面进行阳极氧化处理，由此防止老化并提升反射能力，还可以在灯具上设置小的通气孔加入活性炭，能够减少灯具内部的尘土污染，通过该措施还能够提升灯具反射比[3]。

3.1.3 灯具附件。从照明节能角度讲主要是考虑附件的电器损耗值，通常将整流器作为分析重点，现阶段灯具镇流器包括普通电感镇流器、节能型电感镇流器以及电子镇流器，相比之下，节能型电感镇流器以及电子镇流器的功耗比更小、可靠性强、寿命长，不过价格偏高。

3.2 合理配置光源和灯具

照明设计过程中合理配置当然和工具也是重要手段，主要考虑以下方面内容：其一，采取相关措施提升减光系数以及灯具利用系数；其二，合理提供亮度对比；其三，为视觉作业提供舒适的照度；其四，调节色温进而满足显色效果；其五，控制照度均匀度；其六，合理进行灯具排污并且结合不同环境选择照明方法。整体来讲，需要做好以下工作。

3.2.1 利用照度计算原理配置光源。其一，提升减光系数。减光系数也称为维护系数，就是照明设备使用一定期限之后产生的平均照度和设备设置初期产生的照度之比，主要的方式是选择高通量的灯具，并且需要改善室内卫生情况，减少环境污染。此外，智能照明控制系统应用过程中需要结合灯具减光系数对灯具使用初期电能消耗量加以限制；其二，提升灯具利用系数。灯具利用系数和顶棚地板墙面反射比关系密切，并且增大室内指数RI也能增强灯具利用系数，在室内指数RI越大，并且房间高度矮的情况下光的利用系数更大，也更加节能，反射面能通过改变墙面饰面材料得到提升，选择合适的饰面材料以及施工工艺能够提升建筑物内部各表面反射水平，进一步营造良好的视觉舒适性，并且达到节能目标[4]。

3.2.2 提升照明质量。当平均照明以及功率密度相同时，不同的设计方案所呈现的照明效果也存在差异，所以需要分析照度、均匀度、色温、亮度对比，以此提升室内环境的舒适感，具体如下：其一，亮度对比。在实际设计过程中运用亮度对比有助于提升照明效果，比如在陈列室照明设计过程中关键在于降低背景亮度，而陈列物周边需要增强光照，由此吸引人们关注，并且降低房间功率密度；其二，照度和色温关系。根据相关分析发现，在相同主观感受下合理选择色温，使得对照度的要求也在下降，所以色温也成为照明节能设计重点考虑的问题。要想营造愉快的环境感受采用暖色光，也就是色温较高的光源，能够降低对照度的要求并达到节能目标。

3.3 科学选择灯具排布方式和照明方式

要想达到良好的照明效果需要科学进行灯具摆布，并选择合理的照明方式，主要措施如下。

3.3.1 灯具排布方式。灯具在房间均匀布置的过程中主要采取正方形、矩形以及菱形的布置方式，其中灯具的布置间距以及灯具的悬挂高度为设计重点，这也是影响照度均匀度的重要因素。为了提升照度均匀性，灯具安装间距不得超过所选灯具最大允许距离，灯具安装高度和工作面高度之差的比值越小代表照度均匀性更好，不过灯具数量多也会导致电耗加大，为了平衡照度均匀度以及节能的关系需要结合灯具类型加以分析，比如选择均匀漫射配光灯具，要求灯具和顶棚距离顶棚和工作面距离的比值在0.2～0.5，如果靠墙位置存在工作面灯具和墙的距离要在0.75m之内，如果靠墙位置不存在工作面灯具和墙的距离，需要根据灯具的布置间距加以设置。

3.3.2 照明方式的选择。其一，根据照明场所高度需求选择混合照明的方法进行亮度合理分布，少量电能用于一般照明，主要用在工作面旁边的布局照明，而较低功率消耗下为了满足照明需求一般设置在工作面旁边；其二，工作面分布密集的情况下需要选择单独的照明方式，也就是根据规范以及实际需求选择目标照度；其三，在整个室内工作面如果分布密集度存在差异并且能够显著增长工作区以及非工作区要采取分区一般照明的方法，并且在工作区选择较高的照度。此外，工作区和非工作区的照度之比超过3∶1，否则会导致人们视觉疲劳[5]。

4 民用建筑电气节能技术的运用

4.1 智能照明控制系统

该系统应用无线通信技术把各类照明控制元件相连接，然后通过逻辑分析对灯光控制智能照明控制系统，充分利用了天然光，由此提升照明功率因素，还便于进行照明管理，延长灯具使用年限，经分析智能照明控制系统节电率可达到20%～40%。智能控制系统选择模块化分布式结构，其中包括输入单元系统单元和输出单元，在复杂的智能照明控制系统当中还需要应用辅助单元以及系统软件[6]。

4.2 智能照明节能效果控制措施

照明控制策略是智能照明控制系统方案设计的目标，照明控制策略要保证艺术效果并且具有节能作用，通过预制时间表控制进行照明系统管理，并且带有时间表提醒作用，合理的策划下节能效果能够达到40%。在会议室、休息室、档案室等场所照明时间缺乏规律性，所以一般通过人体活动感应传感器实现节能目标，通过自然光控制策略能够让办公室照明节电达到17%，维持光通量控制能够让系统使用初期节约大量电能，作业调整控制以及平衡照明日复合控制也能够在室内照明应用中发挥良好效果。通过分析实际需求，合理选择节能型智能控制策略，不过实际应用过程中往往不局限于某种控制策略，也可以进行不同策略的组合。在普通办公室、餐厅、百货商场等场所当中可以采取可预知时间表控制策略，通过时钟控制器进行照明管理，能够达到良好的节能效果；再如会议室、档案室以及休息室等场所可采取不可预知时间表控制策略，通过人体活动感应传感器检测人体活动，并且进行光线亮度调节，不仅控制灵活还能够有效保证节能效果；再如大型办公楼当中可应用作业调整控制策略，通过局部调光面板以及无线遥控等措施，结合作业需求对局部照明针对性的调节，由此达到节能目标[7]。

4.3 智能照明控制系统设计原则和步骤

当前我国尚未出台智能照明控制系统设计规范，不过在《建筑照明设计规范》《智能建筑设计标准》以及《建筑照明防火规范》当中都明确提出了应急照明设计内容，要求设计人员严格遵守国家法规以及经济政策，进而提升设计的经济性与合理性。从智能照明控制系统项目设计步骤来看需要满足以下方面：其一，达到用户需求以及技术应用需求；其二，对节能控制策略合理选择；其三，明确照明回路的数量和配置。此外，对照明控制系统安装与调试[8-9]。

5 结束语

综上所述，民用建筑照明设计效果直接关系着建筑的节能性，在照明器具选择过程中以高光效电光源为主，分析灯具的流明利用率，电能质量会对照明质量，和电光源的使用寿命产生影响，所以在设计过程中要以节能型变压器为主，并且依靠高质量的智能照明控制系统。此外，建筑照明设计过程中需要科学选择灯具排布方式以及照明方式，并结合项目的复杂性应用照明设计软件，最终为人们营造更加舒适的照明环境。