建筑工程中建筑照明电气节能设计的应用

2023-01-04李洪旭

光源与照明 2022年1期

关键词：照度灯具光照

李洪旭

北京顺捷兴宏工程设计咨询有限公司，北京 100071

0 引言

在现代建筑的照明系统中，节能设计起着十分重要的作用。一方面，可以有效减少建筑在运营、使用过程中的成本支出；另一方面，可以精准、合理地分配建筑能源，为保障建筑照明的舒适度、提供更高水平的服务作出积极贡献。

1 建筑工程中照明电气节能设计的原则

1.1 实用性

建筑工程中照明电气节能设计的基础是满足建筑基本的使用需求，在不影响建筑照明品质及用电安全的前提下，展开系统优化设计，使其能够发挥良好的节能效应，并提升建筑的使用价值。建筑工程照明电气的节能设计需要充分平衡建筑物使用过程中的照明需求、用电安全和节能设计，从而提升节能设计的可靠程度[1]。同时，由于不同建筑的节能、照明需求有较大区别，在设计过程中，需要根据建筑的不同功能，合理地调整区域照度、照明舒适度等。例如，商用、办公用建筑需要良好的照明环境，可以采用局部照明的方式，在人流量较集中的区域进行集中照明，提升该区域的照明舒适度；在居住用建筑可以适当减少照明的亮度，并根据居住环境使用更加科学的照明方式，提升居住环境的舒适度；在公共建筑的照明系统中，使用需求不同，采用的照明方式也不同，如图书馆需要采用更加柔和的照明方式，而办证大厅需要更加明亮、宽敞的照明空间。

1.2 合理性

不同的建筑工程的空间结构、自然采光率、环境有较大的区别，对照明的需求也不同，为了取得更舒适的照明效果，提升照明的质量和节能效果，需要充分考虑建筑工程的实际情况，根据具体的照明需求，选择光源的类型。例如，办公用建筑需要更加明亮的照度，需要采用亮度和显色指数较高的荧光灯管；会议室、茶水间等较为私密的场所使用LED灯具等节能效率较高的灯具；在大厅、前厅等空间较大的场所，需要采用使用寿命较长、亮度更高的灯具，如高压钠灯或者LED灯具，以满足不同场合的照明需求[2]。

1.3 节能性

降低能耗是电气节能设计的主要工作，节能设计需要降低照明系统在运行过程中的能源消耗量，在确保可持续发展的基础上，提升建筑物的经济使用价值，并使建筑物具有良好的生态价值。节能性既是建筑物照明系统节能设计的主要目标，也是当前建筑工程发展的主要方向。为了确保节能目标的实现，一方面，需要合理使用照明灯具，科学地配置光源和灯具，从而确保照明结构和灯具满足节能需求；另一方面，需要从照明系统的精准控制、节能照明技术的应用入手，进一步加强节能设计的效果，使建筑工程发挥良好的社会效应[3]。

2 建筑工程中照明电气节能设计的策略

2.1 合理选择照明器具

为了实现电气节能，在照明器具的选择与使用中需要合理地选择照明器具的参数及应用环境，从而有效提升照明器具的节能效应。

（1）电光源的选择。一般情况下，需要选择光照综合能效比最高的电光源，这需要考虑电光源的光效、功率及照明密度、功率密度等[4]。例如，某型号的普通荧光灯与LED日光灯相比，荧光灯的功率为18 W，光效为70 lm/W，光通量为1 250 lm，每单位的照明成本为0.017元；同类型的LED日光灯的光效为105 lm/W，光通量为1 250 lm，功率为12 W，每单位的照明成本为0.012元。由此可见，选择LED灯具可以达到良好的节能目的。另外，在电光源的选择过程中，不但需要考虑灯具的节能效率，还需要考虑灯具的使用寿命，以减少建筑工程的运营成本。

（2）灯具的选择。第一，不同的灯具的光照效率有较大的差别，在满足实用性和美观性的基础上，需要选择效率更高的灯具，从而有效提升节能效应。例如，棱镜磨砂灯具的光照效率为55%左右，透明灯具的光照效率为65%，栅格式和开敞式灯具的光照效率分别为60%和75%。考虑到节能效益，应当优先选择开敞式灯具，同时关注灯具的实用性和美观性。第二，需要重视灯具的光通量，光通量可以直接体现灯具的工作能力及光照效果。光通量通常与灯具的结构、材料有直接关系，在选择和配置灯具的过程中，需要根据不同的场景及空间墙壁的反光率来进行合理配置[5]。第三，需要选择流明维持率较高的灯具。流明维持率是指灯具在使用寿命期间所保持的流明效率。通常情况下，灯具的使用时间在2 000 h内，其流明维持率应在78%以上，而国际标准要求灯具的流明维持率在90%以上。

（3）灯具附件的选择。灯具附件包括镇流器、传感器和调光器。其中，传统的电感式镇流器的功耗较高，启动电流较大，在使用的过程中有较多的缺点。对此，可以使用节能型的电感镇流器，虽然其采购价格较高，但其具有较长的使用寿命和良好的节能效果，综合比较之下，比传统的镇流器有更好的经济效应和节能效应[6]。

2.2 合理配置灯具

灯具的合理配置可以有效提升照明效果并满足节能需求。需要控制灯具的减光系数与利用系数，并确保照明空间中的照度分布均匀；需要根据不同的使用需求选择对应的灯具色温，同时还需要进行眩光抑制，以提升照明效果；灯具的合理排布和照明方式的合理选择，可以进一步提升照明的舒适度，确保空间照明的合理性。

（1）控制灯具的减光系数与利用系数。①提升灯具的减光系数。减光系数是指照明设备使用一段时间后在工作上产生的平均照度与该设备在新装时在同样条件下产生的平均照度之比。为了控制灯具的减光系数，在合理配置灯具的同时，还应当保持空间环境的洁净，降低灰尘、烟雾等因素对灯具减光系数的影响。②调整灯具的利用系数。通常情况下，在建筑物空间较为宽广、高度较低的情况下，灯具的利用系数更大，也具有更好的节能效果。当建筑物内部空间结构较复杂时，需要通过改变空间的高度及墙面材料的反射比，合理地调整利用系数，从而确保该空间的照度满足实际使用需求。

（2）提升灯具的照明质量。在不同的照明系统设计方案中，照明质量、舒适度有较大的差别，提升灯具的照明质量可以有效改变该区域环境的照明效果，减少对额外光源的需求。在设计过程中，需要根据区域的亮度合理设计灯具的照明方案。例如，在设计陈列室、展览室的照明时，可以通过降低展览背景的亮度、对物品进行集中照明来有效提升照明效果，并降低对环境照明的需求。此外，还需要调整灯具的照度和色温之间的关系。例如，根据人的主观感受，环境空间的色温为暖色温时，会给人刺激的光感；中色温会给人提供更加愉快的光感；冷色温可以给人提供一定的光感舒适度。

（3）选择合理的灯具排布方式。通常情况下，灯具排布方式可以采用较为规整的正方形、矩形和菱形。但为了满足照度均匀的需求，通常会增加灯具的数量，从而导致能耗的增加。因此，在设计灯具排布方式时，需要权衡照度的均匀度与照明系统的节能性。一般情况下，需要根据场所的照度需求确定合理的灯具排布方式，并根据场所工作区的分布情况来制订灯具排布策略。例如，可以分开设计工作区和非工作区的灯具排布方式，工作区可以采用密度更高的灯具排布方式，而非工作区则需要减少灯具的数量。

2.3 保持电压的稳定性

照明配电过程中，电压的稳定性对照明质量有重要影响，电压的质量也会对灯具的使用寿命和镇流器的作用造成直接影响。因此，在照明配电的过程中，需要提升电压质量，并进行有效的谐波抑制。同时，还需要降低变压器的有功损耗，通过提升照明线路的功率，进一步保障照明系统的节能效率。

（1）提升电压质量。当灯具使用电压发生改变时，灯具的照明效果会产生较大的变化，同时会直接影响灯具的使用寿命。例如，在荧光灯的使用过程中，当电压变化率高于115%时，荧光灯的功率变化率会达到123%，而光照效率的会降为原来的91%。可见，电压变化明显降低了荧光灯的光照效能，增加了荧光灯的电能损耗。因此，需要控制电压质量。一方面，在照明负荷较大的区域应当使用专用电源配电，若照明系统中存在两个以上的变压器，需要合理分配电压负荷，从而降低变压器产生变化的概率；另一方面，当照明系统与其他电气系统共用变压器时，应当配置专用的馈电干线，以减少电源对照明系统的不良影响，如可以使用配电回路或者配电箱来增加照明电压的稳定性。

（2）采取谐波抑制措施。谐波电流会对照明电路的损耗、灯具的使用寿命造成直接影响。对此，一方面需要采用整流器对灯具及相关附件进行有效的谐波抑制，确保总谐波在10%以内，并确保电子整流器功率与总谐波的平衡关系；另一方面，在采用LED灯具和调光控制的过程中，应当使用滤波设备，以减少谐波对灯具造成的不良影响。

2.4 应用智能照明控制系统

智能照明控制系统的有效应用可以提升光照的自动调节能力，在最大程度上降低照明系统的固定效率。通常情况下，智能照明系统可以将节电效率提升20%～40%。应用智能照明系统的过程中，应当根据照明环境设置照明模式，并根据使用时间启用对应的照明模式。例如，会议室、档案室、茶水间等场所的使用时间不固定，可以采用传感器来监测相关区域的使用状态，并制订对应的智能照明系统控制模式，以确保相关区域的照明系统能够满足节能需求。在实际应用过程中，智能照明控制系统的策略多种多样，可以根据实际使用需求来选择。例如，对于使用时间相对固定的场所，如隧道、走廊等区域，可以设置固定的照明系统的开启、关闭时间。此外，需要根据场所的亮度需求，调整照明系统的亮度，使其能够满足实际使用需求。

2.5 充分利用自然光照

自然光照的有效利用可以减少建筑物对电气照明系统的依赖，从而达到节能的目的。

（1）为建筑物设计采光口或使用透明材料等增加建筑物的自然采光面积。通常情况下，可以采用侧面采光、天窗采光和混合采光模式，并根据不同的使用需求，选择采光口设计方法。

（2）使用更加先进的ETFE膜结构来实现建筑物的自然采光。例如，鸟巢及水立方就采用了这一膜结构。此外，还可以利用导光管系统扩展自然采光的范围。例如，在设计地下车库、步行通道的自然采光时，可以使用导光管系统来设计采光方案，将电气照明作为辅助手段，以进一步保障照明效果。这种照明模式可以有效利用自然光，还可以降低对电气照明系统的依赖。虽然现阶段我国对导光系统的利用程度较低，但该系统具有极高的开发和应用价值。

（3）加强光伏照明系统在建筑工程中的应用。一方面，光能是清洁能源，而且现阶段我国的光伏技术处于世界领先水平，在建筑工程建设过程中可以充分利用这一技术优势，将其与传统的电气照明系统相结合，实现互补照明。另一方面，光伏系统的有效利用可以进一步降低建筑物对电气照明系统的依赖。我国北方、西北地区有较充足光伏能源，在实际设计电气照明系统的过程中应当充分考虑地域因素，合理利用光伏能源，以达到良好的节能效果。