基于办公楼的泛光照明要点以及节约节能研究*——以A 办公楼为例

任龙飞，王贞力

（1.云南财经大学国际工商学院，云南 昆明 650221；2.英国格林威治大学，伦敦 格林威治 SE10 9LS；3.云南财经大学商学院，云南 昆明 650221）

由于我国经济的迅速发展，城镇化以及城镇建设高速发展，使人们的生活水平有了较高的提升，城区、乡镇、农村的夜景都成为各种建筑的重要组成部分，从而对灯光有了更高的需求。建筑夜晚的灯光可以表现出建筑物的内在品位，体现了建筑的美感以及安全性。

泛光照明设计就是通过对光的管理和改善，创造一种生存空间，力求最大限度和最高质量地满足人们对物质和精神的需要。相对于西方发达国家而言，我国的泛光照明起步较晚、水平相对落后，直到2009 年才出版了《城市夜景照明设计规范》。与西方发达国家相比，我国的夜景照明存在很多问题，《绿色照明工程技术规范》明确指出，我国相对于西方发达国家，夜景照明单位面积功率较大。城市的亮化不仅能够吸引游客，引发他们的兴趣，同时也使城市居民享受到生活的乐趣，改善了城市形象，促进了商业发展。

1 照明设计工程概况

1.1 泛光照明的设计原则

在进行泛光照明设计前期，首先需要对建筑有一定的了解，其中包含建筑需要在夜晚表达和诉说的思想和艺术性；其次要了解建筑其主要的功能；最后要十分清楚建筑主体结构所使用的材料、周边环境，了解建筑物设计者的设计思路。泛光照明设计与其他照明有一定的区别，它在设计完成后，灯光给与照明的地方和方向是固定不变的，但是它的光照强度和灯光所体现的颜色与人们平时所看见的自然光有绝对的区别，并且各个角度以及灯光的强弱有一定的选择，因此泛光照明应该充分利用其本身的巨大特点，重新刻画塑造建筑的形象，打造出一个全新的形象。

1.2 工程概况

本次泛光照明设计是围绕办公大楼进行的，主要遵循在安全和节能的前提下，保证一定的适用性和美观性的基本原则，确保办公楼泛光照明。本设计主要包括：供电方式的确定，光源及灯具的选择，照度及负荷功率计算，导线、穿线保护管、断路器的选择及校验，配电设计，CAD 布线图。在泛光照明设计初期，最主要的是充分收集关于建筑各个方面的资料，用于分析和构思设计，在充分了解的基础上再进行技术设计。需要考虑以下7 个方面。第一，周围环境的考虑。勘探以及了解需要设计的建筑环境，其中包含建筑物周围的道路、建筑物周围绿化面积的覆盖率，以及配套设施等情况。第二，建筑外形夜景构思。对需要设计的建筑物的设计风格和设计核心进行了解，对建筑物的结构以及建筑材料进行绝对掌握，充分了解照明重点以及核心要求，从而构成初步设计构思。第三，确立照明造价。通过需要设计的建筑物的结构、外部装修材料、所处城市规模大小及地理位置选择照度水平。第四，明确灯光位置。在不违背设计基本原则的前提下，通过设计师的构思，满足设计照明效果，明确灯具所设计的方位。第五，确定灯具及数量。在满足设计师要求以及灯光基本技术要求的前提下，还应该考虑安全和持久耐用性，确保在恶劣环境中能保证一定的耐腐蚀性和灯光照射的准确稳定性，并且在设备故障时，也能方便维护和更换。第六，照度计算。根据照度水平进行照度计算。第七，设计施工图、电气接线图等。

2 A 办公楼泛光照明系统设计

在当今社会中，电能已成为人们最广泛使用的能源之一，在照明设计中采用的几乎都是电光源。为保证电光源的安全可靠运行，同时又便于管理维护，设计合理的供配电系统和控制方式就势在必行。夜景照明手法多种多样，由于泛光照明能较好地表现建筑物的层次感、突出建筑物的重心，因此泛光照明被广泛应用于照亮建筑、桥梁、树木、台阶、雕塑、柱头等。《城区照明指南》中提出，Ev/Esc=0.8～1.3 时，立体感效果较好，其中，Ev为垂直直面照度，Esc为半柱面照度。在泛光照明设计过程中应注意以下3 个方面：第一，投射角。阴影的存在可以使被照物显示出立体感，阴影的大小主要取决于建筑物表面形状及投射角度，投射光的主光轴和被照面的法线的夹角一般取大于或等于45°为宜。第二，照明方向。为使被照面的光线强度大体一致，应使照明的方向一致。第三，观察点与照明方向。看到阴影，增强建筑物的层次感，通常情况下，对凸出的建筑物的照明方向应随观察点的不同而不同[1]。

2.1 泛光照明照度计算

在设计过程中，要有明暗的对比才能错落有序地表现出建筑物的建筑风格。亮度水平的确定必须根据相关规定，合理地选择照度，才能充分发挥泛光照明的风采。第一，亮度水平。作为被照物的背景，若其平均亮度较高，为突出目标，则被照物的亮度也需较高。为确保可见度，被照物的表面平均亮度应当与其环境在亮度、位置上相匹配。第二，照度水平。在不同城市、不同环境区域建筑物的夜景照明照度或亮度是不同的[2]。

在照明设计时，应考虑设备光照减弱的主要影响因素，通过经验总结，设备光照减弱有以下3 个主要原因和影响因素：环境差空气pH 值阻光值、阴雨天折射损耗、照明设备自身衰减。在不考虑这3 个影响因素的前提下，还应注意建筑周围环境以及及时维护。

本次泛光照明计算方法采用流明法。本次泛光照明设计采用的光源功率分为3 个类型，分别为100 W、200 W、400 W；光通量L分别为4 200 lm、8 400 lm、16 800 lm；被照面照度水平E取100 lx；系统利用系数U取0.3。将以上数据代入流明法的计算公式

可得泛光照明照度计算结果，见表1。

表1 泛光照明照度计算结果

2.2 光源及灯具的选择

本次泛光照明设计使用光效较高、使用寿命较长的高压钠灯做光源。光源的型号及相关参数见表2。

表2 光源的型号及其相关参数

根据国家规范选定灯具的型号及相关参数见表3。

表3 灯具的型号及其相关参数

楼顶平面灯具的安装及走线俯视图见图1。

图1 楼顶平面灯具的安装及走线俯视图

2.3 照明负荷计算

在此处需要用到的计算方法是系数法，该方法将用电设备负荷乘以用电设备运行时所需要系数，从而计算得出照明负荷。照明负荷计算公式为

式中：Pe为用电设备额定功率之和；kd为用电设备需要系数；Pc为用电设备有功计算功率。查表可得，kd=1；cosφ=0.5。表4 统计了照明负荷计算结果。

表4 照明负荷计算结果

3 A 办公楼泛光照明系统设计

泛光照明的整体设计，需要根据项目自身所具备的特点和体量以及未来发展趋势进行整体规划和系统设计，既能展现建筑风采，又能迎合未来发展。该系统的设计必须符合国家规范，使用节能优质的灯光电气设备[3-8]。

1） 灯光配电规划原则。为满足泛光照明的灯光需求，配电必须要提供可靠供电系统，满足负荷且满足灯光照明需求。根据实际现场设计以及施工情况，尽量满足以及做到系统配电简洁明了，方便工作和维修，同时系统还应考虑一定负荷富裕，用于未来发展需要。

2） 设计基本规定。基于国内用电基本规则，一般照明用电都采用220 V 或380 V 电压。在项目前期设计阶段，照明以及动力配电系统都会依据项目整体特点以及体量进行规划和布置，并且会综合考虑用电负荷和性质。建筑结构外部导线管的开口应设置在盒、箱内。所有管口在穿入导线、电缆后，要密封处理。泛光照明配电系统采用TN-S 系统。

3） 配电系统设备的选择。本次泛光照明设计，布线全部采用聚氯乙烯绝缘铜芯线。按机械强度，选择导线和电缆的截面。对架空线路而言，要求所选的导线截面应不小于其最小允许截面，绝缘导线的截面积为1.0 mm2。按允许载流量选择导线的截面，导线通过电流时会发热，绝缘导线温度过高时，可使绝缘破损，或者引起火灾。本次设计采用导线截面积为2.5 mm。按经济电流密度选择线缆规格。从经济方面考虑，导线应该选择一个比较合理的截面，以降低投资成本。其选择的原则从两方面考虑：一方面，选择截面越大，电能损耗就越小，但线路投资、有色金属消耗量及维修费用就越高；另一方面，虽然截面选择得小，线路投资、有色金属消耗量及维修费管理费用低，但电能消耗大。从全面的经济效益考虑，选择导线截面积则导线的截面积为S=2.5 mm2。由于2.5 mm2的铜芯线不能满足外景照明对导线的要求，因此本次设计使用截面为4 mm2的铜芯导线。

4） 保护套管的选择。分别采用镀锌钢管和PVC 套管作为保护套管，进行优劣对比，可知：镀锌钢管刚性好，安装后不容易出现弯曲等情况；镀锌钢管观感好，不易受到损坏，尤其在人能够接触到的地方。本次泛光照明设计使用的保护套管为镀锌钢管，钢管内径为15 mm。

5） 断路保护器的设计。DZ47 系列小型断路器又称空气开关（以下简称断路器），是一种具有过载与短路双重保护的限流型高分断小型断路器，其脱扣器类型有过电流脱扣器、热脱扣器和欠电压脱扣器，本次设计采用过电流脱扣器。最大短路电流Ish的计算公式为

式中：UN=220 V；R短=4.35 Ω。由此可得最大短路电流Ish=50.6 A。由此可见，DZ47 型断路器完全能够满足设计使用需求。综上所述，可以得到导线型号、保护管型号、断路器型号及数量，见表5。

表5 导线、保护管、断路器型号及数量

6） 配电箱的选择。选择配电箱时，在注重品牌的同时，还应考虑到其额定值是否合适；一般根据设计图纸的系统图来进行选择；系统图的总开关，分开关所在模数（空间），有必要留10%～20%的预留空间，确定配电箱的尺寸；配电箱的安装方式一般包括嵌墙暗装、落地安装和挂墙明装3 种，根据选择的配电箱尺寸确定安装高度；在安装时，还应考虑工作环境，有必要就加上相应的保护措施，如选择防潮型、室外防护型或是防水型的配电箱；配电箱的走线要分明，进出分开，其中信号和功率电缆也要分别走线，电缆之间尽量不要交叉绞合[9]。PZ20 模数化终端配电箱，是照明系统专用配电箱。适用于交流50 Hz 220 V 电压或者380 V 电压，负荷的最大电流负载不超过100 A 电流的单相三线制或者三相五线制，主要用于大型酒店、商业街、以及工厂等建筑。由于本次设计使用单排进线，A、B、C 三相分别由3 个落地式配电箱控制，每个配电箱19 个单元。考虑到之后的扩展整改座，每个配电箱设置5 个备用单元，因此每个单元至少需要24 个控制单元，额定电压为220 V，负载电流为54 A，单元数为19 个，因此选用PZ20SII-24 的配电箱能够满足使用要求。由于A、B、C 三相分别由3 个配电箱控制，因此每个配电箱需要至少安装19 个单元，本次设计配电箱采用PZ20S II-24 型配电箱。

通过负荷计算，可以得出总功率为15.6 kW，每个单元的功率都为5.2 kW，为了使三相电流尽量保持平衡，各个单元分别与A、B、C 三相相接，由A、B、C 3 个配电箱分别控制[10-11]。图2 为电源进线图。

图2 电源进线图

4 结束语

基于办公楼的泛光照明要点以及节约节能研究包括负荷计算、相关设备的选择及校验、线路及灯具的敷设、施工图的绘制。通过对A 办公楼泛光照明的系统设计，包括合适负载功率的设置、灯具和导线的选择方法、配套的照明保护方案等，使得办公楼的泛光照片既能实现功能性，同时又最大限度地节能效果。此研究在一定程度上为城市照明系统设计提供了实践案例，然而也存在设计上和应用上的不足，需要在以后的研究中不断完善。