建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究

1、 建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)研究 摘要：建筑電氣照明系統(tǒng)能耗受到系統(tǒng)設(shè)備硬件、控制方式及設(shè)計(jì)方案與環(huán)境的契合度等多方面因素影響。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮建筑使用的節(jié)能需求，對(duì)影響節(jié)能效果的設(shè)計(jì)要點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)比分析。本文以某商業(yè)項(xiàng)目及其附屬地下車庫照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象。結(jié)合光源設(shè)計(jì)對(duì)常用硬件節(jié)能性能進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算不同方案下的動(dòng)態(tài)成本支出。并結(jié)合案例環(huán)境條件簡述了方案優(yōu)化與控制方式設(shè)計(jì)要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：電氣施工；節(jié)能照明；照明設(shè)計(jì)；節(jié)能優(yōu)化前言近年來，綠色建筑理念在我國不斷推廣，對(duì)建筑工程建設(shè)、使用中的資源與能源消耗提出了更高的控制要求。電氣照明系統(tǒng)為建筑內(nèi)部提供光源，在長期使用中消耗大量電能。建筑使用中電

2、氣照明系統(tǒng)的能源節(jié)約，主要通過合理的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)。因此，建筑電氣施工設(shè)計(jì)方案需要關(guān)注照明節(jié)能的指標(biāo)要求，通過科學(xué)選材、優(yōu)化布局等方式降低建筑能源消耗，增強(qiáng)社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性。1. 建筑電氣照明系統(tǒng)能耗影響因素分析建筑電氣照明系統(tǒng)能耗的影響具有多因特征，需綜合考慮硬件、控制方式、環(huán)境利用等要點(diǎn)。首先，電氣照明系統(tǒng)的光源是能源消耗的主要構(gòu)件，不同類型光源的額定功率、光效、色溫、綜合能耗等指標(biāo)存在較大差異。建筑空間因用途差異對(duì)相關(guān)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求也有所不同，因而光源與空間照明需求的適配性決定了對(duì)照度的利率效率，進(jìn)而影響到能耗利用率。其次，隨著技術(shù)進(jìn)步電氣照明系統(tǒng)的控制方法日趨多樣化。應(yīng)用場(chǎng)景的需求區(qū)別

3、對(duì)控制方法有各異要求，合理的控制方法可降低無效照明時(shí)間，起到降低能耗的效果。另外，在相同光源條件下，照明系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)會(huì)影響其實(shí)際照度。另外，對(duì)室型指數(shù)、墻面反射等客觀條件的參考也將影響照度。因而除選擇合適光源與控制方式外，充分利用環(huán)境科學(xué)布局光源可在使用更少能源的情況下實(shí)現(xiàn)相同的照度，進(jìn)而間接節(jié)約成本。由此可見，建筑電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)需充分考慮環(huán)境條件與照明需求。并選擇合適的光源硬件、控制方法，通過科學(xué)計(jì)算在滿足使用需求的前提下實(shí)現(xiàn)低耗能系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2. 工程概況案例項(xiàng)目位于福建省漳州市，由一棟商業(yè)樓及附屬地下車庫構(gòu)成，總建筑面積約為 7700 。商業(yè)樓為地上 5 層建筑，是集購物餐飲、休閑娛樂

4、為一體的商業(yè)綜合體。地下車庫為 1 層，在東、南兩側(cè)市政道路設(shè)有進(jìn)出口。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中無市內(nèi)自然照明，商業(yè)樓與地下車庫均采用電氣照明系統(tǒng)。項(xiàng)目電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)以建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(gb50034-2004)為基礎(chǔ)。在滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，以多方案對(duì)比的形式逐步形成照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案，并考慮對(duì)實(shí)際環(huán)境的科學(xué)利用，以達(dá)到節(jié)能減排的綠色建筑建設(shè)目標(biāo)。3. 建筑電氣照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)該項(xiàng)目在光源節(jié)能設(shè)計(jì)中采取了多方案對(duì)比選擇模式。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求，分析各類常見光源的性能及節(jié)能效果。通過選定光源產(chǎn)品類型形成差異化的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)單位充分考慮了電氣照明系統(tǒng)在長期使用中采購成本與使用成本之間的矛盾。通過成本

5、計(jì)算確定最終方案，并對(duì)初步設(shè)計(jì)方案以照度計(jì)算實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)優(yōu)化，從而達(dá)成科學(xué)合理的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。3.1 光源硬件對(duì)比該項(xiàng)目對(duì)目前建筑電氣照明系統(tǒng)的常用光源性能進(jìn)行分類比對(duì)。由于該工程設(shè)計(jì)用途廣泛，且綜合體與地下車庫的環(huán)境、照度要求有所差異。因此，選取熒光燈、白熾燈、led 燈及高壓鈉燈作為設(shè)計(jì)參考光源硬件，對(duì)上述光源的特征對(duì)比如表 1 所示：表 1：電氣照明常用光源硬件特征對(duì)比通過比較上述光源影響主要指標(biāo)可以看出，熒光燈的色溫范圍較大，相對(duì)于led 等能耗平均值適中，光效相對(duì)較高。常見的熒光燈分為直管、環(huán)管等，差異化的形狀結(jié)構(gòu)適合于商業(yè)樓內(nèi)多變的環(huán)境要求。因而將其列入設(shè)計(jì)材料備選方案中。led 燈作

6、為近年來較為常見的節(jié)能照明系統(tǒng)光源，是緊湊熒光燈的有效代替品，同樣具有較高的光效比。但是相對(duì)于熒光燈+鎮(zhèn)流器的組合，白光 led 等由于技術(shù)較為復(fù)雜，在采購成本方面存在一定劣勢(shì)。因此，對(duì)兩類終端設(shè)備的最終選擇需經(jīng)過成本計(jì)算后確定。3.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣照明系統(tǒng)控制開關(guān)的區(qū)別主要在感應(yīng)方式上，目前常見的方式包括紅外與微波兩類。紅外系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)在于可以串聯(lián)照明回路，有效降低設(shè)計(jì)功耗，且起控照度可根據(jù)場(chǎng)景需求在較大余度內(nèi)自由設(shè)定。微波系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)在于可智能識(shí)別自然光，感應(yīng)人體或物品的移動(dòng)，并且可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整系統(tǒng)的感應(yīng)時(shí)間與延時(shí)時(shí)長。該項(xiàng)目根據(jù)場(chǎng)景對(duì)照明的需求，在商業(yè)樓與地下車庫分別應(yīng)用上述

7、系統(tǒng)。紅外感應(yīng)主要用于地下車庫、消防通道內(nèi)日常人流較少的區(qū)域。而紅外系統(tǒng)則應(yīng)用于需提供長期穩(wěn)定照明的場(chǎng)景。通過差異化設(shè)計(jì)方案，可有效降低系統(tǒng)能耗。通訊系統(tǒng)是照明控制的組成部分，目前以無線傳輸技術(shù)為主。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段分別對(duì) wifi、藍(lán)牙、zigbee 三項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行對(duì)比。wifi 的優(yōu)勢(shì)在于多端口控制，可以利用移動(dòng)終端隨時(shí)調(diào)節(jié)。但是，考慮到該項(xiàng)目為商業(yè)地產(chǎn)，電氣照明的用途與要求相對(duì)固定，因而優(yōu)勢(shì)不明顯。且該項(xiàng)目剪力墻、隔斷墻較為密集，也影響了信號(hào)傳輸效率。藍(lán)牙傳輸距離一般不超過 15m，過多的傳輸節(jié)點(diǎn)將增加建設(shè)成本。zigbee 適合于在低能耗設(shè)備間進(jìn)行傳輸，且傳輸距離穩(wěn)定在 150m 以上，因

8、而最終被該設(shè)計(jì)方案所采用。另外，該項(xiàng)目還選用了以 cc2530 作為片上系統(tǒng)解決方案以搭建智能控制系統(tǒng)，其控制采集結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：圖 1：控制采集中心結(jié)構(gòu)示意圖以上述方式建立的智能控制系統(tǒng)，可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的環(huán)境感應(yīng)條件給出照明反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效利用。3.3 方案成本計(jì)算該項(xiàng)目擬采購的熒光燈為飛利浦品牌某常見型號(hào)，燈光功率為 28w、鎮(zhèn)流器功率為 4w。根據(jù)設(shè)計(jì)方案統(tǒng)計(jì)單管燈為 202 支、雙管燈為 89 支。商城應(yīng)用時(shí)間為每天 10:00 至 22:00，由于商城營業(yè)期間需要維持市內(nèi)照明，因此其用電量按照每日 12 小時(shí)計(jì)算，該設(shè)計(jì)方案每年用電量預(yù)估為：202+（892）（支）32w1

9、2h1000w/kw365 天=53260.80 度/年按照福建省當(dāng)?shù)厣虡I(yè)用電約 1 元/度的實(shí)際價(jià)格計(jì)算，采取此方案預(yù)計(jì)每年產(chǎn)生電費(fèi)約 5 萬元。隨后，按照 led 燈設(shè)計(jì)方案計(jì)算年用電費(fèi)用。該項(xiàng)目選用的 led燈為雷士電子品牌功率為 21w 的某產(chǎn)品，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示該款產(chǎn)品使用壽命在30000h 以上。以該光源為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案計(jì)劃使用共 220 支，該方案每年用電量預(yù)估為：220（支）21w12h1000w/kw365 天=20235.60 度/年按照該款 led 等使用壽命 3 年計(jì)算兩套方案的電費(fèi)消耗成本差額為：（53260.8 元-20235.6 元）3 年=99075.6 元經(jīng)設(shè)計(jì)單

10、位對(duì)比兩類光源的市場(chǎng)采購價(jià)格發(fā)現(xiàn)，led 燈設(shè)計(jì)的光源采購成本較熒光燈設(shè)計(jì)采購成本高出約 30 元，使用 led 燈另外需要配套的終端價(jià)格為 220元/臺(tái)，計(jì)入增加的安裝工時(shí)費(fèi)后，led 燈總成本支出高出約 44000 元。安裝設(shè)計(jì)使用 3 年壽命計(jì)算，led 等設(shè)計(jì)方案可節(jié)省直接成本超過 45000 元，并增強(qiáng)建筑使用中的減排環(huán)保公益價(jià)值。4. 照度設(shè)計(jì)優(yōu)化該項(xiàng)目為增強(qiáng)光源點(diǎn)位設(shè)計(jì)的合理性，采取平均照度計(jì)算等方法對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)節(jié)優(yōu)化。平均照度計(jì)算主要分為燈具利用系數(shù)、室形指數(shù)、空間系數(shù)等二級(jí)指標(biāo)演算構(gòu)成對(duì)現(xiàn)行設(shè)計(jì)方案的量化評(píng)價(jià)結(jié)果。燈具利用系數(shù)的計(jì)算較為簡單，依照施工設(shè)計(jì)圖與選定光源產(chǎn)品參

11、數(shù)，計(jì)算光源至工作面的光通量。再將其除以該產(chǎn)品的額定總通光量，即為利用系數(shù)，此系數(shù)越大，說明設(shè)計(jì)方案的光源利用率約好。在符合設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，可通過利用系數(shù)調(diào)整設(shè)計(jì)布局，以減少不必要的燈具用量，從而降低系統(tǒng)能耗。室形指數(shù)和空間指數(shù)的計(jì)算需要結(jié)合設(shè)計(jì)圖測(cè)得頂棚、光源、地板各自高程，采用規(guī)定的計(jì)算方式導(dǎo)入?yún)?shù)計(jì)算即可。設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)分別參考頂棚、地板及墻面的有效反射比，從而使方案更加接近實(shí)際情況，提高設(shè)計(jì)光源的利用效率。實(shí)踐中，可應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)一步改善設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)目選用松下的matlp5 系統(tǒng)，依照工程設(shè)計(jì)方案分別輸入各空間的高度、進(jìn)深、光源等參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算得出優(yōu)化結(jié)果，所形成的優(yōu)化設(shè)計(jì)方

12、案如圖 2 所示：圖 2：地下二層停車場(chǎng)光源布置方案優(yōu)化示意圖地下車庫受到客觀因素影響存在多處避光區(qū)，該項(xiàng)目所應(yīng)用的軟件尚無法反應(yīng)此問題。因而需要通過人工計(jì)算得出燈具數(shù)量調(diào)整與布置方案。另外，照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)也應(yīng)當(dāng)考慮項(xiàng)目使用變化情況。例如，該項(xiàng)目地處新城區(qū)，竣工 1 年左右為輻射區(qū)內(nèi)居住社區(qū)的交鑰高峰期，客流量的變化將對(duì)地下車庫使用率產(chǎn)生影響。因而宜采取分區(qū)設(shè)計(jì)的方式，便于項(xiàng)目物業(yè)后期根據(jù)需求靈活調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)的使用。結(jié)束語：綜上所述，建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)需要從多方面著手。在設(shè)計(jì)前應(yīng)開展工程總設(shè)計(jì)圖勘察，加強(qiáng)與業(yè)主溝通以掌握建筑使用期間的相關(guān)信息。在充分了解環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，以分區(qū)設(shè)計(jì)的方