建筑綠色照明設(shè)計研究

1、建筑綠色照明設(shè)計研究建筑綠色照明設(shè)計研究Building green lighting researchQIAN Yuyong （International Century Design Of Architectural Co. Ltd）Date: August 25, 2015 Abstract: The article expounds the design idea of green lighting, emphasized the importance of building the use of natural light, comparative summary of t

2、he current relatively popular all kinds of green light source, especially made a summary on the advantages and disadvantages of the LED light source. Combined with the actual case the grope for green lighting control mode and the summary, emphatically introduces the application of intelligent lighti

3、ng in the building.Keywords: Green lighting Natural light Green light source LED Green lighting control Intelligent lighting摘要：文章闡述了綠色照明的設(shè)計理念，強調(diào)了建筑物自然光的利用的重要性，對比總結(jié)了目前較為流行的各種綠色光源，尤其對LED光源優(yōu)缺點做了總結(jié)。結(jié)合實際案例對于綠色照明控制方式進行了摸索及總結(jié)，著重介紹了智能照明在建筑中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：綠色照明 自然光 綠色光源 LED 綠色照明控制 智能照明  0 引言1991年1月美國環(huán)保局（EP

4、A）首先提出實施"綠色照明（Green Lights）"和推進"綠色照明工程（Green Lights Program）"的概念，很快得到聯(lián)合國的支持和許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家的重視，并積極采取相應(yīng)的政策和技術(shù)措施，推進綠色照明工程的實施和發(fā)展。1993年11月中國國家經(jīng)貿(mào)委開始啟動中國綠色照明工程，并于1996年正式列入國家計劃。該計劃在“九五”和“十五”的10年中開展了大量工作，取得了豐碩成果，實現(xiàn)照明終端節(jié)電達590億kWh，減排CO25000多萬噸。目前照明用電約占全國總用電量的12%，國家十分重視照明領(lǐng)域節(jié)能，綠色照明已被列入我國中長期節(jié)能十大

5、課題之一。1 綠色照明的設(shè)計理念 國家現(xiàn)行建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB 50034-2013，第2.0.1條給出了綠色照明的定義：“節(jié)約能源、保護環(huán)境，有益于提高人們生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)效率和生活質(zhì)量，保護身心健康的照明?！卑凑找?guī)范定義，我認為綠色照明應(yīng)包括節(jié)能、高效、安全和舒適四個關(guān)鍵指標(biāo)。節(jié)能高效意味著消耗較少的電能獲得足夠的照明，并通過減少電廠大氣污染物的排放達到環(huán)保的目的；安全舒適則要求光照清晰，柔和及不產(chǎn)生紫外線、炫光等有害光照，不產(chǎn)生光污染。相對而言，節(jié)能和舒適性是綠色照明設(shè)計中更為關(guān)鍵的要求。作為一名建筑電氣設(shè)計人員，在平時的設(shè)計中應(yīng)將綠色照明的設(shè)計理念貫穿于整個設(shè)計過程中，通過科

6、學(xué)的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材，以及調(diào)光控制器和控光器件等），來改善和提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經(jīng)濟、有益的環(huán)境并充分體現(xiàn)現(xiàn)代文明的照明。2 自然光的利用2.1 自然光的作用光給我們溫暖，我們充分享受著自然光帶給我們色彩斑斕的世界，光照對人視覺功能的發(fā)揮著極為重要的作用，因為沒有光就沒有顏色和明暗的區(qū)分，也不會看到世間的美好。光不僅是人對視覺、物體形狀、空間色彩的生理的需要，而且是美化環(huán)境必不可缺少的物質(zhì)條件。人類向往光明，而建筑從根本上說是為了滿足人生理，心理的需求而建造的，因此自

7、然光在建筑中運用的正是人對自然光的需求。自然光是無污染綠色潔凈能源，也是取之不盡、用之不竭的能源，如果運用得當(dāng)，從建筑技術(shù)角度講，可以節(jié)約照明，機械用電，減少建筑能耗，改善空間的物理環(huán)境，增加人的舒適感。2.2 利用現(xiàn)代科技手段充分運用自然光目前，利用自然光的方法通常有：導(dǎo)光管法、光導(dǎo)纖維法、棱鏡組多次反射法、平面反向鏡反射法、光電效應(yīng)法、光熱電光轉(zhuǎn)換法等。以下對于常用的導(dǎo)光管法和棱鏡組多次反射法作簡要介紹：a) 導(dǎo)光管法用導(dǎo)光管將太陽激光器收集到的光線傳遞到建筑中需要采光的地方，如圖1所示，能在室內(nèi)的陽光下休息、在室內(nèi)的陽光下辦公、在室內(nèi)的陽光下看書學(xué)習(xí)、在室內(nèi)的陽光下用餐而且導(dǎo)光筒可以安裝

8、在屋頂、地表、側(cè)墻任何能采到光的地方。導(dǎo)光筒頂上的采光器能過濾掉了陽光中很大部分的有害成份紫紅外線，同時對太陽光中的具有放射性的射線也進行了排除，給人類提供了安全陽光新概念，不用擔(dān)心在陽光下皮膚會變黑和灼傷、人體缺鈣，也不用為夏天強烈的紫外線輻射而擔(dān)心。它的工作原理是將室外的自然光線通過采光罩引入通風(fēng)系統(tǒng)，經(jīng)特殊制作的光導(dǎo)管道傳送從系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻漫射到室內(nèi)每一個角落。 b) 棱鏡組多次反射法 用一組傳光棱鏡將集光器收集的太陽光傳送到需要采光的部位。如美國加州大學(xué)的貝克利實驗室提出用于解決一座十層大樓的采光問題的方法，澳大利亞用這種方法把光送到房間10米進深的

9、部位進行照明，英國用于解決地下和無窗建筑的采光等，都受到了比較好的采光效果。但在設(shè)計時需注意的是，自然光導(dǎo)光系統(tǒng)只能用于一般照明，不可用于應(yīng)急照明。當(dāng)采用自然光導(dǎo)入系統(tǒng)時，宜采用智能照明控制系統(tǒng)對人工照明進行自動控制。在具體的設(shè)計時，需對建筑采光、自然光在建筑中的作用進行綜合分析，建立建筑物的采光設(shè)計模擬，計算大量數(shù)據(jù)后方可實現(xiàn)。圖1 自然光的實際利用-導(dǎo)光管法3 綠色照明的實施途徑 除了對自然光的利用作為綠色照明首要考慮因素外，綠色照明還可以從光學(xué)系統(tǒng)和配電系統(tǒng)兩方面來考慮實現(xiàn)節(jié)能。3.1 照明光學(xué)系統(tǒng)的節(jié)能要素a) 選擇高效光源和高效鎮(zhèn)流器（包括燈變壓器、驅(qū)動電源裝置）；b) 選擇高效燈具

10、；c) 科學(xué)、合理的照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、方案；d) 建筑因素，包括室形（房間高與長、寬的關(guān)系）、室內(nèi)各表面的反射比。3.2 照明配電系統(tǒng)的節(jié)能要素a) 合理的配電系統(tǒng)：包括系統(tǒng)配置、線路截面、線路功率因數(shù)等；b) 符合標(biāo)準(zhǔn)的電能質(zhì)量：包括電壓偏差、三相不平衡度、諧波限制、穩(wěn)壓措施、恒功率等；c) 照明控制方式：包括開關(guān)燈、自動開關(guān)燈（門聯(lián)鎖、動靜紅外感應(yīng)等），智能照明控制等。4 綠色高效光源的選用綠色照明的實施途徑中高效光源的選用是首要因素，一般根據(jù)光源的光效、色溫、顯色指數(shù)、壽命和價格選擇高效節(jié)能光源。目前設(shè)計中常用到的光源有熒光燈、金鹵燈、LED燈、高壓鈉燈等，以下對于各種光源優(yōu)缺點及使用場合作

11、相應(yīng)總結(jié)。4.1 一般室內(nèi)空間高度小于4.5m的房間，如辦公室、商店、教室、公共場所等選用細管徑直管形三基色T5熒光燈為主，以達到光效高、壽命長、顯色性好的品質(zhì)要求。 4.2 室內(nèi)空間高度大于4.5m且對顯色性有一定要求時，宜采用金屬鹵化物燈，如體育場館、高大工業(yè)廠房、商業(yè)場所等。因金鹵燈高顯色性、長壽命、光效高的特點使其替代了熒光高壓汞燈。4.3 高壓鈉燈的發(fā)光特性與燈內(nèi)的鈉蒸氣壓有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)高壓鈉燈光效高，顯色性較差，適用于顯色性無要求的場所，如室外道路照明等。對顯色性要求較高的場所，選用顯色性改進型高壓鈉燈，高壓鈉燈可進行調(diào)光，光輸出可以調(diào)至正常值一半，系統(tǒng)的功耗減少到正常值的6

12、5%。 4.4 采用自鎮(zhèn)流緊湊型熒光燈取代白熾燈（40100W），節(jié)能率為30%75%。 4.5 講到綠色光源，不得不提半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED），LED已有40多年的歷史，是繼第二代（氣體放電燈）光源以后第三代新型光源，其發(fā)展速度之快，早已超過人們的預(yù)計。以下重點介紹一下LED光源：4.5.1 LED主要優(yōu)勢和特點有：  a) 光效迅速提高，目前為止，產(chǎn)品的實用光效可達7090lm/W，據(jù)報導(dǎo)，美國實驗室數(shù)據(jù)達230lm/W，預(yù)計在未來35年，實用光效有可能達到150200lm/W。b) 啟動性能好，快捷可靠，響應(yīng)時間為毫秒級，可實現(xiàn)全光通輸出。c)

13、調(diào)光方便，可控性強。d) 耐震動，耐氣候性良好，壽命長。e) 不含汞，環(huán)保性能優(yōu)。f) LED在一定光束角內(nèi)定向輻射，用于射燈，筒燈等燈具時，有利于提高下射光通比。g) 用于景觀、裝飾、廣告、信號等場合，有多種彩色光LED，其良好的啟動和調(diào)光性能，易實現(xiàn)多彩、動態(tài)變化的數(shù)字化控制，在商業(yè)性、娛樂性場所極具渲染性。4.5.2 LED目前存在的主要問題有：a) 目前LED芯片主要依賴進口，大功率（1W及以上）芯片還沒有國產(chǎn)化，芯片缺少自主知識產(chǎn)權(quán)，我國已擁有很大規(guī)模的LED封裝產(chǎn)業(yè)，但封裝技術(shù)、材料和工藝，還存在一定差距。b) 缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，包括LED燈具系統(tǒng)、驅(qū)動電路等，產(chǎn)品水平良莠不齊，各家產(chǎn)

14、品規(guī)格各異，互換性差，維修困難。c) LED燈具的測試方法不統(tǒng)一，一些參數(shù)的測試還待研究，如顯色性的測量與氣體放電燈也不一定相同。d) LED燈具產(chǎn)品技術(shù)上不成熟，還存在不少問題，如散熱問題；目前多數(shù)LED色溫偏高，在室內(nèi)場所，光效不夠柔和，不利于眼鏡保護；LED用作室內(nèi)功能性照明，如何設(shè)計燈具的配光和控光系統(tǒng)，也是一個新課題；LED照明的驅(qū)動電路，也需進一步優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)化。e) 價格過高也是推廣應(yīng)用LED照明的又一障礙。f) 缺乏平穩(wěn)有序的發(fā)展態(tài)勢。短短幾年，幾千家企業(yè)擠入LED照明，有一些企業(yè)在模仿中制作，低水平重復(fù)，靠夸大入市，誤導(dǎo)了使用單位。4.5.3 目前LED仍在不斷發(fā)展之中，其未來

15、應(yīng)用前景是光明的，是典型的綠色高效光源。不過就現(xiàn)在來看其優(yōu)勢及問題共存，所以在什么場合適宜，什么場合不適宜選用LED對于設(shè)計人員來說尤其重要，以下結(jié)合平時工程設(shè)計實際列舉部分場所：a) 住宅或類似場所的樓梯間、走道裝設(shè)節(jié)能自熄開關(guān)燈采用LED燈最合適，頻繁點亮，響應(yīng)迅速，節(jié)能效益可觀。b) 疏散照明燈、疏散標(biāo)志燈以及其他標(biāo)志燈，還有部分備用照明燈適宜用LED。c) 商場重點照明的射燈，博展館類建筑的射燈，以及公共建筑的筒、射燈適宜用LED。d) 酒店客房需調(diào)光的床頭燈、床頭上方閱讀燈、夜燈、衣柜燈、吧臺燈、開門燈、進門過道燈以及衛(wèi)生間洗浴燈等適宜用LED。e) 局部照明燈，采用安全特低電壓的檢

16、修燈適宜用LED。f) 視覺條件要求不太高的一般建筑的輔助場所，如走道、衛(wèi)生間，一般用途的庫房，風(fēng)機水泵房等適宜用LED。g) 但對于一些功能性照明，要求顯色性高，色溫相宜，眩光控制好，均勻性好，以保證良好的視覺環(huán)境，同時要求有很高的照明能效的場所，如辦公室、教室、控制室等，目前還不適宜應(yīng)用LED來替換。這類場所目前主流還是使用三基色直管熒光燈，其光效高，視覺效果好。除了選用綠色高效光源，要想做到真正的綠色照明，還需很好的選用高效燈具，合理選擇照度標(biāo)準(zhǔn)，使用低能耗、性能優(yōu)的光源附件（如電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器），同時選用高效合理的控制方式等。由于其中內(nèi)容較多，對于綠色照明的其他實施途徑此處

17、不一一展開，以下重點探討一下綠色照明控制方式。5 綠色照明控制綠色照明的實施途徑中采用合適的照明控制方式是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。5.1 常規(guī)的照明節(jié)能控制措施有：a) 照明系統(tǒng)采取分區(qū)、定時、感應(yīng)等節(jié)能控制措施。公共建筑具有天然采光條件或天然采光設(shè)施的區(qū)域，采取合理的人工照明布置。在天然光到達的區(qū)域的照明，采用同一分支回路配電或分開關(guān)控制，以便根據(jù)室外光線合理控制室內(nèi)相應(yīng)區(qū)域的照明。b) 大面積照明的場所，按照最小功能區(qū)域劃分照明配電分支回路，以便根據(jù)實際使用情況合理控制照明裝置，節(jié)約能源。c) 建筑公共區(qū)域（如地下車庫、走廊、樓梯間、門廳或道路等）的照明應(yīng)采取節(jié)能控制措施，可采取感應(yīng)延時、光控延時、

18、聲控延時控制或定時控制等一種或多種集成的控制方式。d) 旅館的每間(套)客房應(yīng)設(shè)置節(jié)能控制型總開關(guān)。e) 門廳、大堂、電梯廳等場所，采用夜間定時降低照度的自動控制裝置。f) 除設(shè)置單個燈具的房間外，每個房間照明控制開關(guān)不宜少于2個。g) 當(dāng)房間或場所裝設(shè)兩列或多列燈具時，按下列方式分組控制：1 生產(chǎn)場所宜按車間、工段或工序分組；2 在有可能分隔的場所，宜按每個有可能分隔的場所分組；3 電化教室、會議廳、多功能廳、報告廳等場所，宜按靠近或遠離講臺分組；4 除上述場所外，所控?zé)袅锌膳c側(cè)窗平行。5.2 除了以上常規(guī)照明節(jié)能控制方式外，對于管理要求較高的建筑，一般會將照明進行集中后臺控制，節(jié)約現(xiàn)場管理

19、人員成本，常用的方式有樓宇自動化控制（即采用接觸器接入BAS系統(tǒng)控制）和智能照明控制。接觸器控制和智能照明控制兩種照明控制方式各有特點，表1為兩種方式比較總結(jié)。比較項目方案一（接觸器控制）方案二（智能照明控制）系統(tǒng)功能可以實現(xiàn)較為簡單的模式控制，主要包括時間表控制和分組控制，一般為大面積區(qū)域控制可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的模式控制，包括時間表控制、分組控制、亮度控制、調(diào)光控制、紅外感應(yīng)控制等可操作性一般，在控制室集中控制強，除在控制室集中控制外，還可以在操作方便的地方靈活設(shè)置面板開關(guān)，實現(xiàn)各種模式控制擴展性難，需要重新接線容易，修改控制模式只需修改軟件，不需重新布線接口協(xié)調(diào)量大，與BAS均為硬線接口小，

20、與BAS為通信接口光源壽命電壓波動影響壽命采用軟件啟動延長壽命節(jié)能效果運營過程中較難實現(xiàn)節(jié)能效果可通過調(diào)光降低能耗工程投資較低較高 表 1 照明控制方式比較 通過比較，采用智能照明控制可以實現(xiàn)靈活的控制方式，同時對燈具也有一定的保護作用，延長光源壽命，不過也有工程投資較高等問題，所以在實際設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)工程實際及建設(shè)方意見來選擇合適的控制方式。6 智能照明系統(tǒng)智能照明系統(tǒng)已成為當(dāng)今綠色照明控制的主流技術(shù)和發(fā)展趨勢，它有一套獨立的控制協(xié)議，相對BAS系統(tǒng)來說比較簡單，由于系統(tǒng)獨立，不受其他系統(tǒng)干擾，完全能滿足對照明控制的需求，價格也越來越有競爭力。目前智能照明控制系統(tǒng)多數(shù)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，具有

21、分布式智能控制的特點和開放性；而且產(chǎn)品具有多種接口單元(RS232、以太網(wǎng)等)和功能強大的接口程序，許多系統(tǒng)或軟件均可方便地與之集成。因此，采用智能照明控制系統(tǒng)會使設(shè)計更簡單，安裝更快捷，使用更靈活，管理更方便。一個優(yōu)秀的智能照明系統(tǒng)可以提升照明環(huán)境的品質(zhì)，改善提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量。 表 2 某商業(yè)中心公共部位智能照明控制功能表 表2為之前已設(shè)計完成某商業(yè)步行街公共照明，采用智能照明控制的功能表。a) 對于T1T4開燈時段定義為：T1: 9:3010:00（營業(yè)前30min）；T2: 10:0018:00（營業(yè)至日落）；T3: 18:0022:00（日落至閉店）；T4: 22:009:30（閉店后）；b) 對于照明回路AH定義為：A：基礎(chǔ)照明（步行街吊頂上的筒燈、金鹵燈等燈具，不包含應(yīng)急照明）的50%。（照明回路A、B間隔布置） B：基礎(chǔ)照明（步行街吊頂上的筒燈、金鹵燈等燈具，不包含應(yīng)急照明）的50%。（照明回路A、B間隔布置） C：應(yīng)急照明。 D：用于調(diào)節(jié)“室內(nèi)步行街端頭等無采光頂或透明幕墻的特殊部位”的照度（與回路A、B、C間隔布置）。 F1：采光頂?shù)跹b金鹵燈的50%。（照明回路F1、F2間隔布置） F2：采光頂?shù)跹b金鹵燈的50%。（照明回路F1、F2間隔布置） G1：