水泥廠推廣應用“綠色照明”節能效果的分析和研究

閆光啟 王琳琳 栗 克 顏 妍 程曉東 慎建軍 萬 朋 高國防

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

視覺是光射入眼睛后產生的一種知覺，即視覺依賴于光。為了保證視覺功能的正常發揮，必須創造一個良好的光環境。隨著科學技術的進步，人類物質文明和精神文明得到不斷提高，照明已遠遠不是一般概念的滿足一定的光度、色度（或者說亮、暗和顏色）的要求，簡單地照亮某一個空間環境的問題，而是要根據某一特定環境的特性，賦予一定的藝術、文化內涵或表達出某種特定意義。20世紀80年代末90年代初，人們開始把照明提高到“照明文化”或“光文化”的高度來認識。20世紀90年代初期，美國環保局首先提出“綠色照明”的理念，并很快得到聯合國環保署以及許多發達和發展中國家的支持。《建筑照明設計標準》GB50034-2004中將“綠色照明”作為專業術語提出，并將其理念貫穿于整個標準。“綠色照明”內涵是在滿足照明質量和視覺效果的前提下，是指通過科學的照明設計，采用高效的優質照明電器產品（如緊湊型、細管型熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等）、高效節能的燈用電器附件（如電子鎮流器等）、高效優質的照明燈具（如高效反射燈罩等）、先進的節能控制器（如調光裝置、聲控、光控、時控等）等一系列照明節電產品和技術，達到高效、安全、舒適、有益于人們的身心健康，有益于人們從事工作、學習、生活以及一切活動的高質量、高水平、高格調的照明。

光源無疑是實現環境照明的主體，但裸露的光源，無論如何也達不到上述的高質量、高水平、高格調的照明效果。因此，品種規格繁多、性能和質量優良的照明燈具的誕生，正是適應了這一個客觀形勢需要。建筑照明工程的設計，就是根據不同的電光源和燈具的性能特性及功能用于各種不同的建筑環境中。

照明光源品種很多，按發光形式分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發光光源三類。

①熱輻射光源。電流流經導電物體，使之在高溫下輻射光能的光源。包括白熾燈和鹵鎢燈兩種。

②氣體放電光源。電流流經氣體或金屬蒸氣，使之產生氣體放電而發光的光源。氣體放電有弧光放電和輝光放電兩種，放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種。弧光放電光源包括∶熒光燈、低壓鈉燈等低壓氣體放電燈，高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強度氣體放電燈，超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈，以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。

③電致發光光源。在電場作用下，使固體物質發光的光源。它將電能直接轉變為光能。包括電致發光光源和發光二極管兩種。

表1 照明光源的分類

從表2可以看出,光效較高的有高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和熒光燈等;顯色性較好的有白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈和金屬鹵化物燈等；壽命較長的光源有熒光高壓汞燈和高壓鈉燈；能瞬時啟動與再啟動的光源是白熾燈、熒光燈；輸出光通量隨電壓波動變化最大的是高壓鈉燈，最小是熒光燈。維持氣體放電燈正常工作不至于自熄尤為重要,從實驗得知，熒光燈當電壓降至160 V、HID燈電壓降至190 V會自熄。

表2 主要電光源的技術性能指標

目前，照明光源已經從第一代光源（白熾燈），到第二代光源（高壓汞燈），再到第三代光源（高壓鈉燈），正向LED、大功率節能燈和無極燈等第四代更高效更節能光源的方向發展。

“安全、適用、經濟、美觀”是對照明裝置設計的基本原則。

安全∶包括人身安全和設備的安全。

適用∶在提供一定數量與質量的照明的同時，適當考慮維護工作的方便、安全以及運行可靠。

經濟∶一方面盡量采用新穎、高效型燈具；另一方面在符合各項規程、標準的前提下節省投資。

美觀∶在滿足安全、適用、經濟的條件下，適當注意美觀。

具體的方法，主要體現在以下幾個方面：

①科學選用電光源是照明節電的首要問題。當前，國內生產的電光源的發光效率、壽命、顯色性能均在不斷提高，節能電光源不斷涌現。應逐步用氣體放電光源替代熱輻射電光源，并盡可能選用光效高、壽命長的新型光源替代傳統光源。

高壓鈉燈光效是白熾燈的8～10倍，壽命長、特性穩定、光通維持率高，適用于在顯色性要求不高的道路、廣場、碼頭和室內高大的廠房和倉庫等場所照明。

金屬鹵化物燈，具有光效較高、顯色性較好、功率大的特點，適用于大面積照明場所。

熒光燈比白熾燈節電70%,適用于在辦公室、宿舍及頂棚高度低于5米的車間等室內照明。緊湊型熒光燈發光效率比普通熒光燈高5%,細管型熒光燈比普通熒光燈節電10%。

高品質的工業照明不僅能夠很好的滿足工業生產的極端環境，降低能耗，而且更舒適的視覺環境有助于使員工顯著緩解長時間工作疲勞，保持良好的工作狀態，從而提高生產效率、減少工作差錯率、提高合格率、降低生產安全事故等。

②合理選擇照明燈具，燈具的主要功能是合理分配光源輻射的光通量，滿足環境和作業的配光要求，并且不產生眩光和嚴重的光幕反射。選擇燈具時，除考慮環境光分布和限制眩目的要求外，還應考慮燈具的效率，選擇高光效燈具。

③合理選擇照度和照明方式，選擇照度是照明設計的重要問題。照度太低，會損害工作人員的視力，影響產品質量和生產效率。不合理的高照度則會浪費電力，選擇照度必須與所進行的視覺工作相適應。

④加強照明用電的管理，加強照明用電管理是照明節電的重要方面。照明節電管理主要以節電宣傳教育和建立實施照明節電制度為主。使人們養成隨手關燈的習慣。

⑤其它照明節電措施，照明線路的損耗約占輸入電能的4%左右,影響照明線路損耗的主要因素是供電方式和導線截面積。大多數照明電壓為220 V，照明系統可由單相二線、兩相三線、三相四線三種方式供電。三相四線式供電比其他供電方式線路損耗小得多。因此，照明系統應盡可能采用三相四線制供電。

⑥照明燈具端電壓的電壓偏移值一般不高于其額定電壓的105%。最遠一個燈具的端電壓根據工作環境的不同，一般不宜低于下列數值∶控制室和儀器操作室為97.5%;外部照明燈具為95%；不太重要的場所可以允許90%。根據我們的調查，個別工廠的照明燈具電壓高達245 V,這將極大地影響照明光源的使用壽命,希望引起管理部門的重視，并采取有效的管理措施。

水泥工廠中的各類建筑、作業場所很多，照明要求各異（具體要求參見GB50529-2008《水泥工廠設計規范》）。目前水泥廠照明電耗約占全廠總電耗的1%，雖然比重不大，但有較大節電潛力。做好水泥廠照明節能設計有利于水泥廠整體節電，同時對推廣綠色照明理念和提高節能意識有重要意義。2004年建設部發布了GB50034-2004《建筑照明設計標準》國家標準，此標準在原GB50034-1992《工業企業照明設計標準》的基礎上，總結各類建筑的照明經驗，并參考了國內外照明標準和照明節能標準，此標準具體詳實，基本覆蓋水泥工廠的照明要求。

在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下。力求減少照明系統中光能的損失，從而最大限度的利用光能，通常的照明系統的節能設計措施有以下幾種∶

①充分利用自然光，這是照明節能的重要途徑之一。在設計中，電氣設計人員應多與建筑專業配合，做到充分合理地利用自然光，使之與室內人工照明有機地結合，從而大大節約了人工照明電能。

②合理設置照明燈具的安裝高度，如降低燈具高度便可以減少燈具數量,并保持原來的照度；燈具與工作面之距離降低為原來一半,照度就可提高4倍。

③需要高照度工作的地區或機械，可采用局部照明，較省電。

④要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質量的前提下，一般房間及辦公場所應優先采用高效發光的熒光燈(如T5，T8管)及緊湊型熒光燈，高大車間及廠房等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

⑤推廣使用低能耗性能優的光源用電附件，如電子鎮流器、節能型電感鎮流器、電子觸發器以及電子變壓器等；公共建筑場所內的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具∶緊湊型熒光燈優先選用電子鎮流器；氣體放電燈宜采用電子觸發器；等等。

⑥礦山、長皮帶廊以及場前區的道路和窯尾塔架的照明,建議采用LED型的太陽能和風電互換功能的蓄電池燈。

⑦條件許可的地方也可采用無極燈。因為無極燈是采用電磁感應發光，配以IC控制電子整流器，具有高光效、高功率因數等特點，故在同等照度情況下可以節約電能50%～90%。

表3 NG系列高壓鈉燈和大功率節能燈光源的技術性能指標比較

1）建議

①在辦公場所和電力室內選用管型或緊湊型熒光燈，在高大廠房和多粉塵車間內部以HID金鹵燈、鈉燈等為主，輔以大功率節能燈的混合照明方式；

②在皮帶檢修廊道、樓梯和檢修平臺等位置,以大功率節能燈為主要照明燈具；

③對于比較大的照明區域，采用雙回路供電方式，如此，即可以防止由于單個照明回路故障而引起的照明安全問題，還可以消除由于氣體放電光源產生的頻閃效應，另外，還可以對照明區域采取比較靈活的管理方式；

④采用混合光源照明和多回路供電方案，可以彌補由于HID光源再次點燃時間長的缺點。提高照明安全的可靠性；

⑤在各個獨立建筑物處設置分照明配電箱，并從電力室的照明總配電箱以三相四線電源方式饋電。即可以減少電力室內的敷設電纜線路，還可以降低照明線路的損耗；

⑥防止由于照明配電回路的電壓過高而帶來的照明光源壽命減少的現象，并可以在部分照明配電回路設置采用 “高頻PWM交流穩壓技術的調壓器”在燈溫、電弧、電流穩定后精密連續調壓，不管是節電率還是延長燈具壽命,都有非常滿意的效果。

在工程實際中，經測量以及人工觀測，當電壓在 220 V附近小范圍下降時（220～195 V），電壓下降，功率成平方快速下降，此時照度只是輕微下降，節電率在15%以內。在195 V繼續下降，照度出現比較大的下降幅度。因此建議對照度要求比較高的場所，控制電壓在 195 V以上，如果對照度沒有要求，可以將電壓控制在 195～170 V的程度，節電率可達30%或更高；

⑦照明配電系統推薦采用TN-S、TT系統，凡可觸及的金屬燈桿和配電箱等金屬照明設備均需保護接地，接地電阻應小于10 Ω。鑒于TN、TT接地系統所存在的一些缺點,建議采用300～500 mA漏電開關作為配電保護，可使接地故障時人身安全得到保障；

⑧由于HID燈屬于典型的非線性負荷，其配電線路中含有以三次諧波為主的奇次諧波電流。理論分析和實驗測定都表明，即便是三相完全平衡的氣體放電燈線路，N線上通過的高次諧波仍達相線電流的30%以上；建議新建水泥廠配電系統中，采用單獨的照明配電變壓器，同時向聯合水泵站和車間檢修箱供電；

⑨在重要場所，尚應設置帶有蓄電池的應急照明燈或用蓄電池組供電的備用照明，作為發電機組投運前的過渡期間使用。

2）結論

企業向內控制成本節約一分，所取得的效益，遠勝于市場銷售業績增加十份的努力。

[1]韋課常.電氣照明技術基礎與設計[M].中國電力工業出版社,1980.

[2]王曉東.電氣照明技術[M].機械工業出版社,2004.

[3]陳大華.傳統光源和固體光源的綜合評述[J].

[4]中國航空工業規劃設計研究院等.工業與民用配電設計手冊[M].中國電力工業出版社,2005.

[5]GB50034-2004,建筑照明設計標準[S].