照明節能設計新思

康軍強 陳 偉 熊小明

（北京市水利規劃設計研究院 北京 100048）

1 工程簡介

大寧調蓄水庫庫區綠化美化工程是在大寧水庫西堤、南堤堤頂路及中堤安裝巡庫路路燈，在工程最初照明方案中路燈采用時鐘控制方式，但是時鐘控制方案不能根據用電的波峰波谷（前半夜和后半夜）來調節電壓，從而造成電能浪費現象，且燈具長期受波峰波谷電壓的沖擊，容易造成燈具使用壽命低，更換維護費用大。本工程安裝150W/盞共計415盞路燈，照明總容量為62.25kW。隨著社會對節能意識的加強，減少碳排量成為生活生產中不可缺少的一部分，為了響應國家節能減排的號召，提高本工程的節約用電水平，在工程施工階段對方案進一步優化，最終決定采用智能節能照明控制器控制巡庫的路照明燈具。

2 智能節能照明控制器的特點

隨著科學技術的快速發展，尤其是微處理器技術和現代電力電子技術的發展，智能節能照明控制器應運而生，該產品在照明工程中的應用有效地解決了燈具長期受波峰波谷電壓的沖擊的問題，延長了燈具的使用壽命并減少了燈具維護費用及降低了維護人員的工作量。它具有以下特點：

2.1 照明節能

受人類生活生產規律的影響，現階段國內電網普遍存在前半夜電壓偏低后半夜電壓偏高現象，而后半夜對道路及一些公共場所照度要求并不高，在現階段大部分道路及一些公共場所后半夜的照度與前半夜一樣，這樣就造成了照明用電過多無謂的浪費；如果在這些場所采用智能節能照明控制器，就可以根據現場要求自由的設定降壓的幅度，使燈具工作電壓被限制在一個合理的電壓水平，以達到燈具節能的效果。智能節能照明控制器可以實現三相完全獨立工作，各相帶不同的燈具類型，并可根據各相燈具的特性和照度要求分別調整降壓幅度及限壓水平，能將照明要求與節能控制在一個平衡位置，達到節能要求。

2.2 燈具保護19

智能節能照明控制器對燈具的保護主要體現在以下幾個方面：

（1）降壓及限壓。通過對照明回路的降壓及限壓，有效的避免了后半夜電網電壓升高，防止燈具長期工作在一個不穩定的電壓環境下容易損壞的情況。

（2）軟起軟停。智能節能照明控制器對照明燈具采用軟啟動、軟關閉的控制方式，有效的防止了過電壓及冷啟動大電流對回路中燈具的沖擊，使得燈具的損壞率大幅度降低。

（3）燈具預熱。常規下啟動鈉燈、汞燈等燈具的是在邊通電邊啟動，無預熱時間，而采用智能節能照明控制器控制鈉燈、汞燈等燈具，可以對這些燈具設定可調的全壓預熱啟動時間，使得燈具能更充分的預熱，平穩過渡到燈具正常的工作狀態，有效的保護了燈具。

2.3 智能控制

智能節能照明控制器的控制主要由以下幾個方面構成：

（1）多種控制方式。智能節能照明控制器支持時控、光控、現地控制、時光混合控制、遠程控制、經緯度自動控制等，還可以實現全夜燈控制及半夜燈控制。

（2）智能調節。智能節能照明控制器三相可以完全獨立工作，可以獨立調節各相開關燈的時間及輸出電壓，各相可以接不平衡照明回路和不同類型的照明回路。

（3）自啟動。智能節能照明控制器具有完善的自啟動功能，當外部供電故障或者回路發生故障被排除后，通過智能節能照明控制器自檢可以對故障回路自動重啟。

（4）遠程控制。智能節能照明控制器均配有RS485接口，使用標準的MODBUS通信協議，能實現與燈具管理所之間的信息傳遞，還可以在燈具管理所微機軟件中對路燈的參數進行設定和修改，能遠程監控整個區域的照明系統。

3 智能節能照明控制器的控制原理

智能節能照明控制器主要由主控芯片、傳感器、轉換器、顯示模塊、傳輸接口等構成，這些電子元器件所構成的控制器就可以組成多種控制方案。本工程根據巡庫路路燈實際工作情況，我們采用了半夜燈和全夜燈的智能節能照明控制器控制方案。全夜燈和半夜燈的接線中，全夜燈為整夜工作的燈具，半夜燈為后半夜關閉的燈具。

4 智能節能照明控制器的工作曲線

可編程的電壓——時間工作曲線如圖1所示。

圖1 可編程的電壓-時 工作曲線

圖中的1線為未使用智能節能照明控制器的工作曲線，2線是使用智能節能照明控制器正常運行時的工作曲線，該曲線可以根據現場情況進行任意調整。1線與2線所夾部分表示通過降壓限壓實現的節能效果。

5 照明負 電流計算方法

巡庫路照明采用三相供電。將負載平均分配到每組工作，使三相負載均衡，所以計算每相的負載電流通常使用以下公式計算：

每相電流=總功率÷功率因數÷額定電壓÷3

對于燈具的選擇方面，主要是阻性負載和容性負載。其中，阻性負載包括：普通白熾燈、碘鎢燈、鹵素燈等，這類燈具功率因數接近 1，負載電流計算為每相電流=總功率÷額定電壓÷3；感性負載包括：鈉燈、汞燈、熒光燈等，這類燈具功率因數為0.4～0.75，負載電流計算為每相電流=總功率÷功率因數÷額定電壓÷3。本工程巡庫路全長10.375km，雙側布置燈具，共布置415盞路燈，每1km設置一配電柜，每一配電柜負載40盞150W鈉燈，燈具均未加單燈補償，功率因數為 0.4，電流I=40×150÷220÷0.4÷3=22.73A。

其中需注意的是：（1）對于鈉燈、汞燈等類型的燈具應考慮啟動電流大于額定電流的 20%左右；（2）對于具有單燈補償的燈具，建議功率因數應補償到大于0.9；（3）單燈補償或集中無功補償時，不能因為過補而補成容性負載。

6 使用節能照明控制器的經濟效益

6.1 經濟效益計算

巡庫路照明總容量62.25kW，電網電壓長期穩定在380V，考慮到水庫周邊離城市較遠，道路的使用率比一般城市道路要低，每天的照明小時數按10個小時計算，所以每年的照明總小時數約為：365天×10小時=3650小時，其中路燈在額定電壓下工作按每天3小時計算，每年在額定電壓下工作的總小時數為365×3=1095小時，路燈在節電電壓下工作的總小時數為365×（10-3）=2555小時。根據北京地區非居民照明電價0.6357元/kWh計算。鈉燈的使用壽命最常用的是平均壽命一般標稱的是24000小時，實際使用可以用兩年以上，我們取設計壽命為6000小時，鈉燈的價格按400元/盞計算，采用智能節能照明控制器節能效果一般可達10~45%，節電率取 0.25，可延長燈具使用壽命達1~2倍，取1.5倍。

（1）直接節電效益分析

未采用智能節能照明控制器每年總電費為62.25kW×10h×365天×0.6357元/kWh=144439元。

采用智能節能照明控制器每年總電費為62.25kW×3h×365天×0.6357元/kWh+62.25kW×7h×365天×0.6357元/kWh×0.75=119162元。

可以看出采用了智能節能照明控制器每年能節省電費為144439-119162=25277元。

（2）間接效益分析

未采用智能節能照明控制器燈具壽命為 6000小時，每年更換燈具次數為3650÷6000=0.61次。更換燈具費用為 415盞×400元/盞×0.61=101260元。采用智能節能照明控制器燈具壽命為 6000小時×1.5=9000小時，每年更換燈具次數為 3650÷9000=0.41次。更換燈具費用為415盞×400元/盞×0.41=68060元。

可以看出采用了智能節能照明控制器每年間接節約修理及更換費為101260-68060=33200元。

從以上直接節約電費和間接節省修理和更換費每年總計節省費用為25277+33200=58477元。

6.2 投資回收期

本工程巡庫路照明共采用 10臺智能節能照明控制器，總投資約 15萬。從直接節約電費和間接節省修理和更換費來看，收回前期采購智能節能照明控制器總費用大約需要150000÷58477=2.57年。

7 結論

根據本工程經驗來看，現階段智能節能照明控制器單臺價格偏高，成本的收回期偏長，如果能控制在2年以內將是一個比較合理的水平，不太適合大面積應用，但是隨著電力電子技術的發展，智能節能照明控制器的價格下行及技術提高將是必然趨勢。根據我國對世界的承諾“爭取到 2020年非化石能源占一次能源消費比重達到15%左右，單位國內生產總值二氧化碳排放比 2005年下降40~45%”，降低城市化建設中的夜景照明電能消耗將勢在必行。