高校教室照明系統節能優化措施探析

趙家敏

高校教室照明系統節能優化措施探析

趙家敏

（云南開放大學 城市建設學院，云南 昆明 650223）

高校教室照明系統節能優化是我國建設節約型社會的重要組成部分。為有效節約高校教室照明用電，應從照明節能優化原則出發，采取多種措施節能優化措施，以達到照明節能目的。

教室照明；節能優化；LED；紅外感應開關

據統計，我國照明用電量已占總用電量的10%～12%，因此提高電能利用效率，無疑將較大幅度降低能源消耗，有效緩解目前我國用電旺季電力供應緊張局面。另外，根據目前國內照明用電情況調查，賓館、商場、教學樓、政府機關等公共照明系統多數處于無效管理狀態，導致電能使用效率降低、設備壽命縮短、使用和維護成本增加等現象。因此，照明節能優化已成為公共建筑公共照明的重要任務，必須在實際設計和使用中采用多種措施進行完善和重視。本文以公共建筑高校教室照明節能優化為例展開論述。

一、高校教室照明的現狀

（一）照明管理現狀

隨著國民經濟的快速發展和社會進步，高等教育被全社會關注和重視，校園規模隨著受教育者數量的增加而擴大，使得教室數量大幅度增加。目前高校教室照明用電處于一種粗放式管理狀態，一般為以下二種模式：一種是無專人管理，由學生自行控制開關；二是利用定時開關，根據作息時間開啟和關閉整個教學樓教室的照明電源。這兩種管理模式存在缺陷，易造成電能浪費。第一種模式可以靈活滿足不同季節、天氣、樓層和朝向的照度要求，布線和控制簡單，是一種常用的方式，也是最浪費電能的一種方式，因為在當前人們節能意識的淡薄情形下，極易出現白天室內照度很高，還普遍存在開燈作業；甚至當全部人員離開教室，卻無人關燈等電能浪費現象。第二種模式對節能有一定提高，但無法根據實際需要自動調節照明燈的照度，因而難以滿足管理要求。

（二）照明燈具現狀

由于受技術水平和成本投資的限制，在我國大多數高校教室照明中還大量使用粗管徑40WT12熒光燈、電感式鎮流器和簡易控照配光燈具等技術陳舊產品，這些高耗能燈具產品造成了高校教室照明系統電能的大量浪費。按照我國提出的“中國綠色照明工程”目標，高校目前照明節能潛力很大，一般節能方案均能達到節約15%～35%。

二、高校教室照明節能優化原則

（一）滿足建筑物基本照明功能

建筑照明節能優化時，要在滿足照明場所照度、色溫、顯色指數等技術指標要求的基礎上，通過采取合適的技術措施達到節能降耗的效果。

（二）考慮照明的實用經濟效益

建筑照明節能優化時，并不是簡單為了降低照明能耗而節能，也不能因為要節能而造成成本投資增加，增加系統運行維護費用，而是要通過照明方案優化，讓增加的成本投資，能夠在近幾年或較短時間內用照明所獲的節能效果來進行回收。

三、高校教室照明節能優化措施

在進行建筑照明設計布局過程中，要嚴格按照 GB50034-2004《建筑照明設計標準》、JGJ16-2008《民用教室設計規范》等技術規范要求，結合建筑物功能和照明場所實際特性確定適宜的照度標準值。要合理確定照明功率密度值、照明方式、減光補償、光通利用系數和控制系統等。建筑照明節能優化，應在滿足建筑物不同場所、不同部位對照度、色溫、顯色指數等技術指標要求的前提下，還要滿足技術上可行和經濟上合理。

（一）常規優化

1.加強照明節能宣傳

建筑照明節能，要充分發揮學校在建筑照明節能降耗工作中的主導作用，在全校范圍內全面開展師生照明節能宣傳工作，增強人們照明節能意識。聘用人員專門對無人使用的教室檢查照明、夜間晚自習后關閉高校教室照明管理，在新建建筑和既有建筑技術改造工程中，要結合相關技術規范標準，把建筑照明節能工作同綠色建筑其他節能領域相互結合起來，推動建筑照明節能工作高效順利開展。

2.采用高效率節能燈具

燈具是燈泡(管)的“時裝”。既要漂亮，又要有科學分配光的功能。它可以根據場所的需要，將光線送到不同的地方，即科學用光又能使人們的視覺舒適。調查結果上看，多數學校教室采用簡易控照熒光燈，其配光和光效均不是太好。例如將學校教室早期安裝的雙端直管型熒光燈梯形控罩式鐵皮涂白色油漆燈具，更換為拋光氧化鋁制作的雙曲面蝙蝠翼形狀配光燈具，其曲面使光分配更科學，反射系數高，可將燈具效率從75%提高到82%。由此可見，采用良好燈具也是一種節能辦法。

3.更換節能照明光源

根據調查結果，我國多數教室采用粗管徑（38mm）的40WT12熒光燈，其光效低和壽命短。采用高光效、長壽命和顯色性好的細管徑（26mm）36W的T8三基色熒光燈。T8燈比T12燈節約電能并提高光效在10%以上。有條件的學校可采用更細管徑（16mm）的T5三基色熒光燈，它比T8燈更能提高光效，但必須采用電子鎮流器，它可以消除噪音和頻閃現象。

4.采用節能型鎮流器

傳統型電感鎮流器的缺點是體積大、重量重，自身功率損耗大，約為燈功率的20%～25%，有噪聲、功率因數低、燈頻閃等，是一種不節能的鎮流器。電子鎮流器的優點是節能，其自身功耗低，功率因數高達0.9以上，燈光效率高、重量輕、體積小、啟動可靠、無頻閃、無噪聲、可調光、允許電壓偏差大等。例如36W熒光燈用電子鎮流器，功耗僅為1-3W。節能型電感鎮流器是采用低耗材料，其能耗介于傳統型和電子型之間。因此，選用優質節能電子鎮流器和節能型電感鎮流器對照明節能有較大幫助。

（二）新技術優化

1.推廣使用節能光源

按照我國教室照明規范要求，平均照度水平約在200lx左右，照度偏低，照明效果較暗，平均單位面積裝燈的功率約為10W/m2左右。為進一步改善我國學校教室的照明條件，達到國際標準最低水平300lx，我們需要應用新技術進行節能照明，廣泛使用LED日光燈不僅可以節約電能和保護環境，還可以提高照明質量和效果。

（1）LED日光燈管的特點

LED節能燈管是采用CREE與AOD超高亮LED白光作為發光光源，外殼為亞克力/鋁合金。LED節能燈管與傳統的日光燈在外型尺寸口徑上都一樣，長度有60cm和120cm、150cm三種，其功率分別為5W、7W、8W、9W、10W、12W、15W、16W、18W和20W等；而現在被廣泛使用的40W傳統日光燈（電感鎮流器）實際耗電約為68W。LED日光燈還有以下主要特點：

1）綠色環保，安裝簡單

傳統日光燈中含有水銀，泄漏會危害人體，

而LED日光燈不含任何有害物質，對環境起到保護作用，被公認為21世紀的綠色照明產品。安裝時將原有的日光燈取下換上LED日光燈，并將鎮流器和起輝器去掉，讓220V交流市電直接加到LED日光燈兩端即可。

2）高效轉換，減少發熱

傳統燈具會產生大量的熱能，而LED燈具則是把電能全都轉換為光能，沒有紫外線和紅外線，不會造成能源的浪費。光源角度小于180度，裝入燈具后所發出的光能充分利用，減少光損，燈具效率可達80%以上。

3）清靜舒適,光線柔和

傳統的日光燈使用的是交流電，所以每秒鐘會產生100～120次的頻閃。LED燈無噪音,不含紫外線，光源無頻閃，綠色環保型的半導體電光源，光線柔和，保護眼睛，不易使眼睛疲勞，確保使用的舒適與健康。

4）節省能源，壽命更長

整體燈具高達85lm/W以上的光效，更優越的出光特性，在相同照度下，使15W的LED日光燈相當于40W傳統日光燈，省電60%以上。壽命是傳統日光燈的10倍，可長期使用而無需更換。

6）堅固牢靠，長久使用

LED燈體本身使用的是環氧樹脂而并非傳統的玻璃，更堅固牢靠，沒有鎢絲，抗振動性好，便于運輸。

（2）節能效果分析

15WLED日光燈亮度要比傳統40W日光燈還要亮，是國家綠色節能照明工程重點開發的產品之一，是目前取代傳統的日光燈的主要產品。低電能消耗，比傳統日光燈管節電能省60-80%。

現以學校的一個標準教室為例進行節能效果分析，安裝有T5日光燈雙燈管燈具18個，每個功率80W，每天用電10h，學生每年在校為270天，那么每年該教室用電量為18× 0.08×10×270=3888kW.h。若換成 9W的LED日光燈雙燈管18個，每個功率18W，每天用電10小時，學生每年在校為270天，則每年該教室用電量為 18×0.018×10×270= 874.8kW.h；節約電能(3888—874.8)/3888=77. 5%。如果學校按照80m2折合教室數量為150間，則教室照明每年大約可節電4.52萬度，節能效果明顯。

2.改善照明控制方式

GB50034-2004《建筑照明設計標準》中明確列出照明優化節能控制的技術條文，要求每個照明開關控制光源數不宜太多；當房間或照明場所內裝設有兩列或多列照明燈具時，宜采取分組控制方式。結合照明燈具布置等因素，可采用光控、時控、感應等控制系統相互搭配，適時開斷照明燈具。智能化照明是照明控制系統節能優化設計重點，采用智能紅外感應開關與照明有機結合，可在大幅度提高照明質量的基礎上，使照明時間更準確，有效提高電能綜合利用效率。

（1）智能紅外感應開關工作原理

智能紅外感應開關是利紅外線輻射和自然光的雙重信號來實現對開關的控制從而達到節能的目的，適合于教室等公共場合，當有人進入開關感應范圍時，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，通過菲泥爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上，開關自動接通負載，負載范圍為白熾燈、日光燈和節能燈等各類燈具，從而實現照明控制智能化。人不離開感應范圍，開關將持續接通，人離開后，開關延時（5～120s）自動關閉負載；光線強時不感應，帶感光調節（也可自由調節在任意光線下感應或全天侯感應），光控感應為5～500lx；實現人到燈亮，人離燈熄，人性化，安全節能。

（2）應用效果分析

智能紅外感應開關感應距離為5～8米，感應角度為140°圓錐角，可根據實際情況調整感應距離和感應角度。因此，可將教室劃分幾個區域，在每個區域安裝智能紅外感應開關，用熱釋電紅外探測器探測該區域是否有人，用光敏電阻探測該區內光強大小，從而控制該區域內燈的啟停，實現高校教室照明終端精細化自動控制，杜絕高校教室照明的浪費現象。

現以學校的一個標準教室為例進行節能對比分析，根據國際標準規定教室照明的功率密度約為20W/m2，設教室面積為80m2，按照高校教室照明習慣，每天開燈時間平均為10小時，學生每年在校為270天，一間教室平均年用電量約為80×0.02×10×270＝4320kW.h；若其它條

件不變，將普通開關更換為智能紅外感應節能開關，按照自然采光可達到的照度標準，則每天使用時間平均為5小時，一間教室平均年用電量約為80×0.02×6×270＝2592kW.h；一間教室每年節省電能約為(4320—2592)/4320=40%。如果學校按照80m2折合教室數量為150間，則教室照明每年大約可節電2.6萬度，按每度電0.5元，則每年可節約電費2.6×0.5=1.3萬元。目前紅外感應開關平均價格約為90元，而普通開關平均價格約為30元，如果一個教室按安裝4組控制開關算，則一個教室的安裝價差為（90-30）×4＝240元，150間教室的安裝價差為150×240＝3.6萬元，但按照開關正常使用壽命為10年以上計算，采用智能紅外感應開關感來控制照明的節能效果是非常顯著。

四、結語

高校教室照明設計過程中，應根據相關技術規范標準，適當參照國際標準，結合工程實際情況，充分優化照明方案、選擇高效節能燈具和設計智能照明控制系統等。本文從不同角度對教室照明節能提出優化措施，從節能和照明效果看，應用照明新技術節能，效果較為明顯。因此，在新建建筑和既有建筑技術改造工程中，要按照綠色建筑節能標準進行照明節能優化設計，為使用者提供一個健康、舒適和安全照明環境，有效提高使用者的照明水平。另外，在設計規劃過程中，要考慮建筑物全生命周期中的能源高效利用問題，并在節約投資、和提高照明質量的基礎上，按照優化措施進行方案設計，最低限度地降低照明對環境的影響，構筑生態環保、可持續穩定的綠色建筑照明。

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Discussion on the Power-saving Optimization of University’s Classroom Lighting System

ZHAO Jia-min
(School of Urban Construction,Yunnan Open University,Kunming 650223,Yunnan)

The power-saving optimization of university’s classroom lighting system is an important part of constructing economical society in China.This paper analyzes the present situation and problems of the university’s classroom lighting,and from the lighting power-saving optimization principle,discusses the various effective measures to be taken for the university’s classroom power-saving lighting system so as to achieve lighting power-saving purpose.It also provides reference for the power-saving optimization in the modification of public lighting system.

classroom lighting,power-saving and optimization,LED,infrared induction switch

G642.423

A

2095-6266（2014）03-085-04

2014-4-10

2013年度云南省教育廳科學研究基金項目“以就業為導向的建筑電氣技術課程教學改革與實踐研究”（2013Y 190）。

趙家敏（1976－），男，云南富源人，講師，碩士，主要從事照明系統節能研究。