嶺南歷史建筑改造中的照明節(jié)能技術

俞　洋，陳華堅

(華南理工大學建筑設計研究院，廣東 廣州　510640)

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嶺南歷史建筑改造中的照明節(jié)能技術

俞洋，陳華堅

(華南理工大學建筑設計研究院，廣東 廣州510640)

摘要：闡述了嶺南歷史建筑照明現(xiàn)狀，提出了照明節(jié)能存在的主要問題，從光源、燈具及附件、配電線路及控制方式、維護與管理等方面進行分析，并結合案例進行分析，探討電氣照明節(jié)能的主要措施。

關鍵詞：嶺南；歷史建筑；電氣改造；節(jié)能；照明設計

引言

在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，節(jié)約能源已經(jīng)成為保證社會、經(jīng)濟、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的必要趨勢之一，而建筑照明節(jié)能是社會節(jié)能的核心組成部分之一。長期以來，嶺南建筑照明一味強調(diào)使用效果，卻忽視了節(jié)能問題。但是隨著能源日益短缺，照明節(jié)能的作用越來越重要。據(jù)統(tǒng)計，我國照明用電量約占全社會總用電量的12%，在嶺南建筑中，照明能耗更是占了整個樓宇電力消耗的30%以上，照明能耗之大成為不可否認的事實。因此，照明節(jié)能潛力巨大，照明節(jié)能設計迫在眉睫。《建筑照明設計標準》(GB 50034—2013)中提出照明功率密度(簡稱LPD)作為照明節(jié)能的評價指標，照明節(jié)能在電氣節(jié)能中舉足輕重[1]。

本研究中的嶺南歷史建筑是指寬泛的歷史建筑，即在嶺南地區(qū)濕熱條件下的有良好的地域適應性的傳統(tǒng)建筑、近代建筑和現(xiàn)代建筑，既包括了已公布法定的歷史建筑，也包括了部分被公布為文物保護單位或登記為不可移動文物的建筑物、構筑物，還包括尚未公布為文物保護單位、不可移動文物和歷史建筑的傳統(tǒng)建筑[2]。

1嶺南歷史建筑照明存在的主要問題

隨著節(jié)能意識日益深入人心，如今我國嶺南建筑照明節(jié)能的應用已經(jīng)取得了一定的成效與突破，但是在嶺南歷史建筑中往往在節(jié)能措施上不盡人意，主要存在以下問題。

1.1　照明光源

縱觀眾多嶺南歷史建筑，大部分采用了白熾燈、粗管熒光燈、大功率鹵素燈等光源，而此類光源光效低、壽命短、耗材多。

1.2　照明燈具

大多數(shù)嶺南歷史建筑中，大量選用了以下燈具類型：半直接型、全漫射型、半間接型及間接型，而此四種類型燈具向上向下的光通量依次約60%~90%、40%~60%、10%~40%、10% 以下，光通利用率低，浪費能源。

1.3　照明燈具附件

大部分嶺南歷史建筑中，絕大多數(shù)燈具采用了電感式鎮(zhèn)流器。電感式鎮(zhèn)流器由于有頻閃，耗電量大，多次啟動易損壞陰極，縮短燈管壽命，頻繁維修，易損壞燈具。

1.4 照明配電線路及控制方式

據(jù)了解，眾多嶺南歷史建筑中，照明配電線路路徑過長、迂回過多，造成電壓降較大，浪費能源。況且，照明配電線路多數(shù)采用了穿管明敷甚至不穿管明敷，存在著嚴重的安全隱患。同時，嶺南歷史建筑中往往一個翹板開關控制一連串大量的燈具，不能結合具體場所進行選擇合理的控制方式。如：走廊、門廳等公共區(qū)域不能進行分組分區(qū)控制；課室、辦公室等不能結合具體朝向充分利用自然光而進行分組控制；會議室、報告廳等場所不能進行智能調(diào)光控制。

1.5　照明的維護與管理

嶺南歷史建筑中，照明光源、燈具、附件及線路等未能得到定期的檢查、維護，由于線路的老化、灰塵的覆蓋等造成燈具效率大大降低，且存在著嚴重的安全隱患。

2解決方法

建筑照明節(jié)能，主要是提高系統(tǒng)(光源、燈具、啟動設備)的總效率，照明控制方式，天然光利用以及加強維護管理等方面綜合考慮。

2.1　選用高效節(jié)能光源

推廣使用高光效光源。各種照明光源的電能轉換中，高壓鈉燈的光效為最高，而熒光燈和金屬鹵化物次之，高壓汞燈較低，而白熾燈為最低。各常用光源特點及適用場合詳見表1。

表1　常用光源特點及適用場合[3-7]

總之，從光源的七大要素(光效、顯色性、色溫、使用壽命、啟動性能、裝飾性、單位比價)出發(fā)，在滿足場所功能需求的前提下，綜合分析選擇光源。

2.2　選用高效節(jié)能燈具

燈具按光通量在上下空間分布的比例分為五類：直接型、半直接型、全漫射型、半間接型和間接型。其光通量及特點見表2。

表2　各種類型燈具光通量及其特點對比表[4-5]

根據(jù)以上燈具的光通量及特點，為節(jié)約電能，在滿足眩光限制要求下，應優(yōu)先選擇直接型燈具。此類燈具效率大于90%，由于燈具上半球光有一定的比例，室內(nèi)空間亮度高，光環(huán)境亮度對比小，舒適而不易于疲勞，宜用于室內(nèi)各面反射率較高的場所，如辦公室、商店、公共場所等。

2.3　選用功率損耗低、性能穩(wěn)定的燈用附件

鎮(zhèn)流器，作為最為常用的附件之一，一般分為電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器兩大類，其特點見表3。

根據(jù)以上燈用附件特點的對比，為節(jié)約電能，合理選擇燈用附件的主要措施如下：

1)在連續(xù)緊張的視覺作業(yè)場所和視覺條件要求高的場所、在要求特別安靜的場所及青少年視看場所等應優(yōu)先采用電子鎮(zhèn)流器。

2)在需要調(diào)光的場所，可以用三基色熒光燈配可調(diào)光數(shù)字式鎮(zhèn)流器，取代白熾燈或鹵素燈，能大大提高能效。

3)選用的鎮(zhèn)流器的流明系數(shù)(μ)不應低于0.95。

表3　不同類型鎮(zhèn)流器特點對比表[4-5]

2.4　合理選用照明控制方式

合理的照明控制方式，不僅能給人類帶來方便，還能達到節(jié)能的效果。

1)手動控制。一個開關控制的燈數(shù)不宜過多，如小型辦公室宜每燈一開關，開關位置要合適，以便隨手控制開關；根據(jù)不同功能場所設置開關，如按班組設開關，體育設施按不同運動項目分區(qū)設開關；靠窗一側的燈具進行單獨控制。

2)自動控制。采用調(diào)光、定時、光控、紅外等開關進行自動控制，限制照明使用時間、調(diào)節(jié)照度等實現(xiàn)節(jié)電。如：定時開關可用于住宅樓梯照明、廣告照明、標志燈、值班照明等；辦公樓走廊區(qū)域的照明控制可采用紅外傳感器控制，達到人來燈亮人走燈滅的節(jié)能效果。

3)智能照明控制。智能照明系統(tǒng)主要由工作站、智能照明編程器、可編程開關控制器、控制面板、遙控器、手持式編程器及網(wǎng)絡設備等部件組成。系統(tǒng)采用分布式照明控制系統(tǒng)，模塊化結構，分散布置。該系統(tǒng)采用設置照明工作狀態(tài)的方式，按時進行自動開、關照明，通過智能化管理使系統(tǒng)能最大限度地節(jié)約能源。如：辦公樓中的會議室、報告廳、走廊、門廳等場所可優(yōu)先考慮智能照明控制，以達到節(jié)能效果。

3節(jié)能改造設計案例

3.1　項目概況

本項目為華南理工大學建筑設計研究院大樓改造，地處廣州，太陽高度角大，日照較小，太陽輻射強烈。主要功能為辦公，總建筑面積約3480m2。地上為3層，地下2層，為多層建筑。

3.2　光源的選擇

1)展覽廳、門廳、走廊、衛(wèi)生間、接見室、休息廳、會議室、樓梯選用了LED光源。

2)辦公室、網(wǎng)絡機房、UPS房、打圖室、茶水間、司機休息室、資料室、會議室選用了T5直管熒光燈和緊湊型熒光燈。

3.3　燈具的選擇

1)展覽廳、門廳、走廊、衛(wèi)生間、接見室、休息廳、會議室、樓梯選用了保護罩燈具。

2)辦公室、網(wǎng)絡機房、UPS房、打圖室、茶水間、司機休息室、資料室、會議室選用格柵燈具。

3.4　燈具附件的選擇

本工程燈具附件選用了標準型3AAA牌電子鎮(zhèn)流器。

3.5　控制方式的選擇

1)本工程各樓梯照明采用了聲光控制方式。

2)本工程小型辦公室、秘書室、衛(wèi)生間、強弱電間、打圖室等場所采用翹板開關手動控制方式進行控制。

3)本工程新增了智能照明控制系統(tǒng)，主要控制區(qū)域分別有：大堂、公共區(qū)域、會議室、VlP會客室、較高檔的辦公室、總工室、展廳等。在主控室做集中管理與監(jiān)控，達到節(jié)省用電又實現(xiàn)最佳的照明效果的目的，實現(xiàn)真正的智能管理。

3.6　智能照明區(qū)域控制功能詳述

3.6.1大堂

大堂(見圖1)的照明控制采用了照度控制、調(diào)光控制、 中央控制及定時控制。可以根據(jù)外界自然光來控制靠窗的回路照明，在采光效果好并且比較隱蔽的地方配置照度傳感器，用于自動感應控制外界的燈光。通過照度傳感器感光控制靠近室外的照明回路，根據(jù)外界自然光的亮度自動開關控制。同時配合時鐘控制模塊對大堂的燈光進行場景切換，來取得最佳的照明效果。

圖1　大堂智能照明效果圖Fig.1　The design sketch of intelligent lighting in the lobly

3.6.2公共區(qū)域

走廊區(qū)域(見圖2)的照明控制采用了紅外傳感器控制、調(diào)光控制，定時控制，中央控制。

通過時鐘控制方式來控制走道的燈光，設置白天、傍晚、晚上、下半夜、高峰期等多個場景模式。同時走廊區(qū)域開啟紅外設備感應，實現(xiàn)人來燈亮人走燈滅的節(jié)能效果。

圖2　走廊智能照明效果圖Fig.2　The design sketch of intelligent lighting in the corrider

3.6.3會議室

會議室(見圖3)的照明控制采用了面板控制、紅外傳感器控制、調(diào)光控制、空調(diào)、投影、窗簾控制的控制方式。

圖3　會議室智能照明效果圖Fig.3　The design sketch of intelligent lighting in the meeting room

在會議室的入門處安裝紅外感應器，當感應器感應到有人推開會議室的門或走進會議室，就會向系統(tǒng)發(fā)送對應的場景打開空調(diào)，打開靠墻的槽燈， 方便使用人員尋找到安裝在會議室門口位置的觸摸屏。

工作人員可以根據(jù)需要手動選擇會議模式、演講模式、報告模式等等，也可以通過會議室里面的觸摸屏，發(fā)送不同的模式來控制會議室內(nèi)的燈光、投影幕的升降和窗簾的開關控制及空調(diào)的的開關控制。且會議室的燈光控制系統(tǒng)可以和窗簾、投影儀設備進行聯(lián)動。

3.6.4VIP會客室

VIP會客室(見圖4)的照明控制采用了觸摸屏控制、紅外傳感器控制、調(diào)光控制、空調(diào)控制。當紅外感應器感應到人員來臨，歡迎模式打開，空調(diào)打開，會議模式開啟，這個時候紅外感應設備會自動屏蔽。

圖4　VIP會客室智能照明效果圖Fig.4　The design sketch of intelligent lighting in the VIP reception room

工作人員也可以根據(jù)需要手動選擇場景。觸摸屏安裝在會議室門口位置，工作人員可以去按觸摸屏而達到所需的模式，比如會議模式、演講模式、報告模式等等。

3.6.5較高檔的辦公室

此類辦公室(見圖5)的照明控制采用了紅外傳感器控制、空調(diào)控制、桌面藍牙控制。

圖5　領導辦公室智能照明效果圖Fig.5　The design sketch of intelligent lighting in the leador’s office

當人員進入辦公室，通過門口的的紅外測距感應技術和進入辦公室內(nèi)紅外探頭感應到后，系統(tǒng)會自動開啟室內(nèi)的燈光、空調(diào)等設備；

進入辦公室后，手機藍牙會自動與桌面藍牙相互匹配，匹配成功后，無線藍牙會發(fā)送打開辦公桌上燈光。當人員下班離開辦公室或中途離開辦公室時，手機藍牙與桌面藍牙鏈接斷開，系統(tǒng)會自動關閉燈光和空調(diào)。

當沒有藍牙時，可通過座位一側的紅外測距探頭來開啟座位上燈光。

3.6.6總工室

總工室(見圖6)的照明控制采用了紅外傳感器控制、桌面藍牙控制、空調(diào)控制。總工室門口安裝紅外測距設備進行感應控制。當人員進入，公共區(qū)域的燈光會自動打開；當人員走近辦公桌時，桌面藍牙發(fā)生感應， 桌面上燈光自動開啟；當一名人員離開辦公室，手機藍牙與桌面藍牙鏈接斷開，他所在的辦公區(qū)域燈光熄滅；當所有人員離開總工室，系統(tǒng)關閉所有燈光；當沒有藍牙時，可通過座位一側的紅外測距探頭來開啟座位上燈光。

圖6　總工室智能照明效果圖Fig.6　The design sketch of intelligent lighting in the chief engineer office

3.6.7展廳

展廳(見圖7)的照明控制采用了紅外傳感器控制、 調(diào)光控制、集中控制。

參觀人員進入展廳時，展廳開啟歡迎模式，隨著室內(nèi)燈光逐漸亮起。

當人員靠近展臺時，紅外設備啟動，展臺的投射燈亮起；當人員離開展臺時，燈光會自動熄滅。

圖7　展廳智能照明效果圖Fig.7　The design sketch of intelligent lighting in the exhibition room

4總結

通過以上對光源、燈具及附件、配電線路及控制方式、維護與管理等方面優(yōu)缺點的綜合比較，并結合嶺南地區(qū)實際工程案例進行分析，在嶺南歷史建筑照明改造中，應在考慮最初投資與長期運行的綜合經(jīng)濟效益的前提下，有以下建議：

1)優(yōu)先選用高效節(jié)能光源；

2)優(yōu)先選用高效節(jié)能燈具；

3)優(yōu)先選用功率損耗低、性能穩(wěn)定的燈用附件；

4)合理選用照明控制方式；

5)應定期的檢查、維護照明光源、燈具、附件及線路。

參考文獻

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[7] 劉兵. 民用建筑照明節(jié)能改造中LED節(jié)能效果分析[J].建筑電氣，2013，32(7)：62-64.

Lighting Energy Saving Technology in the Reconstruction of Historical

Buildings in South of the Five Ridges

Yu Yang，Chen Huajian

(ArchitecturalDesign&ResearchInst.，SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640，China)

Abstract：The paper elaborates the south of the Five Ridges historical architecture lighting situation, and puts forward the main problems of lighting energy saving. It carries on the analysis from various aspects, including the light source, lamps and accessories, power circuit and control mode, maintenance and management and other aspects. It combines with case analysis to explore the main measures for energy saving of electrical lighting.

Key words:the south of the Five Ridges; historical architecture；electric transformation；energy-saving; illumination design

基金項目：廣東省重大科技專項歷史建筑綠色智慧節(jié)能改造的技術集成與示范項目(2012A010800028)

中圖分類號：TM923

文獻標識碼：A

DOI:10.3969j.issn.1004-440X.2016.01.008