大學校園照明節能技術應用簡析

馮國君

摘 要：隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，能源過度消耗已經成為制約發展的重要問題。照明用電作為與我們日常生活息息相關的用電消耗，已占據全球能源總消耗的19%，具有用電負荷高、負荷分布廣、節能空間大等特點，所以照明節能技術的研究和應用符合國家節能戰略，有著重大的現實意義，近年來受到廣泛的研究和關注。

關鍵詞：照明節能；智能燈光控制；LED光源

文章依據現有國家標準，并結合了某校新校區校園建設提出一套較完整的建筑照明技術應用方案，并對節能效果進行初步分析和評價。下面將從光源選擇、布置配電、智能控制和管理維護等方面作了介紹。

1 光源選擇

目前市場上的燈具按光源分主要有三類：熱輻射光源、氣體放電光源和半導體光源。其中熱輻射光源以白熾燈和鹵鎢燈為代表，由于光效太低已經很少使用；氣體放電燈主要包括高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等，具有光效高，壽命長等優點，一般用于室內大空間和室外照明；半導體光源包括熒光燈和LED燈，熒光燈目前廣泛應于室內照明領域，LED燈是一種新興的高光效光源。本項目選擇鹵鎢燈、金屬鹵化物燈（金鹵燈）、熒光燈和LED燈四種光源作為燈具的主要選擇類型，并針對其不同的特性分析對比應用于不同場合。根據各種光源的優勢和缺點可知，LED燈和熒光燈的選擇成為近年來爭議的焦點。

根據國際知名燈具廠商提供資料，目前相同功率的LED燈價格約為熒光燈的2～3倍，但是LED燈具有光源效率高、不使用鎮流器、功率因數高、使用壽命長等節能優勢，相同照度下節約電能消耗30%～40%，預計一年內即可節省前期增加的開支，所以這里采用LED燈作為主要光源之一。

針對學校不同場所的照明要求，對燈具選擇歸類如下：鹵鎢燈泡顯色指數高，主要應用于特殊醫學實驗室等對辨色有特殊要求房間的局部照明；大功率金鹵燈一般功率較大，且光效較高，主要應用于體育館，體育場等室內室外大空間場所；LED燈管光效較高，普遍應用于教室、宿舍、圖書館等學習場所；熒光燈管顯色指數優于LED燈管，用于實驗室等場所照明。

2 燈具布置與配電

前面已經談到，照明節能必須在不影響照明質量的前提下。尤其在學校建筑照明中，滿足照度要求是一切照明設計的基礎。可以采取以下措施提高維護系數：（1）在不設吊頂的大教室或圖書館自習區等空間燈具采用吊鏈安裝。（2）裝修時墻面和頂棚采用高反射比涂料。（3）庫房、宿舍等區域采用裸LED燈管，教室采用高漫反射格柵燈盤。

采取以上措施在保證照度和眩光值要求的同時有效減少了燈具的安裝數量，達到節能的目標。此外，在照明配電設計中，通過合理設置配電箱位置、適當增加配電線徑、三相平衡配電等措施有效減小線路損耗，達到節約電能的目標。

3 智能照明控制系統

3.1 系統選擇

目前照明節能控制技術主要分為兩大類，分別通過調光技術和智能感應開關技術實現。

（1）調光技術。調光技術主要通過串電阻調壓和可控硅調壓兩種方式實現。其中串電阻調壓本身并不能實現電能的節約，目前基本不再使用；而可控硅調壓是通過控制晶閘管開關來實現對燈具兩端電壓和頻率的控制，能夠較好的滿足燈光控制要求。但是這種方法也有很多缺點：首先系統復雜，成本過高，不適合大范圍應用；其次采用可控硅導致電流波形畸變，人為引入了諧波和無功損耗；此外燈具兩端頻繁的電壓變化會導致燈具使用壽命縮短。

（2）智能感應開關技術。智能感應開關技術指通過聲/光感應模塊、人體紅外感應模塊等收集環境信息，并進行智能分析對燈具進行分組開關控制，在滿足使用要求的情況下避免電能的浪費。目前國際主流的解決方案是基于KNX協議的智能燈光控制系統。其硬件組成由設在中控室的智能燈控主機、分設在每個照明配電箱內的智能燈光控制器、不同種類的感應模塊和智能燈光控制面板構成，以i-Bus總線相連，并在KNX協議框架下互相通信進行交互工作。智能燈光控制系統能夠通過合理分組開關燈具實現節能的目標，本工程采用這種形式對公共區域進行照明節能控制。

3.2 實現方案

針對大學不同公共區域的不同使用特點，文章選取圖書館和公共走廊、樓梯間等典型區域的智能照明方案進行介紹。圖書館自習區對照度要求較高（300lx），傳統管理方法往往無論是否有人自習都打開所有燈，這樣雖然滿足了照度要求，但是電量浪費嚴重。具體思路為：對自習區和公共走道進行分回路控制。利用每個自習分區的紅外感應探測器（探測直徑6m）判斷是否有人自習，當區域無人自習時，切斷自習區照明保留走道區照明，此時滿足走廊照度要求（100lx）。當有學生進入該區域自習時紅外感應探測器動作發出信號打開自習區域照明，滿足學習照度要求（300lx）。學生也可以用墻上的智能控制面板進行多種模式的選擇控制。公共走廊和樓梯間等區域的照明節能設計與圖書館類似。走廊采用專用紅外感應探測器（探測范圍：3m×20m），當有人進入走廊時智能燈光控制器點亮走廊照明。此外，中控室的智能燈光控制主機可以對整個大樓各個區域的照明進行分區、定時控制，能夠有效節約無人使用區域的電能，達到很好的節能效果。

4 管理與維護

前面提到的都是設計方案，對于建筑照明節能來說，管理和維護環節也非常重要。為了方便節能管理，本設計方案在主要功能建筑設置了能源管理系統，利用設在中控室的能源管理主機采集分設在每個照明箱的智能電表數據，分區匯總電量使用情況、功率因數、計算波峰波谷和損耗，通過考核、限制、鼓勵等方式培養用戶節電使用習慣，達到更高的節能水平。另外，定期更換老化燈具和器件，對燈具表面進行清灰，可以有效提高式（1）中的維護系數指標，維持照度水平達到節能目標。

5 結語

文章結合某新校園建設從光源選擇、燈具布置與配電、智能燈光控制和管理維護四個方面詳細介紹了具體的節能措施，其中光源選擇和智能燈光控制的采用與現有照明設計相比節能效果明顯，綜合節能效果達到50%以上，不僅能夠實現節能減排目標，而且能夠在一年內節省回因節能增加的投資成本，具有現實的應用價值，為今后相關新建項目提供了一種新的思路。

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