建筑電氣照明節能技術

王 晨

（山東新達工程設計有限公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

在建筑行業發展過程中，不可避免地會出現資源浪費的情況。目前，環保理念已深入人心，建筑節能措施的應用可有效建設廢物排放水平，減少能源消耗程度，因此可有效緩解能源消耗壓力，進一步保護我國的生態環境，有助于社會的可持續發展。照明是滿足人民群眾日常生活的基本保障，照明系統作為建筑工程項目的核心系統，為了推動我國建筑行業的健康持續發展，緩解能源消耗所帶來的壓力，建筑電氣照明設計過程中，需要重視照明設備的節能效果，在建筑工程項目中靈活應用電氣照明節能技術，降低照明系統的能源消耗程度，對建筑電氣照明系統的照明效果進行優化，在滿足人民需求的前提下，優化資源應用模式，避免出現資源浪費的情況。

1 案例工程

1.1 工程概述

在我國私家車保有量急速增長的前提下，我國開始大面積修建地下停車場項目，與地面建筑項目相比，地下停車場是需要24h不間斷地照明，電力能耗在能源消耗占比中接近35%。本次案例工程主要為某地區的公共地下車庫，所采取的大底盤式建筑，建筑面積為251430m2，建筑內共有8個防火分區，而停車位數量一共有824個，隸屬于大型的地下車庫。案例工程設計有12個采光創口，4個地下車庫出口。該文只對大面積停車位以及行車道的照明節能措施進行分析。

1.2 地下車庫的照明設計

根據《建筑照明設計標準》（GB50034—2013）以及案例的具體使用情況來看，人民群眾對行車道的照度要求相對較高，對停車位的照度要求并不高，因此地下車庫照度標準見表1。

表1 地下車庫的照明標準

2 建筑電氣照明節能設計

2.1 合理選擇電光源

2.1.1 電光源參數角度

案例建筑在選擇光源的過程中，主要是以熒光燈、節能燈以及汞燈為主，遵循建筑電氣照明系統光效高的標準，選擇T8普通熒光燈、T5普通熒光燈以及LED日光燈作為主要的電光源，技術參數比較見表2。

表2 電光源參數比較

從電光源光效角度來看，T5普通熒光燈以及LED日光燈管的光效最佳；從色溫角度來看，LED日光燈的色溫為60000K，可有效提升人們的視覺舒適感，同時也能有效提升人們的能見度，因此LED日光燈選擇最佳。

2.1.2 電光源的經濟性

2.1.2.1 從終端用戶的使用需求角度出發

電光源在具體應用環節，設計人員不僅需要有效節約電光源的電力資源消耗量，同時也要盡可能地延長電光源使用壽命，通過減少電光源的更換次數來減少后期投入水平。電光源的綜合能效主要是由光效以及使用壽命的乘積進行評價，如公式（1）所示。

式中：ηzh為電光源綜合能效，lm·kh/W；ηl為電光源光效，lm/W，T為電光源使用壽命，h。

從電光源綜合能效來看T5普通熒光燈的光源綜合能效為780lm·kh/W，T8普通熒光燈的綜合能效為1365lm·kh/W，而LED日光燈的綜合能效則達到6300lm·kh/W，LED日光燈的綜合能效為三種電光源中最高的，因此最佳選擇為LED日光燈。

2.1.2.2 從建筑工程的造價成本出發

高光效以及壽命長的光源在實際應用過程中具備能源利用效率相對較高的特征，但是此類光源的工程造價成本也相對較高，為此需要對光源應用的經濟性進行綜合性評價極為重要?，F階段建筑工程所采取的評價指標為單位照明成本。單位照明成本如公式（2）所示。

式中：U為光源單位照明成本，元/kh·lm；φ代表的是光源的光通量，lm；CL代表的是電光源的價格，元；TL代表的是電光源的壽命，kh；P為每個電光源的功率，W；R為電價，元/kh·W。

從經濟性角度來看，LED日光燈的造價成本相對較高，為了確保選擇的精準性，從單位照明成本計算的方法對比，在商業用電1.2元/kW·h進行計算，T5普通熒光燈的照明成本0.013元/kh·lm，T8普通熒光燈的照明成本0.018元/kh·lm，而LED日光燈的照明成本0.010元/kh·lm，因此最佳選擇為LED日光燈。

綜上所述，LED日光燈能采用光效在105lm/W以上的芯片，同時也采用高效的驅動電源，可利用互聯網平臺實現智能化控制，最大程度地減少日光燈的電亮時間，最大程度避免光衰減，有效延長電光源的壽命。案例工程所選擇的電光源為日光燈。

2.2 光源與燈具的配置

案例建筑在進行電氣照明規范設計期間，在綜合考慮國家標準以及針對性標準原則后，將案例建筑的行車道照度值設定為75lx，停車位的照度值50lx，行車道的功率密度目標值為2.5W/m2，停車位的功率密度目標值為2W/m2。

開展案例建筑平面布置方案設計中，均采用雙管日光燈，案例工程內行車道燈具間距需要控制在3.3m以內，工作人員需要根據車庫的實際情況布置情況對行車道間距進行適當調整，地下車庫內的特殊區域，則是將燈具距離控制在3m~3.5m，同時也要每隔3個停車位布置2盞燈具。此外，為了提升燈具的利用系數，頂棚的反射比需要控制在0.7~0.8，可選用反射系數為0.75的白水泥作為飾面材料，墻面的反射比需要控制在0.5~0.7，可選擇反射系數為0.58的膠合板作為飾面材料，而地面的反射比需要控制在0.2~0.4，可選擇反射系數為0.2的混凝土地面作為飾面材料。

2.3 智能照明控制系統設計

2.3.1 控制方案

案例建筑為地下車庫，在照明系統在使用過程中不可避免地會出現管理缺位的情況，導致車輛行駛至地下車庫時出現電氣照明系統照度達不到標準現象，同時也會存在燈具開啟過量偏多消耗大量的電力資源的情況。針對該情況，需要設計智能照明控制系統，為地下車庫內行駛的車輛指引出具體、準確的行車方向，在確保地下車庫行駛車輛出入地下車庫安全性的前提下，有效減少電力能源消耗。為此，工作人員需要按照案例建筑區域功能的差異性開展智能分組控制活動，設計人員可將案例工程車庫細化分解為16個控制區域，與此同時，也要利用7個智能照明控制箱來進行照明控制活動。智能照明控制的設計方案如下。1）在行駛車輛或是行人進入地下車庫后，智能照明控制系統可利用聯網紅外感應器進行信號采集工作，通過搜集到的信號來點亮行車道上的燈具，在節約電力資源的前提下，為車輛以及行人提供良好的照明效果，最大程度地確保行駛車輛與行人的安全性。智能照明控制系統中的聯網紅外感應器在檢測到車輛以及行人進入停車位后，智能照明控制系統就需要點亮停車位區域的燈具。2）在相關人員離開停車位時，停車位的燈具采用延時熄滅的方法，在相關人員完全離開后，行車道的燈具則需要轉變成為節能模式。行車道的燈具的照明控制系統需要嚴格遵循間隔兩個亮一個、循環點亮的亮燈原則，在節能模式實施過程中，需要確保在無車輛、無行人的情況，地下車庫的行車道仍具備照明功能，有效減少燈具的使用時間與壽命，降低地下車庫照明系統的耗電程度。3）在不同時間段以及特殊情況下，地下車庫需要重新設置燈具點亮方式、照度值、紅外感應器靈敏度以及延時時間。4）智能照明控制系統的可輔助安全監控活動開展，案例建筑內預設用220個紅外感應器，借助燈光輔助電視監控系統錄制影像信息，全面提升地下車庫的安全防范水平。

2.3.2 控制系統設計

案例工程所應用的智能照明控制系統，是利用無限通信技術將控制系統中各種類型的照明控制元件連接。地下車庫智能照明控制系統設計過程中，可設計利用天然光線進行照明的功能，減少地下車庫內電力資源的浪費，通過集中化的控制管理系統開展照明管理工作，進一步延長地下車庫的建筑內照明燈具的使用周期，減少智能照明控制系統的系統維護成本。智能控制系統所采取的模塊化分布式結構，主要是由輸入單元、系統單元以及輸出單元構成，控制系統的一般結構如圖1所示。

圖1 智能照明控制系統結構

2.4 利用天然光方案

案例建筑為了能夠充分利用天然光資源，可將太陽能光伏發電技術應用至地下車庫中，利用太陽能資源為照明系統來供電，同時也要引入市電。案例建筑的天然光利用方案設計中，裝機容量為19.023kW·h，蓄電池為4200Ah，在引入市電后，將太陽能光伏系統作為地下車庫電源之一，不僅可確保智能照明系統供電的穩定性，同時也能達到節能的設計目的。案例建筑的前期投資金額約為35.4萬元，投資金額預算在設計委托方的可接受范圍內。最終設計的方案結構如圖2所示，采用放射式與樹干式相結合的混合配電方式，其中7套光伏照電控制柜以及7套智能控制柜分別設置在負荷中心，輸出電源直流為24V，照明燈具設置為305盞，設計的聯網感應器共計220個。

圖2 太陽能光伏照明系統結構圖

案例建筑的地上建筑除了住宅樓之外，也會敷設道路、種植綠化等，案例建筑的采光天窗設計安裝在綠化帶下方。車庫天窗的使用不僅響應了節能減排號召，同時也彰顯出以人為本的設計理念，在車輛與行人進出地下空間時，更加具備通透性以及安全性。

2.5 節能與經濟性分析

地下車庫所采取的照明方法為太陽能發電系統與LED智能照明系統相結合的照明方法。地下車庫在建筑使用完成后，在三盞燈全部點亮后所測得的行車道照度達到97lx，相較于傳統照明系統而言可有效節約電力能源的消耗。借助智能照明控制系統可有效延長照明燈具的使用壽命，節約地下車庫后期的維護成本。

案例工程所設計的功率密度為0.8W/m2，所設計的功率為7.3kW，年耗電量為63984kW·h，預期系統造價為元，消耗的電費為萬元。投資回收期如公式（3）所示。

式中：T為投資回本期，單位用年表示；F1為使用照明燈具1的成本以及安裝維護費用，單位用元表示；F2為使用照明燈具2的成本以及安裝維護費用，單位用元表示；Ds為用戶端年節電亮，單位用kW·h表示，M為電價，單位用元/kW·h表示。

根據投資回收期公式計算得出，案例建筑的投資回報期為3.3年，每年需要節省8萬元。

在對建筑電氣照明節能應用研究中，案例建筑是以地下車庫為研究項目。在電氣照明節能方案設計過程中，首先從壽命、色溫以及光效等方面進行電光源比較，在綜合能效值、單位照明成本綜合比較下，LED日光燈的節能效果以及經濟性極佳。將智能控制系統應用至電氣照明系統中，可降低建筑工程項目照明系統的電力資源耗費程度，在太陽能光伏發電系統與市電充分結合的背景下，讓智能照明系統從電力能源來源方面達成節能目標，幫助案例建筑節省大量的電費成本。對案例工程電氣照明節能方案經濟性分析了解到，每年可節電98942kW·h，投資回本期則是年，節能技術的應用有極高的適用性以及節能性。

3 結語

現如今，我國正朝著可持續、生態化的方向發展轉變，建筑節能作為可持續發展戰略實施的重要組成，建筑節能的合理化設計可全面提升人民群眾的生活質量以及幸福指數，為人民群眾創造健康優良的生活空間。同時建筑節能設計可大大減少能源消耗水平，提升可再生能源的開發深度，有效降低人民群眾的生活成本，推動建筑事業的進一步發展。為了積極響應營建生態建筑的號召，在照明系統設計過程中遵循節能設計理念，不斷優化建筑工程內照明燈具布局，全面提升建筑電氣照明的節能成效，為我國生態建筑的打造奠定基礎。