建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的研究

王斌

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源問題日益突出，迫切需要將節(jié)能技術(shù)引入各行業(yè)。當(dāng)前，在國(guó)家節(jié)能政策的指導(dǎo)下，大力發(fā)展可再生能源，開發(fā)節(jié)能減排新技術(shù)，已經(jīng)成為構(gòu)建低碳、清潔、高效、安全的能源體系，逐步實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立的必然選擇。當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，建筑業(yè)也得到了較大的發(fā)展。為了節(jié)約能源，相關(guān)行業(yè)開始采用清潔能源科技。建筑行業(yè)是一個(gè)與人們生活密切相關(guān)的行業(yè)，電氣系統(tǒng)是建筑工程的重要組成部分。針對(duì)目前能源需求較高的現(xiàn)狀，需優(yōu)化照明設(shè)計(jì)，合理選擇照明設(shè)備，提高照明利用率，選擇適當(dāng)?shù)墓?jié)能控制方式，降低建筑能耗。

1 建筑電氣照明原則

1.1 適應(yīng)性原則

最大限度地節(jié)約能源是建筑電氣設(shè)計(jì)的一個(gè)重要目標(biāo)。當(dāng)前，由于建筑工程的復(fù)雜性與多樣性，因此所采用的節(jié)能技術(shù)必須與現(xiàn)有建筑的實(shí)際功能需求相適應(yīng)[1]。為減少能源消耗，應(yīng)采用更專業(yè)、更科學(xué)、更可靠的節(jié)能技術(shù)。計(jì)劃必須將用戶的安全考慮在內(nèi)，以確保所有的項(xiàng)目?jī)r(jià)值都符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須對(duì)所用材料進(jìn)行控制，才能有效的節(jié)約資源。同時(shí)，對(duì)不同類型建筑的電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，并對(duì)其基本要求進(jìn)行把握，充分利用建筑資源，達(dá)到環(huán)保的目的，減少資源的消耗，避免對(duì)環(huán)境的破壞。

1.2 功能性原則

在設(shè)計(jì)建筑電氣照明時(shí)，節(jié)能設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的考慮因素。但是，在考慮節(jié)能的同時(shí)，也要確保與照明系統(tǒng)有關(guān)的功能不會(huì)受到影響，不能只考慮節(jié)能而犧牲使用功能，在滿足節(jié)能的基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿足居民的生活需求。按照有關(guān)的照明設(shè)計(jì)規(guī)范，不同的建筑功能對(duì)照度、眩光值、照度均勻度和顯色指數(shù)有不同的要求。在進(jìn)行建筑電氣照明設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要在滿足這些基本使用需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電氣照明節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，如果把降低人們的使用需求或者影響到用戶的正常使用作為前提，那么就不會(huì)被人們所接受[2]。此外，要充分因地制宜，在不影響建筑功能的前提下，實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能優(yōu)化。

1.3 經(jīng)濟(jì)性原則

由于工程預(yù)算有限，超支將導(dǎo)致工程停滯，因此在進(jìn)行工程項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)必須考慮工程的經(jīng)濟(jì)性。無(wú)論是建筑設(shè)計(jì)還是電氣化，都必須在節(jié)能的基礎(chǔ)上采用節(jié)能技術(shù)。首先，材料的價(jià)值直接與總投資有關(guān)，這在經(jīng)濟(jì)學(xué)原理中是最重要的。建設(shè)項(xiàng)目必須以效益為導(dǎo)向，以較好的成本－收益比為要求，才能使建設(shè)項(xiàng)目有序地發(fā)展[3]。因此，在進(jìn)行建筑電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者必須充分考慮其經(jīng)濟(jì)性。要對(duì)市場(chǎng)上的照明相關(guān)設(shè)備材料有充分的了解，并選擇合適的材料，對(duì)成本進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲@樣才能避免在建設(shè)項(xiàng)目中盲目追求綠色能源而導(dǎo)致的投資過(guò)高。其次，在施工之前，必須對(duì)與電氣和照明有關(guān)的施工機(jī)械進(jìn)行全面的檢查，以避免由于施工機(jī)械故障而引起的照明工程質(zhì)量問題。同時(shí)，在工程竣工之后，還要做好照明設(shè)備的維護(hù)工作，以確保電氣工程的可持續(xù)發(fā)展。

1.4 生態(tài)性原則

當(dāng)前，大部分工程施工人員缺乏節(jié)約意識(shí)，不能有效利用建筑材料，加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的學(xué)習(xí)意識(shí)，能有效提升管理人員與施工人員的節(jié)能知識(shí)。將節(jié)能與環(huán)保技術(shù)應(yīng)用于建筑照明設(shè)計(jì)，可對(duì)建筑材料的使用進(jìn)行有效控制。電氣工程施工所需材料、設(shè)備多，造價(jià)較高。在電氣工程中，照明工程的造價(jià)占整個(gè)工程投資的很大一部分，通過(guò)對(duì)照明系統(tǒng)在電氣設(shè)計(jì)中所用材料的控制，可以有效地降低電氣工程的開發(fā)投資。我國(guó)一貫倡導(dǎo)環(huán)境與資源保護(hù)的基本方針，將節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)用于建筑照明與照明設(shè)計(jì)中，將是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)[4]。

2 建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

2.1 加快行業(yè)轉(zhuǎn)型的步伐

在傳統(tǒng)的建筑運(yùn)行模式中，存在著諸多問題，主要體現(xiàn)在建筑能耗過(guò)高，尤其是在電氣照明運(yùn)行環(huán)節(jié)，對(duì)能源的需求非常大，并且受管理理念的影響，給社會(huì)帶來(lái)了巨大的能源壓力，極大地影響了社會(huì)的整體發(fā)展。采用節(jié)能技術(shù)，可以在不影響建筑功能的前提下，降低能源的消耗量，使用更少的資源，達(dá)到預(yù)期的電氣照明系統(tǒng)運(yùn)行目標(biāo)，從而緩解當(dāng)前的能源壓力[5]。在節(jié)能技術(shù)的影響下，電氣照明運(yùn)行模式會(huì)發(fā)生根本性的改變，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)變得更加節(jié)能環(huán)保，并且不會(huì)對(duì)原有的系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)造成影響。這種電氣照明模式更符合社會(huì)發(fā)展需求，與可持續(xù)發(fā)展理念具有很高的相似性，從而加快了行業(yè)轉(zhuǎn)型進(jìn)程，進(jìn)一步促進(jìn)可持續(xù)理念與建筑工程行業(yè)的有效融合，對(duì)于建筑領(lǐng)域的發(fā)展具有十分重要意義。

2.2 降低系統(tǒng)能耗

近年來(lái)，我國(guó)能源消耗問題十分突出，能源供需矛盾進(jìn)一步激化，提高能源利用率已成為各行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。電氣照明的運(yùn)行效果，將影響到建筑行業(yè)與可持續(xù)發(fā)展理念的融合，通過(guò)應(yīng)用并貫徹節(jié)能理念，開展節(jié)能工程設(shè)計(jì)，能夠優(yōu)化電氣工程體系，使電氣工程的運(yùn)行更加科學(xué)合理，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，以較少的能源達(dá)到預(yù)期的生產(chǎn)目的，從而有效地解決了電氣運(yùn)行能耗過(guò)高的問題，大幅降低了行業(yè)生產(chǎn)能耗，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[6]。因此，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，對(duì)電氣照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)也十分必要。

3 建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 明確技術(shù)方案

有效地應(yīng)用節(jié)能技術(shù)對(duì)建筑生產(chǎn)具有重要意義，是推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵手段，也是建筑行業(yè)總體發(fā)展方向。在當(dāng)今的時(shí)代背景下，建筑行業(yè)的發(fā)展方向已經(jīng)發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變，企業(yè)管理人員必須深刻認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，更新生產(chǎn)觀念，樹立節(jié)能減排的觀念，將節(jié)能減排作為項(xiàng)目管理的首要目標(biāo)，通過(guò)技術(shù)和管理手段，推動(dòng)可持續(xù)理念與建筑電氣照明系統(tǒng)的有效結(jié)合，為建筑行業(yè)的發(fā)展提供持續(xù)的動(dòng)力[7]。比如，可借助于自然光，對(duì)照明設(shè)備的節(jié)能技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)者在制定節(jié)能照明方案時(shí)，必須對(duì)照明的內(nèi)涵有全面的了解。一般來(lái)說(shuō)，提供給人們的光源有兩類，即人為光源和自然光源。雖然人為光源相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易制造，但是自然光源更加節(jié)能和環(huán)保。有鑒于此，可有效地利用自然光。例如，在一些高檔寫字樓里，利用自然光就能達(dá)到節(jié)能的目的。在建筑物外表面粘貼反光玻璃，可有效地調(diào)節(jié)建筑物內(nèi)的亮度，使建筑物內(nèi)的公共區(qū)域在白天不需要用電照明。另外，在使用自然光照明時(shí)，也可使用反光鏡對(duì)光線進(jìn)行反射，使光線照射到一些光線無(wú)法照射到的死角。

3.2 供配電應(yīng)用

供配電系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)，為各種電氣設(shè)備提供電氣供應(yīng)，在電氣系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。為了降低電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用、縮短供電半徑、提高能源利用效率，變電所的選址應(yīng)盡量選擇負(fù)荷集中的區(qū)域。在建筑的供配電系統(tǒng)中，要選擇適當(dāng)?shù)墓┡浞绞健㈦姎庠O(shè)備、電纜和管線。在對(duì)電壓和電流進(jìn)行計(jì)算的基礎(chǔ)上，選用低電阻電纜，并以規(guī)劃和整體結(jié)構(gòu)的要求為依據(jù)，結(jié)合建筑的實(shí)際功率和消耗分布進(jìn)行設(shè)計(jì)[8]。在進(jìn)行配電網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，應(yīng)通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行有效的平衡、對(duì)配電設(shè)施的選擇、對(duì)配電距離的縮短等措施來(lái)有效地降低配電網(wǎng)損耗，提高配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。一般情況下，變壓器的容量是按照建筑的整體要求來(lái)確定。在變壓器設(shè)計(jì)中，應(yīng)適當(dāng)增大或減小內(nèi)壓，以適應(yīng)季節(jié)變化和降低運(yùn)行能耗。在不影響配電網(wǎng)功率消耗的前提下，采用并行方式進(jìn)行集中控制，以達(dá)到降低系統(tǒng)能量消耗的目的。為確保配電網(wǎng)節(jié)能工作的順利進(jìn)行，建筑工程配電網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮各部位的實(shí)際用能需求，確保配電網(wǎng)全覆蓋。

3.3 選擇節(jié)能燈具

在建筑電氣照明系統(tǒng)中，燈具是主要的耗電設(shè)備，燈具的選擇很重要，不僅影響到系統(tǒng)的實(shí)際能耗，而且還關(guān)系到建筑功能和建筑安全，因此，在建筑電氣照明節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，燈具的選擇很重要，直接影響到建筑節(jié)能效果。企業(yè)一定要科學(xué)地選擇照明燈具，以節(jié)能環(huán)保為基礎(chǔ)，確保燈具有充分的節(jié)能運(yùn)行效果，同時(shí)還要確保燈具的質(zhì)量，并且實(shí)際的光照效果要與建筑的運(yùn)行需求充分匹配，以免影響到用戶的生活和工作。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，也出現(xiàn)了很多新型照明燈具，很多燈具具有節(jié)能性，為建筑電氣照明系統(tǒng)的建設(shè)提供了更多的選擇，要以節(jié)能減排為基礎(chǔ)，在滿足建筑功能的前提下，優(yōu)先選擇節(jié)能型照明燈具，這也是一種典型的電氣照明節(jié)能技術(shù)。具體地說(shuō)，在建筑高度不高的室內(nèi)空間，應(yīng)優(yōu)先選擇熒光燈，以及近年來(lái)廣泛應(yīng)用節(jié)能效果顯著的LED 燈具，其能耗較低，且能提高良好的室內(nèi)照明，充分滿足室內(nèi)光照需求[9]。當(dāng)建筑物高度較高時(shí)，為提高照明效果，可采用金屬鹵化燈，這種燈具的照明效果更好，且穩(wěn)定，在戶外空間中也可有效使用，提供優(yōu)質(zhì)照明。總而言之，有關(guān)方面需要以節(jié)能運(yùn)行為基礎(chǔ)，對(duì)電氣照明系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，用節(jié)能燈具來(lái)替代傳統(tǒng)的高能耗燈具，這樣能夠極大地提升建筑節(jié)能運(yùn)行的效果，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 合理選擇通電線路

合理地選擇線路，是改善建筑物電氣照明系統(tǒng)節(jié)能性能的關(guān)鍵，在建筑物電氣工程中，線路是電能傳輸?shù)闹饕浇椋ㄟ^(guò)線路，可將各種電氣設(shè)備連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，線路的布置方式及材料，將決定系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能效果。在目前的建筑電氣照明線路系統(tǒng)中，金屬線路普遍采用，金屬材質(zhì)具有良好的通電性能，是優(yōu)良的導(dǎo)體，但不同的材料，其電阻也會(huì)有一定的差異。在電氣傳輸過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生不同的線損。因此，要想提高電氣照明系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行效果，就必須從線路材質(zhì)入手，采取有效措施，降低系統(tǒng)線損，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的最終目標(biāo)。一般而言，銅的電阻比較小，并且與金銀等材料相比，銅的成本更低，是電氣照明系統(tǒng)中最好的線路材料，應(yīng)優(yōu)先選用銅質(zhì)電纜，降低線路電阻，以達(dá)到電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行[10]。另外，線路的橫截面積與電阻值也有一定的關(guān)系，可采用較粗的纜線，增加電氣照明系統(tǒng)線路的橫截面積，降低線路電阻值，對(duì)電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行有明顯的幫助。

3.5 采用無(wú)功補(bǔ)償

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)作為一種新型節(jié)能技術(shù)，在電氣系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，不僅可以減少無(wú)功對(duì)線路設(shè)備造成的損害，提高其使用壽命，而且對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，可使配電網(wǎng)功率因數(shù)明顯提高，達(dá)到節(jié)能目的。通常在普通的民用建筑供電系統(tǒng)中，單相負(fù)荷主要用于照明、辦公以及家用設(shè)備，而三相負(fù)荷則主要用于中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)設(shè)備等大功率設(shè)備。基于此，可以對(duì)配電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，從而對(duì)變壓器設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行集中式的補(bǔ)償，通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償，可以大幅度提高建筑供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。

3.6 清潔能源的應(yīng)用

在建筑照明和照明系統(tǒng)中，以清潔能源為主，清潔能源的應(yīng)用已成為中國(guó)電氣工業(yè)發(fā)展的重要方向。清潔能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、潮汐能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉碵11]。當(dāng)前，在建筑項(xiàng)目中被廣泛應(yīng)用的可再生能源是太陽(yáng)能。例如，建造在建筑屋頂上的分布式太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，可以將太陽(yáng)能通過(guò)光生伏特效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能，為建筑內(nèi)的地下室、樓梯間、辦公室等白天需要照明的地方供電。電梯如果采用了電能回饋節(jié)能技術(shù)，同樣可以獲得清潔的再生能源。該技術(shù)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電梯變頻器直流母線電壓，將直流環(huán)節(jié)的直流電逆變成與電網(wǎng)電壓匹配的交流電，經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)后，接入交流電網(wǎng)，達(dá)到電能再生反向送入電網(wǎng)的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近幾年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑數(shù)量不斷增加，社會(huì)對(duì)建筑業(yè)的需求也越來(lái)越大。但是，建筑能耗急劇上升，如何在可持續(xù)發(fā)展的背景下降低建筑能耗，已成為建筑界關(guān)注的焦點(diǎn)。在建筑使用過(guò)程中，電氣照明系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗占比較大。因此，建筑領(lǐng)域要以電氣照明系統(tǒng)為切入點(diǎn)，加強(qiáng)節(jié)能設(shè)計(jì)，采用并實(shí)施各種節(jié)能技術(shù)，在不影響建筑安全和生活質(zhì)量的情況下，最大限度地提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，緩解當(dāng)前社會(huì)能源壓力，為建筑領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級(jí)做出積極貢獻(xiàn)。