淺談照明節能技術與應用

熊小俊(中國建筑設計研究院機電院， 北京 100044)

引言

節約能源是我國的一項基本國策。電力能源是社會發展進步以及人民生活不可或缺的重要能源之一。據統計，我國電力消費占終端能源消費的比重約達到25%。在電力消耗中，照明的用電量占總用電量的10%～12%，且照明節電一般可達到20～30%，因此，有效的照明節電在節約能源方面有著巨大的潛能。

我國從上世紀末，就已經積極倡導綠色照明，其中高效節能是綠色照明的一項重要指標。當然，綠色照明的理念并不僅局限于此，它是在高效節能的同時，提供既滿足人們工作、生活照度要求又安全、舒適的照明環境。以減少眩光、紫外線等對人體用眼的傷害，以及根據需要營造良好的燈光氛圍，提高舒適度。以下重點從節能電光源和智能照明管理兩方面來介紹照明節能的技術方法。

1 節能電光源

高效節能的電光源是照明節能的首要因素，選擇節能的燈具及電器附件也是照明節能設計的必要環節。

1.1 光源的類型

照明光源按發光形式可分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發光光源三大類。

1)熱輻射光源

電流流經導電物體，使之在高溫下輻射光能的光源。常用的有白熾燈和鹵鎢燈。這類燈結構簡單、成本較低，曾被廣泛應用。

2)氣體放電光源

電流流經氣體或金屬蒸氣，使之產生氣體放電而發光的光源。氣體放電包括弧光放電和輝光放電兩種，放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種。弧光放電光源包括：熒光燈、低壓鈉燈等低氣壓氣體放電燈，高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強度氣體放電燈，超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。輝光放電光源包括利用負輝區輝光放電的輝光指示光源和利用正柱區輝光放電的霓虹燈，二者均為低氣壓放電燈。

3)電致發光光源

在電場作用下，使固體物質發光的光源。它將電能直接轉變為光能。如LED(Light Emitting Diode)燈，就是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。

1.2 光源的主要參數

光源的光效即輻射的光效能。光效越高，則電能轉化為光能的效率越高，越有利于節能。人工光源對物體的顯色能力一般以顯色指數表示，100為最大值，80以上的顯色性即為優良，此環境下能對物體色彩進行正確判斷；色溫通常在3 200K以下的光源，顏色偏紅、偏黃，給人以溫暖的感覺；色溫在3 200K～5 000K的光色呈暖白色，也被稱為“自然色”；色溫超過5300K時，顏色偏藍，給人以清冷的感覺。在高溫地區多采用色溫高于4 000K的光源。

1.3 光源的選擇

光源的選擇，應根據使用場合的需要，在滿足顯色性、啟動時間等要求的同時，結合光源光效、使用壽命、經濟因素等綜合分析考慮。根據不同的使用環境，選擇高效節能的光源。

對一些常見光源的主要參數比較見表1。

通過對主要參數進行對比不難發現，辦公室、教室、會議室、生產車間等室內場所一般宜采用光效高、壽命長的細管徑直管形熒光燈；高度較高的工業廠房，應按照生產使用要求，采用金屬鹵化物燈或高壓鈉燈，亦可采用大功率細管徑熒光燈。白熾燈或鹵鎢燈，除在一些特殊場合(如：要求瞬間啟動、防電磁干擾要求嚴格以及不宜采用氣體放電燈的場所)使用外，其他均已被指標明顯優于白熾燈的細管熒光燈取代。根據我國發布的《逐步淘汰白熾燈路線圖》，到2016年前，國內將分階段逐步徹底淘汰白熾燈，進而全面引入年可節電480億度的節能熒光燈。這也是我國現階段節能改造的一個重要途徑。

近年來，隨著LED技術的迅速發展，尤其是白光LED的出現，以及白光LED燈光效的逐步提高，LED燈也逐步在日常照明中使用。與傳統光源相比，LED燈具有眩光小、無輻射、壽命長、耗電低，光效高等優點。但由于受到價格較高、初期投入大以及散熱困難、光源的方向性比較強等因素影響，LED燈目前還未被廣泛應用于日常照明。不過，LED燈的技術日新月異，這種典型的綠色照明光源必將很快應用于百姓的日常照明當中。

1.4 燈具及電器附件

在滿足眩光限制和配光要求條件下，應選用效率較高的燈具，如開敞式熒光燈燈具效率不應小于75%，格柵式熒光燈不應小于60%。且應選擇節能型電感鎮流器和電子鎮流器。熒光燈的電子鎮流器，多用于20kHz～60kHz頻率供給燈管，使燈管光效比工頻提高約10%(按長度為4'的燈管)，且自身功耗低，使燈的總輸入功率下降約20%，有更佳的節能效果。

1.5 相關規范及標準

近年我國及地方相繼出臺照明節能相關規范及標準，如《綠色建筑評價標準》，(GB/T50378-2006)；北京市地方標準《綠色建筑評價標準》(DB11/T825-2011)；其中關于照明節能方面的規定均與我國現行設計規范《建筑照明設計標準》(GB 50034—2004)中相符，已明確要求選擇高效節能光源、燈具等，尤其對照度功率密度值(LPD值)有詳細的規定，這既是對照明質量的具體要求，同時也作為衡量節能照明的重要標準，在工程設計中必須嚴格執行。

2 智能照明管理系統

高效的節能光源是節能照明的首要因素，合理的照明管理則是照明節能的另一個重要手段和有效途徑，這就需要完善的智能照明控制系統來實現。

2.1 系統介紹

智能照明控制系統是KNX/EIB智能建筑環境控制系統的組成部分，它與其他諸多獨立的控制環節如窗簾、空調、通風、安防等共同集成于智能建筑環境控制系統中，在這個系統內，每個元器件都能實現獨立或者集中的控制功能。

2.2 典型區域智能照明控制系統在照明節能上的應用

1)辦公區域智能照明控制

利用智能照明控制系統中的定時功能和人體感應系統功能。通過時鐘模塊，設定上、下班時間，在上班時間、人員相對固定的區域，定時開啟照明；在下班時間或人員工作相對靈活的區域，系統將自動切換至手動模式，加班人員通過設置在入口處的控制面板，開啟相關區域的照明，也可設置為由人體探測系統控制模式，人來開燈、人走自動關閉。其次，辦公區域照明控制應考慮充分利用自然光線照明，在靠近窗戶的區域，設置照度感應器，可根據自然光線的強弱，控制靠窗照明回路。

表1 常見光源的主要參數

圖1 KNX/EIB智能建筑環境控制系統的組成示意圖

2)公共走道、大廳、電梯廳照明

公共走道、大廳、電梯廳等場所的照明可設置為白天上班模式、晚上下班模式或節假日模式。上班時間定時開啟全部照明或根據需要開啟部分照明，下班時間段或節假日，則采用紅外感應或更為先進的基于圖像的人體探測技術控制照明開、關，做到人來燈亮、人走燈滅，節約能源。另外，走道、大廳等區域的應急照明在火災時應能由消防系統強制點亮。

3)會議室、報告廳照明

會議室、報告廳的照明控制要求較高，不同的場景、不同的區域，有不同的照明要求。在會議室安裝多功能控制面板，該面板可按照不同場景燈光設置，實現一鍵式控制或采用帶紅外功能的控制面板，例如會議場景、演講場景、休息場景等，這樣通過燈光環境的切換，既能營造良好的會議環境、提高工作效率，又節約能源，避免了長明燈的現象。

(1)會議場景：應將會場大部分燈光開啟，以保證會議效果以及與會人員的記錄。

(2)演講場景：分為投影模式、報告模式。投影模式開啟，系統自動放下投影幕，關閉窗簾。主席臺燈光只保留講解人所在位置燈光的50%，以保證畫面清晰，聽眾席由前排至后排逐漸增亮；報告模式時，則應突出演講人形象，開啟主席臺主要燈光，但不應影響發言人感覺，聽眾席照度應滿足與會人員記錄，可開啟80%燈光。

(3)休息場景：則分為入場模式、退場模式、備場模式。退場模式應將所有照明全部開啟，以保證人員大量退出會場時正常通行；其余模式則可根據會場以及主席臺的實際需求，開啟部分燈光，使會場燈光氛圍舒適、輕松，同時也節約能源。

以上所有模式場景變換，均設置淡入淡出時間1s～100s可調，保持場景切換不影響會議進程和視覺效果。同時，在投影模式時可增加對投影儀的紅外控制。當清場結束，關門后，只需點擊清場開關，即可關閉所有燈具。

4)地下車庫照明

地下車庫通常面積較大，車庫管理人員通過智能照明管理系統，根據不同時段車流量的大小來控制車庫的照度。當車流量較大時，將車道、車位照明全部開啟；當夜間或車流量較小時，可僅保留車道照明，以節約能耗。工作人員需查看車位車輛情況時，可通過集中控制系統或設置就地控制面板，開啟局部車位照明。

5)酒店客房照明

酒店客房智能燈光控制系統通過對照明開關的控制及燈光的調節，營造出不同的燈光氛圍和場景模式、給人以溫馨舒適的感覺。有效利用白天自然光的同時，最大限度地節約能源；通過調光，可以節約能源且延長燈泡使用壽命。

(1)當客人在前臺辦理入住后，相應客房的燈光自動調節為迎賓模式，給客人以賓至如歸的感覺；當客人在辦理退房手續后，相應客房的燈光自動調節至關閉模式。

(2)當夜間客人入睡后，系統可自動切換為舒適模式(即節能模式)，僅保留小夜燈。

(3)客房的照明與遮陽簾聯動，白天光線較強時，客房內燈光自動感應熄滅；夜間光線轉暗，相應燈光則自動點亮。

3 工程實例

圖2、圖4和圖6為引用印度思科大廈某典型辦公區域智能照明管理系統方案，此方案在定時管理、人員探測和自然光利用三個方面的節能數據分析報告見圖3、圖5和圖7。：

節能的效果通過以上數據分析報告顯而易見。通過對公共辦公區域實行定時管理，節能17%；對人員活動靈活區域采用人體探測系統，節能24%；在靠近窗口區域利用自然光照明，節能26%。

4 結束語

在建筑電氣設計工作中，筆者認為，選擇節能高效且滿足照明要求的電光源是照明節能的首要因素；采用智能的照明管理系統，在定時管理、人員探測、自然光利用等方面的合理應用，又是照明節能的重要手段。雙管齊下，才能達到更好的節能效果，使照明節能在節能領域發揮出重要的作用。當然，照明節能的方法不僅局限于上述內容，例如，照明方式的合理選擇(一般照明、局部照明、混合照明)同樣對照明節能能起到很好的作用。智能建筑環境控制系統對空調、通風等系統的合理控制在節約能源上也有巨大的潛力，需要廣大工作者在工作當中不斷的研究和探索更好、更多的節能方法，以實現社會及人類的健康可持續的發展。

圖2 公共辦公區域實行定時管理

圖3 定時管理系統比較數據

圖4 人員活動靈活區域采用人體探測系統

圖5 人體探測系統比較數據

圖6 靠近窗口區域利用自然光照明

圖7 自然光應用系統比較數據

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50034—2004 建筑照明設計標準 [S].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[2]施耐德(北京)有限公司.節能辦公樓應用介紹[R].

[3]周太明.光源原理與設計[M].復旦大學出版社，2006.