高校教室照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施探析

趙家敏

高校教室照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化措施探析

趙家敏

（云南開放大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，云南 昆明 650223）

高校教室照明系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化是我國建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的重要組成部分。為有效節(jié)約高校教室照明用電，應(yīng)從照明節(jié)能優(yōu)化原則出發(fā)，采取多種措施節(jié)能優(yōu)化措施，以達(dá)到照明節(jié)能目的。

教室照明；節(jié)能優(yōu)化；LED；紅外感應(yīng)開關(guān)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國照明用電量已占總用電量的10%～12%，因此提高電能利用效率，無疑將較大幅度降低能源消耗，有效緩解目前我國用電旺季電力供應(yīng)緊張局面。另外，根據(jù)目前國內(nèi)照明用電情況調(diào)查，賓館、商場、教學(xué)樓、政府機(jī)關(guān)等公共照明系統(tǒng)多數(shù)處于無效管理狀態(tài)，導(dǎo)致電能使用效率降低、設(shè)備壽命縮短、使用和維護(hù)成本增加等現(xiàn)象。因此，照明節(jié)能優(yōu)化已成為公共建筑公共照明的重要任務(wù)，必須在實(shí)際設(shè)計(jì)和使用中采用多種措施進(jìn)行完善和重視。本文以公共建筑高校教室照明節(jié)能優(yōu)化為例展開論述。

一、高校教室照明的現(xiàn)狀

（一）照明管理現(xiàn)狀

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，高等教育被全社會(huì)關(guān)注和重視，校園規(guī)模隨著受教育者數(shù)量的增加而擴(kuò)大，使得教室數(shù)量大幅度增加。目前高校教室照明用電處于一種粗放式管理狀態(tài)，一般為以下二種模式：一種是無專人管理，由學(xué)生自行控制開關(guān)；二是利用定時(shí)開關(guān)，根據(jù)作息時(shí)間開啟和關(guān)閉整個(gè)教學(xué)樓教室的照明電源。這兩種管理模式存在缺陷，易造成電能浪費(fèi)。第一種模式可以靈活滿足不同季節(jié)、天氣、樓層和朝向的照度要求，布線和控制簡單，是一種常用的方式，也是最浪費(fèi)電能的一種方式，因?yàn)樵诋?dāng)前人們節(jié)能意識(shí)的淡薄情形下，極易出現(xiàn)白天室內(nèi)照度很高，還普遍存在開燈作業(yè)；甚至當(dāng)全部人員離開教室，卻無人關(guān)燈等電能浪費(fèi)現(xiàn)象。第二種模式對節(jié)能有一定提高，但無法根據(jù)實(shí)際需要自動(dòng)調(diào)節(jié)照明燈的照度，因而難以滿足管理要求。

（二）照明燈具現(xiàn)狀

由于受技術(shù)水平和成本投資的限制，在我國大多數(shù)高校教室照明中還大量使用粗管徑40WT12熒光燈、電感式鎮(zhèn)流器和簡易控照配光燈具等技術(shù)陳舊產(chǎn)品，這些高耗能燈具產(chǎn)品造成了高校教室照明系統(tǒng)電能的大量浪費(fèi)。按照我國提出的“中國綠色照明工程”目標(biāo)，高校目前照明節(jié)能潛力很大，一般節(jié)能方案均能達(dá)到節(jié)約15%～35%。

二、高校教室照明節(jié)能優(yōu)化原則

（一）滿足建筑物基本照明功能

建筑照明節(jié)能優(yōu)化時(shí)，要在滿足照明場所照度、色溫、顯色指數(shù)等技術(shù)指標(biāo)要求的基礎(chǔ)上，通過采取合適的技術(shù)措施達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

（二）考慮照明的實(shí)用經(jīng)濟(jì)效益

建筑照明節(jié)能優(yōu)化時(shí)，并不是簡單為了降低照明能耗而節(jié)能，也不能因?yàn)橐?jié)能而造成成本投資增加，增加系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，而是要通過照明方案優(yōu)化，讓增加的成本投資，能夠在近幾年或較短時(shí)間內(nèi)用照明所獲的節(jié)能效果來進(jìn)行回收。

三、高校教室照明節(jié)能優(yōu)化措施

在進(jìn)行建筑照明設(shè)計(jì)布局過程中，要嚴(yán)格按照 GB50034-2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ16-2008《民用教室設(shè)計(jì)規(guī)范》等技術(shù)規(guī)范要求，結(jié)合建筑物功能和照明場所實(shí)際特性確定適宜的照度標(biāo)準(zhǔn)值。要合理確定照明功率密度值、照明方式、減光補(bǔ)償、光通利用系數(shù)和控制系統(tǒng)等。建筑照明節(jié)能優(yōu)化，應(yīng)在滿足建筑物不同場所、不同部位對照度、色溫、顯色指數(shù)等技術(shù)指標(biāo)要求的前提下，還要滿足技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上合理。

（一）常規(guī)優(yōu)化

1.加強(qiáng)照明節(jié)能宣傳

建筑照明節(jié)能，要充分發(fā)揮學(xué)校在建筑照明節(jié)能降耗工作中的主導(dǎo)作用，在全校范圍內(nèi)全面開展師生照明節(jié)能宣傳工作，增強(qiáng)人們照明節(jié)能意識(shí)。聘用人員專門對無人使用的教室檢查照明、夜間晚自習(xí)后關(guān)閉高校教室照明管理，在新建建筑和既有建筑技術(shù)改造工程中，要結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，把建筑照明節(jié)能工作同綠色建筑其他節(jié)能領(lǐng)域相互結(jié)合起來，推動(dòng)建筑照明節(jié)能工作高效順利開展。

2.采用高效率節(jié)能燈具

燈具是燈泡(管)的“時(shí)裝”。既要漂亮，又要有科學(xué)分配光的功能。它可以根據(jù)場所的需要，將光線送到不同的地方，即科學(xué)用光又能使人們的視覺舒適。調(diào)查結(jié)果上看，多數(shù)學(xué)校教室采用簡易控照熒光燈，其配光和光效均不是太好。例如將學(xué)校教室早期安裝的雙端直管型熒光燈梯形控罩式鐵皮涂白色油漆燈具，更換為拋光氧化鋁制作的雙曲面蝙蝠翼形狀配光燈具，其曲面使光分配更科學(xué)，反射系數(shù)高，可將燈具效率從75%提高到82%。由此可見，采用良好燈具也是一種節(jié)能辦法。

3.更換節(jié)能照明光源

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，我國多數(shù)教室采用粗管徑（38mm）的40WT12熒光燈，其光效低和壽命短。采用高光效、長壽命和顯色性好的細(xì)管徑（26mm）36W的T8三基色熒光燈。T8燈比T12燈節(jié)約電能并提高光效在10%以上。有條件的學(xué)校可采用更細(xì)管徑（16mm）的T5三基色熒光燈，它比T8燈更能提高光效，但必須采用電子鎮(zhèn)流器，它可以消除噪音和頻閃現(xiàn)象。

4.采用節(jié)能型鎮(zhèn)流器

傳統(tǒng)型電感鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn)是體積大、重量重，自身功率損耗大，約為燈功率的20%～25%，有噪聲、功率因數(shù)低、燈頻閃等，是一種不節(jié)能的鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，其自身功耗低，功率因數(shù)高達(dá)0.9以上，燈光效率高、重量輕、體積小、啟動(dòng)可靠、無頻閃、無噪聲、可調(diào)光、允許電壓偏差大等。例如36W熒光燈用電子鎮(zhèn)流器，功耗僅為1-3W。節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器是采用低耗材料，其能耗介于傳統(tǒng)型和電子型之間。因此，選用優(yōu)質(zhì)節(jié)能電子鎮(zhèn)流器和節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器對照明節(jié)能有較大幫助。

（二）新技術(shù)優(yōu)化

1.推廣使用節(jié)能光源

按照我國教室照明規(guī)范要求，平均照度水平約在200lx左右，照度偏低，照明效果較暗，平均單位面積裝燈的功率約為10W/m2左右。為進(jìn)一步改善我國學(xué)校教室的照明條件，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)最低水平300lx，我們需要應(yīng)用新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能照明，廣泛使用LED日光燈不僅可以節(jié)約電能和保護(hù)環(huán)境，還可以提高照明質(zhì)量和效果。

（1）LED日光燈管的特點(diǎn)

LED節(jié)能燈管是采用CREE與AOD超高亮LED白光作為發(fā)光光源，外殼為亞克力/鋁合金。LED節(jié)能燈管與傳統(tǒng)的日光燈在外型尺寸口徑上都一樣，長度有60cm和120cm、150cm三種，其功率分別為5W、7W、8W、9W、10W、12W、15W、16W、18W和20W等；而現(xiàn)在被廣泛使用的40W傳統(tǒng)日光燈（電感鎮(zhèn)流器）實(shí)際耗電約為68W。LED日光燈還有以下主要特點(diǎn)：

1）綠色環(huán)保，安裝簡單

傳統(tǒng)日光燈中含有水銀，泄漏會(huì)危害人體，

而LED日光燈不含任何有害物質(zhì)，對環(huán)境起到保護(hù)作用，被公認(rèn)為21世紀(jì)的綠色照明產(chǎn)品。安裝時(shí)將原有的日光燈取下?lián)Q上LED日光燈，并將鎮(zhèn)流器和起輝器去掉，讓220V交流市電直接加到LED日光燈兩端即可。

2）高效轉(zhuǎn)換，減少發(fā)熱

傳統(tǒng)燈具會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，而LED燈具則是把電能全都轉(zhuǎn)換為光能，沒有紫外線和紅外線，不會(huì)造成能源的浪費(fèi)。光源角度小于180度，裝入燈具后所發(fā)出的光能充分利用，減少光損，燈具效率可達(dá)80%以上。

3）清靜舒適,光線柔和

傳統(tǒng)的日光燈使用的是交流電，所以每秒鐘會(huì)產(chǎn)生100～120次的頻閃。LED燈無噪音,不含紫外線，光源無頻閃，綠色環(huán)保型的半導(dǎo)體電光源，光線柔和，保護(hù)眼睛，不易使眼睛疲勞，確保使用的舒適與健康。

4）節(jié)省能源，壽命更長

整體燈具高達(dá)85lm/W以上的光效，更優(yōu)越的出光特性，在相同照度下，使15W的LED日光燈相當(dāng)于40W傳統(tǒng)日光燈，省電60%以上。壽命是傳統(tǒng)日光燈的10倍，可長期使用而無需更換。

6）堅(jiān)固牢靠，長久使用

LED燈體本身使用的是環(huán)氧樹脂而并非傳統(tǒng)的玻璃，更堅(jiān)固牢靠，沒有鎢絲，抗振動(dòng)性好，便于運(yùn)輸。

（2）節(jié)能效果分析

15WLED日光燈亮度要比傳統(tǒng)40W日光燈還要亮，是國家綠色節(jié)能照明工程重點(diǎn)開發(fā)的產(chǎn)品之一，是目前取代傳統(tǒng)的日光燈的主要產(chǎn)品。低電能消耗，比傳統(tǒng)日光燈管節(jié)電能省60-80%。

現(xiàn)以學(xué)校的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)教室為例進(jìn)行節(jié)能效果分析，安裝有T5日光燈雙燈管燈具18個(gè)，每個(gè)功率80W，每天用電10h，學(xué)生每年在校為270天，那么每年該教室用電量為18× 0.08×10×270=3888kW.h。若換成 9W的LED日光燈雙燈管18個(gè)，每個(gè)功率18W，每天用電10小時(shí)，學(xué)生每年在校為270天，則每年該教室用電量為 18×0.018×10×270= 874.8kW.h；節(jié)約電能(3888—874.8)/3888=77. 5%。如果學(xué)校按照80m2折合教室數(shù)量為150間，則教室照明每年大約可節(jié)電4.52萬度，節(jié)能效果明顯。

2.改善照明控制方式

GB50034-2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中明確列出照明優(yōu)化節(jié)能控制的技術(shù)條文，要求每個(gè)照明開關(guān)控制光源數(shù)不宜太多；當(dāng)房間或照明場所內(nèi)裝設(shè)有兩列或多列照明燈具時(shí)，宜采取分組控制方式。結(jié)合照明燈具布置等因素，可采用光控、時(shí)控、感應(yīng)等控制系統(tǒng)相互搭配，適時(shí)開斷照明燈具。智能化照明是照明控制系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)，采用智能紅外感應(yīng)開關(guān)與照明有機(jī)結(jié)合，可在大幅度提高照明質(zhì)量的基礎(chǔ)上，使照明時(shí)間更準(zhǔn)確，有效提高電能綜合利用效率。

（1）智能紅外感應(yīng)開關(guān)工作原理

智能紅外感應(yīng)開關(guān)是利紅外線輻射和自然光的雙重信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的控制從而達(dá)到節(jié)能的目的，適合于教室等公共場合，當(dāng)有人進(jìn)入開關(guān)感應(yīng)范圍時(shí)，專用傳感器探測到人體紅外光譜的變化，通過菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上，開關(guān)自動(dòng)接通負(fù)載，負(fù)載范圍為白熾燈、日光燈和節(jié)能燈等各類燈具，從而實(shí)現(xiàn)照明控制智能化。人不離開感應(yīng)范圍，開關(guān)將持續(xù)接通，人離開后，開關(guān)延時(shí)（5～120s）自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載；光線強(qiáng)時(shí)不感應(yīng)，帶感光調(diào)節(jié)（也可自由調(diào)節(jié)在任意光線下感應(yīng)或全天侯感應(yīng)），光控感應(yīng)為5～500lx；實(shí)現(xiàn)人到燈亮，人離燈熄，人性化，安全節(jié)能。

（2）應(yīng)用效果分析

智能紅外感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)距離為5～8米，感應(yīng)角度為140°圓錐角，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整感應(yīng)距離和感應(yīng)角度。因此，可將教室劃分幾個(gè)區(qū)域，在每個(gè)區(qū)域安裝智能紅外感應(yīng)開關(guān)，用熱釋電紅外探測器探測該區(qū)域是否有人，用光敏電阻探測該區(qū)內(nèi)光強(qiáng)大小，從而控制該區(qū)域內(nèi)燈的啟停，實(shí)現(xiàn)高校教室照明終端精細(xì)化自動(dòng)控制，杜絕高校教室照明的浪費(fèi)現(xiàn)象。

現(xiàn)以學(xué)校的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)教室為例進(jìn)行節(jié)能對比分析，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定教室照明的功率密度約為20W/m2，設(shè)教室面積為80m2，按照高校教室照明習(xí)慣，每天開燈時(shí)間平均為10小時(shí)，學(xué)生每年在校為270天，一間教室平均年用電量約為80×0.02×10×270＝4320kW.h；若其它條

件不變，將普通開關(guān)更換為智能紅外感應(yīng)節(jié)能開關(guān)，按照自然采光可達(dá)到的照度標(biāo)準(zhǔn)，則每天使用時(shí)間平均為5小時(shí)，一間教室平均年用電量約為80×0.02×6×270＝2592kW.h；一間教室每年節(jié)省電能約為(4320—2592)/4320=40%。如果學(xué)校按照80m2折合教室數(shù)量為150間，則教室照明每年大約可節(jié)電2.6萬度，按每度電0.5元，則每年可節(jié)約電費(fèi)2.6×0.5=1.3萬元。目前紅外感應(yīng)開關(guān)平均價(jià)格約為90元，而普通開關(guān)平均價(jià)格約為30元，如果一個(gè)教室按安裝4組控制開關(guān)算，則一個(gè)教室的安裝價(jià)差為（90-30）×4＝240元，150間教室的安裝價(jià)差為150×240＝3.6萬元，但按照開關(guān)正常使用壽命為10年以上計(jì)算，采用智能紅外感應(yīng)開關(guān)感來控制照明的節(jié)能效果是非常顯著。

四、結(jié)語

高校教室照明設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)參照國際標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合工程實(shí)際情況，充分優(yōu)化照明方案、選擇高效節(jié)能燈具和設(shè)計(jì)智能照明控制系統(tǒng)等。本文從不同角度對教室照明節(jié)能提出優(yōu)化措施，從節(jié)能和照明效果看，應(yīng)用照明新技術(shù)節(jié)能，效果較為明顯。因此，在新建建筑和既有建筑技術(shù)改造工程中，要按照綠色建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行照明節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，為使用者提供一個(gè)健康、舒適和安全照明環(huán)境，有效提高使用者的照明水平。另外，在設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，要考慮建筑物全生命周期中的能源高效利用問題，并在節(jié)約投資、和提高照明質(zhì)量的基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化措施進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，最低限度地降低照明對環(huán)境的影響，構(gòu)筑生態(tài)環(huán)保、可持續(xù)穩(wěn)定的綠色建筑照明。

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Discussion on the Power-saving Optimization of University’s Classroom Lighting System

ZHAO Jia-min
(School of Urban Construction,Yunnan Open University,Kunming 650223,Yunnan)

The power-saving optimization of university’s classroom lighting system is an important part of constructing economical society in China.This paper analyzes the present situation and problems of the university’s classroom lighting,and from the lighting power-saving optimization principle,discusses the various effective measures to be taken for the university’s classroom power-saving lighting system so as to achieve lighting power-saving purpose.It also provides reference for the power-saving optimization in the modification of public lighting system.

classroom lighting,power-saving and optimization,LED,infrared induction switch

G642.423

A

2095-6266（2014）03-085-04

2014-4-10

2013年度云南省教育廳科學(xué)研究基金項(xiàng)目“以就業(yè)為導(dǎo)向的建筑電氣技術(shù)課程教學(xué)改革與實(shí)踐研究”（2013Y 190）。

趙家敏（1976－），男，云南富源人，講師，碩士，主要從事照明系統(tǒng)節(jié)能研究。