基于IESNA90.1標準的綠色照明設計

易 斌，劉學義，劉 波，米紅菊

(1.解放軍后勤工程學院 機械與電氣工程系，重慶 401331;2.解放軍后勤工程學院 建筑設計研究院，重慶 400016)

1 引言

根據美國能源信息署(EIA, Energy Information Administration)的統計數據，建筑耗能占到全社會終端耗能的40%[1]，我國的統計數據為20%左右，與世界平均水平持平[2～3]。世界銀行估計到2015年全世界一半以上新建建筑將建于中國[4]，隨著我國城市化進程的加快，降低建筑能耗對于我國的節能減排尤其具有極其重要的現實意義。

為探索適應西南地區地域氣候條件下的節能建筑設計及運營經驗，后勤工程學院于2009年啟動了解放軍綠色建筑示范樓項目。該樓是一集住宿、餐飲、教學、辦公、會議等功能于一體的綜合體建筑，地上建筑5層，地下1層，占地面積2489.9m2，總建筑面積11609m2。本項目集中采用了地源熱泵、自然采光/通風、智能照明、太陽能光伏/光熱利用、立體綠化等一系列節能措施，設計節能率75.4%，非傳統水源利用率達到46.6%，循環建筑材料用量比為11.6%[5]。該工程同時申請了美國綠色建筑委員會LEED NC2.2認證與我國住建部綠色建筑評價標識，是重慶乃至我國西南地區最早申請LEED認證的項目之一。作為住建部全國百個綠色建筑示范項目之一，該節能示范樓項目目前已獲得中國綠色建筑三星級標識，更被評為中國綠色建筑創新獎一等獎，成為我國西部地區首個獲此獎項的項目[6]。

人工照明設備能耗占到了建筑末端用能相當大的一部分，特別是對于公共商業建筑而言，這一比例可高達40%以上[7]，照明節能對于減低建筑能耗的意義不言而喻。通過選用新型光源與高效燈具，實施智能化控制手段，營造健康舒適、滿足物理、生理、心理、人體工效學、美學等多方面需求的光環境的同時，有效降低照明用電是“綠色照明”理念所追求的目標，也是建筑節能的重要組成部分[9]，這一點在各國所制定的節能建筑評價體系中都有充分的體現。

2 LEED評價體系與ASHRAE/IESNA 90.1標準

為了使綠色建筑的理念具有切實的可操作性，各國結合自身地域、技術特點，相繼推出了包括美國的LEED評估體系、日本的CASBEE、英國BREEAM、德國生態導則LNB等在內的綠色建筑評估體系，我國也頒布了《GB50378—2006 綠色建筑評價標準》。這其中由美國綠色建筑委員會(USGBC: U.S. Green Building Council)推出的能源與環境先鋒設計(Leadership in Energy and Environmental Design，LEED)標準是最為廣泛接受的綠色建筑評價體系之一[10]。發展至今，LEED體系已基本涵蓋所有類型的建筑物，可以評估建筑全生命周期中設計、建造、運行、維護、出租和改造等各個階段的環境性能[11]。我國的《綠色建筑評價標準》是在參考美國的LEED和英國的BREEAM基礎上，結合本國的國情制定的，在體系結構和評分指標上有很多的相似點(表1)[12]。

需要指出的是，由于本工程注冊LEED認證的時間為2009年5月，故基于當時的新建建筑LEED NC2.2版本進行節能評估，其能效評估主要依據的規范為2004版美國暖通空調和制冷工程師協會(ASHRAE，American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)與北美電氣照明協會(IESNA，Illuminating Engineering Society of North America)共同頒布的高層(兩層以上)住宅與商業建筑節能設計標準，即ASHRAE/IESNA 90.1—2004。2009年LEED V3版本發布后，ASHRAE 90.1也由2004版本相應更新為2007版本。亦即電氣照明設計必須同時滿足LEED NC 2.2與GB50034的要求。LEED標準中對建筑光環境質量與照明節能給予了充分的關注，本文結合解放軍綠色建筑示范樓工程實例，從照明能效優化、系統可控性以及光污染抑制幾方面對電氣照明設計要點加以分析對比，對照明設計過程中可借鑒的理念與措施進行重點闡述。

表1 LEED NC2.2 與GB/T 50378—2006評價指標體系對比Table 1 The comparison of the evaluation index between LEED NC2.2 and GB/T 50378-2006

2.1 電氣照明能效優化

能效優化是LEED NC與GB50378共同關注的重點。作為權重最大的得分項，NC2.2中“能源與大氣”得分的前提條件之一(EAP2)是設計須符合ASHRAE/IESNA 90.1—2004中對于圍護結構、HVAC、熱水、配電、照明等系統的強制性條款與指標要求。在此基礎上，依據對整幢建筑進行能源成本分析結果，對比基準建筑能耗優化水平(10.5%～42%)，給予相應的得分(1～10分)[13]。具體對照明設計而言，首先必須滿足ASHRAE/IESNA 90.1—2004 第9.4、第9.5節有關室內外燈具安裝總功率、照明控制、燈具發光效率等條文規定，并盡量提高電氣照明系統能效。我國的綠色建筑評價標準GB50378中同樣將照明功率密度值(LPD，Lighting Power Density)不高于《建筑照明設計標準》GB 50034規定的現行值作為必須滿足的控制項，不高于LPD目標值作為優選項。此外，GB50378中還規定室內照度、統一眩光值、顯色指數等照明設計指標也須滿足GB 50034的要求。

照明功率密度與照明控制方式是決定照明能耗的兩個關鍵因素[14]，作為LEED NC2.2與GB50378在電氣照明設計方面主要遵循的依據，在這兩點上IESNA 90.1—2004與GB50034—2004有比較明顯的區別。首先，在室內LPD限值方面，IESNA 90.1允許采用兩種不同的方法來計算室內燈具允許安裝功率：總面積法和逐個場所法。如表2所示，以某三層商業建筑為例，前者計算過程簡單，只需按32類不同類型建筑選擇相對應的LPD值，乘以照明區域總面積得到允許安裝的燈具功率總和；后者則需分別統計不同使用功能場所面積，逐個求出允許安裝燈具功率后求和。

表2 IESNA90.1總面積法與逐個場所法比較Table 2 The contrast of IESNA90.1 standard’s space-by-space compliance path and building area compliance path

由表2可見，IESNA90.1中的兩種方法其結果較為接近，通常情況下采用總面積法時的允許值更小。需要指出的是，與GB50034強調每個區域的LPD值不超標不同，IESNA90.1更注重整個建筑的總安裝功率，允許不同區域、不同場所之間相互“取長補短”，前提只要燈具功率總額不超標即可。另外，用于裝飾、商品展示等目的安裝的燈具，當采用逐個場所法時允許單獨計算這一類燈具的功率限值，如裝有花枝吊頂、壁燈等裝飾燈具LPD不得超過11W/m2(1W/ft2)，且此部分燈具單獨計算，低于標準允許值的功率不用于置換一般照明的不足，總面積法則不區分一般照明、裝飾照明等。LEED NC2.2 要求必須滿足總面積法計算總功率值。

為同時滿足GB50034中的LPD目標值及IESNA90.1中燈具安裝總功率要求，選用發光效率高的T5直管熒光燈、節能燈作為主要光源，前廳、餐廳等公共區域取消不必要的裝飾設計，基本杜絕鹵素燈杯等光源的使用。在滿足上述規范要求的前提下，與基準建筑相比照明用電降低了75%[15]。

IESNA90.1—2004與GB50034相比，另外一個明顯的區別在于IESNA90.1還規定了建筑立面泛光照明、室外停車場等室外照明LPD值，并作為強制條文執行。此部分內容在我國的《JGJ/T163—2008城市夜景照明設計規范》中有規定，但往往為建筑電氣設計人員所忽視，設計及審圖過程中往往也未嚴格把關。

2.2 照明控制策略

整體而言，IESNA90.1標準較GB5034在照明控制方面要求更加嚴格細致。LEED NC2.2要求必須執行IESNA90.1—2004 包括9.4節在內的強制條款，其中對于照明控制規定如下：面積大于465m2(5000ft2)的場所，除安全照明等必須24小時點亮的燈具外，須采用定時控制、占空傳感器，或檢測其他監控系統給出的“無人”信號的方式，實現無人時自動關閉室內照明；教室、會議室、員工餐廳、休息室等公共區域，人員離開后30min 內應自動關閉照明。除此之外，面積小于929 m2的場所，單個控制裝置(手動控制或自動控制)所控制面積不得超過232 m2；面積超過929m2時單個控制裝置控制區域不超過929m2。

對于室外照明，IESNA90.1要求除正常運行自動關閉的應急照明、安全照明和裝飾霓虹燈外，所有外部照明必須設照度控制與夜間自熄控制。要求采用天文時鐘控制、光電感應器控制裝置等自動控制室外照明在白天和午夜自動關閉。出入口照明、室外小品重點照明等可不作此要求，但必須單獨設置控制開關。

除此之外，LEED NC2.2中將室內照明系統可控性作為加分項，以此鼓勵設計人員在滿足視覺作業工作需求的同時，為用戶提供靈活的控制方式。室內照明夜間自熄同樣對LEED NC2.2中光污染抑制這一加分項有利。與之相對照，我國的綠色建筑評價標準中并未對照明控制作過多要求，《GB50034—2004 建筑照明設計標準》也僅建議有條件時采用照度自動關燈或人體感應、動靜感應等自動控制方式。

為滿足LEED NC2.2中對于照明控制相關條款要求，結合本工程做完外訓樓的使用功能需求，經過技術比較，在多用戶公共空間如會議室、餐廳等區域設置場景控制與照度控制，并與活動外遮陽實現聯動；教室內則選用了基于DALI (Digital AddressLighting Interface) 數字編址照明接口協議的智能照明系統，并選用調光鎮流器以滿足多媒體教室光環境使用要求(圖1)。相比EIB協議的實現方式，DALI系統具有簡單靈活的優點，其拓撲結構簡單，布線靈活，功能模塊相對較少，對于本工程而言更為適用[16]。另外，在客房設鑰匙取電開關，其他如獨立辦公室、寢室、樓梯間則按照GB50034 7.4.4～7.4.6條文要求設計開關控制。

圖1 教室智能照明平面圖Fig.1 Lighting layout plan of the classroom

圖2 IESNA90.1室外燈具光源發光效率限值Fig.2 The luminous efficiency limit of exterior grounds lighting luminaire

除LPD限值與照明控制這兩大項外，IESNA90.1中照明部分還強制要求緊急出口燈具功率不得超過5W，超過100W室外照明燈具功率其光源發光效率需不小于60lm/W(圖2)，單管或三管熒光燈的串聯接線(tandem wiring)等作了規定。由于上述條文執行起來相對簡單，在此不一一贅述。

3 結論及建議

《GB50378—2006綠色建筑評價標準》與《GB50034—2004 建筑照明設計標準》實施至今，對于推動我國低碳建筑與綠色照明發展功不可沒。伴隨著當前國內綠色建筑如火如荼快速發展，逐步變以“定性的措施性指標”為“可量化的性能評價指標”，同時，將參評起點提高而不僅僅只是以規范為簡單參照，是今后一段時間內中國綠色建筑評價體系可以考慮加以完善的兩個方面[17],[18]。

對照LEED標準及其主要參照的ASHRAE/IESNA 90.1標準，對于電氣照明設計后續的設計規范修訂過程中，在以下幾個方面值得借鑒。一是進一步嚴格照明功率密度限值。事實上，IESNA90.1每三年修訂一次，至今已推出2010版。以總面積法為例，各類建筑的平均LPD由90.1—2004版中的12W/m2降至2010版中的10W/m2，降幅達16.6%。隨著技術水平的發展，GB50034中的目標值實現起來已相對輕松，應考慮進一步從嚴要求。二是對于規范中精裝修設計部分等語焉不詳、以往執行不嚴的條文，進一步明確、細化。三是對于照明控制設計要求在規范中加以強調，特別是對于商場等照明能耗比例占到相當可觀比例的公共建筑等。實踐證明，采用照度、時間控制等方式，從全壽命周期成本而言效益明顯，在規范中加以強制要求也并非不可行。即便是真如照明設計人員所言，按照IESNA90.1要求執行自覺更象是會計師而非設計師[19]，只要能真正推動電氣照明更加“綠色”起來，這一“痛苦”也是可以接受的。

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