綠色建筑設計中電氣節能應注意的問題

張文才(中國建筑設計研究院總院， 北京 100044)

1 緒論

建筑節能在我國曾多次提出，如上世紀80年代、90年代均有宣傳。但是都沒有形成一項常抓不懈的工作，其結果往往是雷聲大，雨點小，效果并不明顯。然而到本世紀初，中央根據我國經濟發展與能源的需求，提出了能源安全的概念。并針對建筑用能的粗放狀況，提出了節能省地型住宅的要求。住房和城鄉建設部根據中央的精神，有針對性地提出了“節能、節地、節水、節材和環境保護”的要求，這也就是大家常說的“四節一環保”。建筑節能的工作經過約10年的努力，從各個層次著手，形成了一系列節能減排體系。首先在政策層面制定了相應的建筑節能國家標準規范，例如《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)，用以指導和約束建筑設計人員在所承擔的建筑設計過程中，認真遵守節能標準。而且施工圖審查也將建筑節能設計作為強制性條文的內容進行審查。為了進一步推進建筑節能，打造中國自己的綠色建筑，國家頒布了《綠色建筑評價標準》(GB 50378-2006)，用以評審綠色建筑設計標識和綠色建筑運行標識。另外各省市也相應制定了建筑節能地方標準以及陸續制定本地區的綠色建筑評價標準，施工圖審查機構則按照國家和地方節能標準進行認真的節能審查。這種層層把關的做法，從設計層面上起到了對建筑節能設計進行控制的作用。

2 我國電氣節能相關標準規范

縱觀國家規范《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)，其中關于建筑電氣節能的條文很少，僅在總則中的第1.0.3條提到：“按本標準進行的建筑節能設計，在保證相同的室內環境參數條件下，與未采取節能措施前相比，全年采暖、通風、空氣調節和照明的總能耗應減少50%。公共建筑的照明節能設計應符合國家現行標準《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)的有關規定”。另外第5.5節重點是關于暖通空調(HVAC)的檢測與控制，并推薦采用直接數字控制系統。這直接關系到建筑智能化技術中的BA系統，或者再往上一個層次的BMS。在建筑各項能耗中，HVAC的耗能應占第一位，其次是照明。而且照明節能也是目前在執行節能規范過程中，電氣專業唯一有量化指標的內容。

建筑照明設計標準中規定了相應的功能區域的照度值，并針對不同的功能區域照度值，規定了相應的照明功率密度值。照明功率密度值，是設計階段必須遵守的強制性條文，分為現行值和目標值。值得注意的是，在進行綠色建筑設計時，綠色建筑評價標準中無論是住宅建筑還是公共建筑，均對公共區域照明的照度值和功率密度值有明確的要求。例如針對住宅建筑第4.2.7條：“公共場所和部位的照明采用高效光源、高效燈具和低損耗鎮流器等附件，并采取其它節能控制措施，在有自然采光的區域設定時或光電控制”。而對于公共建筑，第5.2.4條：“各房間或場所的照明功率密度值不高于現行國家標準《建筑照明設計標準》(GB 50034)規定的現行值”。第5.2.19條則是在滿足現行值基礎上的更高要求：“各房間或場所的照明功率密度值不高于現行國家標準《建筑照明設計標準》(GB 50034)規定的目標值”。

第5.2.4條屬于控制項，若不達標，則嚴重影響該項目的綠色建筑達標。對于更高星級標準的綠色建筑，還應滿足第5.2.19條的要求。就目前的情況來看，有許多設計人員在照明設計中還是沒有選擇高效光源，而且在設計過程中沒有予以足夠的重視。另外,申報綠色建筑，往往是一些咨詢機構或單位參與，并編制相應的申報材料，但是咨詢機構對照明技術的掌握和理解有所不同,所以經常出現一些偏差，包括對標準規范理解方面的偏差。

《建筑照明設計標準》第5章給出了各類民用和工業建筑的照明標準值，為了與國際照明委員會相一致，不同房間或場所的照度標準值僅給出一個，設計人員可根據所設計的工程，參照標準值進行設計，若有必要時，也可在標準值的基礎上適當加以調整。但不能盲目提高照度標準，造成不必要的能源浪費。對于照明設計的節能措施，主要遵循以下幾點。

在照明設計中，所設計的照度值應滿足要求，而且功率密度值爭取做到最小。選擇合適的照度，這關系到實際應用是否滿足使用者的需求，也關系到最終的實際能耗。針對不同的建筑，其照度值是多少，應根據多方面的因素來確定。《建筑照明設計標準》中所列出的照度值，是在進行了大量的調查研究和參考國際上相關照明標準的基礎上確定的。

在照明設計中，當光源、燈具、附件、照度值選定后，則可確定燈具的數量，進行燈具的布置。

燈具數量的確定，可從下面照度計算公式中經簡單數學變換求出：

或者 ：N=A×lx/lm×Cu×M

式中： lx—照度值

lm—每個燈管輸出流明

N—總的燈管數量

Cu—燈具的利用系數

M—燈具的維護系數

A—房間面積

對于光效，往往是看一類光源，其單位功率(每W)的流明數。就目前市場上的幾類日光燈而言，常用的如T5、T8燈(14W、28W 和18W、36W)，較好的(三基色)一般都在90lm/W左右。因此整個燈管的光效，大概可以得出來。

注意：對于14W的T5燈管和18W的T8燈管，其光效要比28W的T5燈管和36W的T8燈管小一半多，因此在正常的設計中建議盡量少用。

《建筑照明設計標準》的制定，為照明設計提供了可遵循的依據。該標準在編制過程中，充分考慮了節能的因素。對于光源、燈具及附件等的選擇以及照度的推薦值和單位面積耗電指標均做了一定的研究，提出了一些可行的方式。在第6章中，給出了居住建筑和各類民用及工業建筑的照明功率密度值，作為工程技術人員在照明設計中，應當從節能的高度出發，認真加以核算，使照明功率密度值在標準規定的范圍內。然而在一些工程中，尤其是在一些需二次裝修的場所，室內裝修設計人員中絕大多數均是來自建筑設計或工藝美術專業，對于照明方面的知識了解不多，在裝修設計過程中，片面地強調藝術方面的美學效果，而忽視了照明的技術。在配合有的裝修設計公司的裝飾設計時，常出現光源應用不合理的現象。有的裝修設計，雖然光源和燈具選擇合理，但燈具設置較密，盡管功率密度值不超標，但無形中提高了照度并加大了能耗。在《建筑照明設計標準》中給出了常用場所照明單位面積功率指標，并有相對應的平均照度值。在這種對應關系中，若選擇的光源和燈具合適，其單位面積的功率密度值指標在達到相同照度值的情況下，還可以減少一些。例如對于辦公樓建筑中的辦公室照明，要達到高檔(500lx)的照度標準，采用的燈具為鋁格柵型時，若采用普通36W的T8熒光燈或三基色T8熒光燈作為照明光源，兩種光源的效率相差18%～20%，因此在保證相同照度的情況下，采用三基色熒光燈的能耗也將比普通型的要節約18%～20%。值得引起注意的是，光源制造技術的發展，均是朝著提高光源的發光效率而努力，因此，單位面積的功率指標值將會比現有的值要小。另外若選用18W的T8光源，與36W的T8光源比較，其單位功率的光通量要低許多，同樣也存在效率不高的情況。在選用鎮流器方面，電子式鎮流器耗電最低，節能型電感式鎮流器次之，在這方面又可以有節能的空間和余地。所以在進行照明節能設計時，應將燈具和鎮流器同時進行考慮，方能達到最佳的效果。

3 照明功率密度在工程中的常見問題

若工程中出現照明功率密度值有超標以及照度值不符合規范要求的地方，其具體表現和問題分析如下：

1)在功率密度值計算時未考慮鎮流器功率，當計入鎮流器功率后，導致LPD值超標。

當選用氣體放電燈時，該類光源需要有鎮流器。對于鎮流器的功率取值，應注意所選用的鎮流器的類別和等級：對于36W燈管,當采用相當于歐洲標準A2、A3、B1、B2能效等級的鎮流器時，因為T8燈管可以采用電子鎮流器，也可以采用電感式鎮流器；而對于T5燈管而言，只有電子式鎮流器。因此對于28W的T5燈管，鎮流器的功耗按照4W考慮(28+4=32W)。

當選用36W熒光燈光源時，一定要以文字的方式說明采用的是何種鎮流器，并在計算書或計算表中填寫清楚所采用鎮流器的功率。

注意：當采用電子鎮流器時，有許多人考慮到了諧波的影響，因此在設計中要求電子鎮流器是H級或L級。這在過去是對的，近年來已將此類級別取消了，統一按照《電磁兼容限值諧波電流發射限值》(GB 17625-2003)中的設備分類C規定照明設備的諧波電流限值。該規范是與國際上的IEC標準一致，主要是限定了來自功率在25W及以上的光源所配鎮流器的諧波分量，而對于25W以下的則沒有限制，而恰恰是這些低于25W光源的鎮流器產生的諧波分量相當高，有的三次諧波含量高達80%，五次諧波含量高達60%，造成照明回路中諧波電流很高，相應線路電壓損失增高，導致能耗增加，不利于節能。

2)照度確定不合適，導致功率密度值過高。

根據《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)第5章照明標準值的規定，絕大多數各類房間或場所的照明照度值均有規定。

例如對于工程中的變配電站，標準中規定的照度是配電裝置室為200lx，變壓器室為100lx；動力站中風機房、空調機房為100lx。但是有的綠色建筑申報項目卻將照度值提高，這其中有的是設計時的疏忽，有的則是業主方的要求。設計時的疏忽可以立即予以糾正，但對于業主方的要求，則應與業主進行溝通，不能盲目依從。這種功能性的場所，絕大部分的項目都能遵照標準進行設計并運行，證明是完全可行的。要提高這些場所的照度，完全沒有必要，否則也就不必申報綠色建筑。

3)同一層建筑平面中有各類不同功能的房間，而且照度要求不同，設計說明、光源選擇等均符合要求，各類房間照度值也定位準確，但在照明平面圖中布置燈具時，又千篇一律，沒有差別，導致實際有的房間燈具布置過多，使這些房間的照度值、LPD值超標。

在工程設計中，這種情況大量存在，例如有的建筑在某一層，既有辦公室、又有資料室、還有相應的庫房等，對于各類房間或場所的照度，設計時都有所考慮，在設計說明中也按照規范規定的照度值和功率密度值提出了準確的要求。但在平面燈具布置時，一拷貝粘貼，就顯示不出任何區別了。結果照度要求低的房間照度超標，功率密度值也超標了。

4)照明計算時，有的參數取值不對，如利用系數、維護系數、光源技術參數等；正規的利用系數的確定是通過計算室形指數，再根據所選擇燈具的配光曲線，查表時還需選擇相應的天花板、墻面、地面的反射系數，從中找出利用系數。但就目前的情況來說，有許多燈具制造廠家無法提供理想的配光曲線，更有甚者，直接抄襲別的廠家的配光曲線，無誠信度可言。

一般對于利用系數的選取，可根據所設計房間或場所面積的大小而有所區別。面積大的區域，利用系數可適當高些，面積小的房間或場所，利用系數則低一些。一般來說，對于熒光燈槽，利用系數一般在0.38左右；格柵熒光燈利用系數一般在0.55～0.6之間；熒光燈帶的利用系數一般為0.5左右；開啟式熒光燈的利用系數一般較高，約為0.65甚至還要高些。如教室、閱覽室一般采用蝙蝠翼式配光曲線的燈具，利用系數可高達0.7。

對于維護系數，《建筑照明設計標準》表4.1.6給出了各類環境污染特征情況時的維護系數，設計計算時應認真遵照執行。

光源的選擇，主要考慮以下幾個要素：光效、色溫、顯色指數、光源壽命和價格。這是在照明設計中做到切合實際應用很重要的要素。

采用高效光源是照明節能的關鍵。在一般無特殊裝飾要求場所應采用直管型熒光燈，盡量不要使用緊湊型熒光燈。對于直管型熒光燈，在選用過程中應考慮以下四項原則：1、三基色；2、細管徑；3、大功率；4、中色溫。

T8-18W燈管比36W燈管,要達到同等的照度，多耗電31%(采用電子鎮流器)～45%(采用節能型電感鎮流器)，而建設費用要增加30～40%；T5燈管：14W光效大于70lm/W，28W的光效大于90lm/W、35W的光效為104 lm/W，建議盡量少用14W的光源，以利于節能。

高大空間使用金屬鹵素物燈較為適宜。應選用陶瓷金屬鹵素物燈。其顯色指數Ra從65提高到80～85，光效提高8%～20%；壽命長10%～15%，有利于節能。

設計中有的選用的光源技術參數不合理，例如T5熒光燈的光通量，定為3 000 lm,有的甚至套用T8燈管的參數；有的選擇又過低，導致審圖人復核時認為照度值超標過多(超過10%)。

5)對規范中提到的允許有誤差理解不正確；如規范4.1.3、4.1.4、4.1.7 等條文。

《建筑照明設計標準》第4.1.7 在一般情況下，設計照度值與照度標準值相比較，可有±10%的偏差。應注意條文說明及其適用的情況。

考慮到照明設計時布燈的需要和光源功率及光通量的變化不是連續的這一實際情況，根據我國國情，規定了設計照度值與照度標準值比較，可有±10%的偏差。此偏差只適用于裝10個燈具以上的照明場所；當小于10個燈具時，允許適當超過此偏差。

在4.1.7條中，關于照度值的偏差，是否也允許功率密度值出現相應的偏差？在該標準審查會上已經明確：照度值允許偏差，是由于在設計過程中會遇到燈具數量隨房間調整的情況(例如計算時需要11盞燈，但布置時卻需要12盞燈才能均勻設置)。另外10盞燈以下時允許適當超出偏差，是由于房間面積較小，利用系數偏低的緣故，才允許適當超出±10%的偏差范圍。照度值可以有上述范圍的偏差，但功率密度值不允許有偏差，尤其是+10%的偏差。

《建筑照明設計標準》條文6.1.2～6.1.7中(辦公建筑、商業建筑、旅館建筑、醫院建筑、學校建筑、工業建筑)均要求建筑照明功率密度值不應大于表(6.1.2～7)的規定。當房間或場所的照度值高于或低于本表規定的照度值時，其照明功率密度值應按比例提高或折減。

注意此處提到的高于或低于表中的照度值，不是前面說到的偏差，而是《建筑照明設計標準》中第4.1.3和4.1.4條所規定的情況。

4.1.3 符合下列條件之一及以上時，作業面或參考平面的照度，可按照度標準值分級提高一級。

1 視覺要求高的精細作業場所，眼睛至識別對象的距離大于500mm時；

2 連續長時間緊張的視覺作業，對視覺器官有不良影響時；

3 識別移動對象，要求識別時間短促而辨認困難時；

4 視覺作業對操作安全有重要影響時；

5 識別對象亮度對比小于0.3時；

6 作業精度要求較高，且產生差錯會造成很大損失時；

7 視覺能力低于正常能力時；

8 建筑等級和功能要求高時。

4.1.4 符合下列條件之一及以上時，作業面或參考平面的照度，可按照度標準值分級降低一級。

1 進行很短時間的作業時；

2 精度或速度無關緊要時；

3 建筑等級和功能要求較低時。

由于規范中規定的房間或場所的照度值不是一個范圍，而是一個確定的值，見《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)第5章：照明標準值里面詳細規定的照度值均是一個值，少量的場所或房間是有普通或高檔之分，如普通辦公室、高檔辦公室、一般商業營業廳、高檔商業營業廳。

6)設備用房中布置大功率燈，圖中沒有注明是何種光源，從符號上看，像是白熾燈，功率在100W、150W不等，若按金鹵燈或高壓鈉燈的參數復核，照度值超標許多，按白熾燈又違反規范；

《建筑照明設計標準》3.2.3 照明設計時可按下列條件選擇光源：

1 高度較低房間，如辦公室、教室、會議室及儀表、電子等生產車間宜采用細管徑直管形熒光燈；

2 商店營業廳宜采用細管徑直管形熒光燈、緊湊型熒光燈或小功率的金屬鹵化物燈；

3 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；

4 一般照明場所不宜采用熒光高壓汞燈，不應采用自鎮流熒光高壓汞燈；

5 一般情況下，室內外照明不應采用普通照明白熾燈；在特殊情況下需采用時，其額定功率不應超過100W。

3.2.4 下列工作場所可采用白熾燈：

1 要求瞬時啟動和連續調光的場所，使用其他光源技術經濟不合理時；

2 對防止電磁干擾要求嚴格的場所；

3 開關燈頻繁的場所；

4 照度要求不高，且照明時間較短的場所；

5 對裝飾有特殊要求的場所。

另外在綠色建筑申報材料中，對于照明功率密度值的確定，有的咨詢機構采用折算的方法。例如一般辦公室的照度為300lx，而在實際計算時達到330lx，這在標準中是允許的。關鍵是按照此時計算的功率密度值可能剛剛超標，咨詢機構則將330lx時的功率密度值折算到300lx時的功率密度值，這樣就不超標了。其實對于照明功率密度值，從來也沒有折算這一說法，而應該實事求是，該房間或場所設計布置的燈具、光源數量，選用鎮流器的功率等，按照實際情況來計算功率密度值。

對于《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)第5.5節重點關于暖通空調(HVAC)的檢測與控制，應引起足夠的重視。因為暖通空調的能耗在建筑能耗中所占比例最大，要使全年采暖、通風、空氣調節和照明的總能耗減少50%，并不是一件容易的事情。上海在前些年曾經對一些公共建筑的BA系統做過調查，結論是好的和差的均占比例不高，絕大部分是處于中間狀況。這就說明要達到更好的節能效果，BA系統在運行節能中還有很大的潛力。國家提倡進行能源合同管理，其實質就是在現有系統運行的基礎上，采取更為有效的節能技術，將運行中本不應該消耗的能源節省下來。在這方面曾向貴州匯通華城了解其承接的上千個項目實施節能改造前后的情況，對空調和制冷系統平均節能率達到20%以上，這充分反映出運行用能還是屬于粗放型的。建筑運行節能，首先是要設置必要的系統，否則只能是無米之炊。但是系統的設置只是一個先決條件，系統設置如何，是否能針對不同工況、不同時間的運行，能夠靈活適應是非常關鍵的，尤其是除了必要的硬件設施外，還有強有力的運行軟件。日常的運行，需要有嚴格的規章制度，在制度的規定下認真操作，方能做到物盡其用，將BA系統的功能和效率發揮更完善。另外各建筑都有其自己的特點和要求，針對自身特點，掌握一套運行管理的技巧是節能的關鍵，只有掌握好節能的技巧，節能才能落實到實處。

希望大家在照明設計時仔細看規范，并正確理解規范要求；從節能角度仔細復核照明圖紙，不要用功率密度值反求燈具數量以免照度值超標。

4 結束語

對于建筑設備的控制，應與空調專業設計人員密切配合，詳細了解其運行的工藝要求，有針對性地提出控制思路。

需要指出的是《建筑照明設計標準》(GB 50034－2004)中所規定的功率密度值，是在2004年以前制定的，經過約10年的工程設計實踐，加上照明光源、燈具及其配套附件等效率和質量的提高，其技術參數和指標較之以前的老產品有較大的提升，再加上一些更為高效節能光源的推出，對于降低照明密度值提供了技術支持。《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)第3.4.2條：本標準規定了照明功率密度的現行值和目標值。現行值從本標準實施之日起執行，目標值執行日期由主管部門決定。現行業內一致認為目前已具備技術條件將照明功率密度值下調，經住建部標準主管部門同意并批準，《建筑照明設計標準》(GB 50034－2004)進行修編。經過數年的努力，該標準修訂后的報批稿已經完成，并上報待批準實施。在新修編的標準中基本上將原2004年版本中的現行值淘汰，參照原標準中的目標值，重新確定現行值。另外根據目前市場上的節能產品的技術參數，確定了新的目標值。一旦新近修編的《建筑照明設計標準》(GB 50034-2013)頒布執行，對于照明節能設計無疑產生了巨大的推動作用。

從2013年6月1日起北京市要求所有新設計的建筑均應滿足綠色建筑一星級標準，也就是說從一星級起步，這非常有益于建筑節能。隨著建筑節能減排的要求越來越嚴格地執行，所有的設計應有充分的考慮，盡快按照高標準來執行。

[1]中國建筑科學研究院.建筑照明設計標準(GB 50034-2004)[S].北京: 中國建筑工業出版社, 2004.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.公共建筑節能設計標準(GB 50189-2005)[S].北京: 中國建筑工業出版社, 2005.