關于建筑電氣照明節能技術的研究

周剛

（廣東省建筑工程集團有限公司，廣東 廣州 510000）

1 建筑電氣照明節能評價標準

現代建筑電氣照明節能以不降低視覺所需與照明質量為基本原則，在此基礎上,努力減小或消除無用照明與系統（能量）損失，促使照明用電實現最為有效的利用。

1.1 照明功率密度值LPD

對于照明節能的評價，我國在《建筑照明設計標準》GB50053-2013中規定以LPD（照明功率密度值，單位W/m2）為其指標。LPD為單位面積上照明安裝功率（包括變壓器、鎮流器與光源等），其以式（1）為計算依據：

式中：為照明光源（含鎮流器或變壓器）功率總和，W；PL為光源功率，W；PB為光源配套的鎮流器或變壓器功耗，W；S為被照平面的面積，m2。

我國通過現行標準，對各類建筑不同場所的LPD最大允許值實施了規定，并以強制性條文發布，且要求必須嚴格執行，設計過程基于照明節能的理念，應力求降低LPD值。

1.2 照明利用率

雖然LPD作為照明節能評價的唯一指標已在業內得到廣泛認可并執行，但電能浪費的現象仍難以徹底杜絕，比如半夜無人出入的倉庫、通道與地下車庫等。LPD對于照明節能僅從功率密度上給予了規范，照明系統的用電量只有加入時間因素方可表征，故此提出了新概念——照明利用率。

將全部照明時間劃分為有效與非有效照明時間兩部分，其中有效照明時間為人們所需的剛性用電時間，非有效照明時間為柔性用電時間，該時段內，人們會降低或消除照明需求，此時如若照明功率仍為有效照明時間的標準，則必然性會形成巨大浪費。

照明利用率用λ表示，是指“有效照明用電量/全部照明用電量”的百分比，即為式（2）：

式中：T1、T2分別為有效與非有效照明時間，h；P1、P2分別為燈具在有效與非有效照明時間內的額定功率與需求功率，W。

λ是對照明系統節能空間大小的衡量，其值越小，說明電能在非有效時間內的浪費就越多，此時則需對該時段內采取措施，予以降低功率的消耗。

2 建筑電氣照明的節能途徑

2.1 降低照明功率密度值LPD

LPD作為我國現行評價照明節能標準的唯一指標，在建筑電氣照明設計過程中，應確保照明質量的基礎上將其盡可能地降低。光源光效、燈具效率與利用系數、照明場所減光系數與平均照度大小為影響LPD的主要因素，其中設計標準與規范對照度水平（Eav）給予了明確規定，那么LPD的降低則可從其他影響因素著手。

2.2 提高照明利用率

通過降低LPD值實現節能是從安裝功率的角度出發，而系統的運行時間決定著電能消耗，因此減少設備運行時間、提升照明利用率為實現節能的有效途徑。對于照明利用率的提升，在一定的燈具額定功率下的主要措施包括：

（1）對有效照明時間T1的合理控制并減小，例如對人工照明合理采用自然光進行補償。

（2）將非有效照明時間T2內的設備需求功率P2予以降低，例如對燈光亮度與關停采用合適的控制方式進行調節，并對有效與非有效照明實施自動切換。

2.3 優化照明配電系統

電力傳輸過程中，其在傳輸導線上會形成有功功率與無功功率2種損耗形式，其中有功功率損耗主要表現為散熱形式，無功功率損耗主要表現為導線周圍交變電磁場的供給。對于民用建筑的低壓配電線路而言，由于其擁有較短的輸電線間距，線路的電阻值遠大于電抗值，因此通常可將電抗作用忽略不計，有效功率損耗一般可由線路損耗代表，按式（3）計算：

式中：I為輸電網電流，A；R為導線電阻，。ρ為導線電阻率，Ω·mm2/m；L為導線長度，m；S為導線截面積，mm2。

分析式（3）可知，電網電流與導線電阻為影響照明線路損耗的主因，而導線截面積、長度與電阻率共同決定了線路阻抗。通過提高平衡三相負載、限制諧波與功率因數，可使線路損耗因電網電流的有效減小而降低。

3 建筑電氣照明的節能措施

3.1 選擇高效光源與節能燈具

與普通燈具相比，節能燈具具有以下優勢：①照明質量通常為普通燈具的1～3倍，照明效果明顯；②高效節能，最高可達50%的節電率；③經濟耐用，使用壽命通常為普通燈具的2倍以上；④光污染較小，紫光（或紫外線）反射率僅為5%，為普通燈具的1/8；⑤光衰較低，反射率的降低程度在其長期使用后不會大于8%。由此可見，現代建筑電氣照明中使用節能燈具可表現出良好的節能效果。

一般情況下，電光源的光效愈高，使用壽命越長，其綜合能效也就越高，能夠獲得更好的節能效果，常用光源的光效與有效壽命見表1。白熾燈、熒光燈以及白光LED燈通常都可用于室內照明，且25W白熾燈、5W緊湊型以及3W白光LED的亮度相當。將白熾燈換為白光LED燈、緊湊型熒光燈，可有效降低電能消耗。與緊湊型熒光等相比，盡管白光LED等前期的購置成本略高，但在整個使用壽命周期中能耗最低，花費最少，是普通建筑照明節能的首選光源。在篩選電光源的過程中，除了考慮燈具類型外，還需要充分考慮建筑內部環境的照明需求，如照度、色溫、顯色性等。例如，白光LED燈主要適用于家居照明、餐廳、旅館等照明場所；高效直管熒光（三基色熒光燈）的綜合能效較高，主要適用于室內空間較低的場所，如商場、普通辦公室、會議室等；在民用建筑場所、工業產房、倉庫、運動場等場所可使用高壓鈉燈。盡管高壓鈉燈的綜合能效高、使用壽命長，但顯色性相對較差，而大功率金屬鹵化燈則具備了較優的色溫及顯色指數，可作為高壓鈉燈的良好補充，在高大的建筑空間中具有較好的適用性。在普通的建筑中，若無特殊要求，應該盡量使用開敞式燈具及直接配光燈具。開敞式燈具由于無遮擋，所發出的光能較多，效率較高；直接配光燈具出射光通量可最大限度地落于工作面，效率高，也更為節能。為進一步提升燈具的效率，可在電光源外部加上適宜形狀的反射燈罩。借助優質的反射燈罩，可提升光能的反射能力，從而降低燈罩對光能的吸收量。

表1 常用光源的光效與有效壽命比較

3.2 合理選用鎮流器

傳統鎮流器在一般情況下擁有較大的功率，并且光的閃爍情況極為嚴重，因此，現代新型電子鎮流器與節能電感鎮流器已逐漸將其代替。例如采用電子鎮流器的LED燈與36W的T8熒光燈的安裝功率均可降低20%左右；若采用超低損耗的電感鎮流器，其與傳統的鎮流器相比可降低安裝功率89%，表現出十分優越的節能效果。與傳統的鎮流器相比，電子鎮流器擁有啟動電壓低、溫升小、無頻閃等優勢，但壽命短且可靠性與穩定性較差。由此可見，不同鎮流器的差異明顯，實際選擇時，應綜合考慮建筑環境，例如對于環境安靜的圖書館與視覺要求較高的教室，應以電子鎮流器為首選。

3.3 完善配電系統

由于銅芯導線具有較高的柔性與機械強度，并且允許彎度的半徑小（即使反復彎折也不易斷裂），因此輸電導線的選擇上，應以銅芯導線為首選。同時與鋁芯導線相比，銅芯導線的耐腐蝕性與抗氧化性表現更優，且因阻燃性良好而安全性更高。就導線電阻率（單位Ω·mm2/m）來說，鋁芯導線為0.0317，銅芯導線為0.0188，因此，相同截面的銅芯導線相比于鋁芯導線，載流量會高出大約30%，在電流條件為相同的環境下，銅芯導線擁有更小的發熱量（即損耗）與電壓損失。布置輸電線路的過程中，走線上應盡量避免線路迂回，并呈直線態實施布置；一般采用沿頂或沿吊頂的方式對常用燈具實施敷設，以此盡可能縮短供電線路的長度，從而降低線路損耗，實現線路節能；供電過程應盡量做到三相負荷平衡，確保電能輸送穩定。

3.4 采用智能照明的控制系統

充分運用智能控制系統于建筑電氣照明中，對光源（如開關與調光控制）實現人性化、科學化的控制效果。智能照明控制系統是在有機結合數字控制系統與網絡技術后所形成的一種綜合性系統，其中包含電壓控制、時間控制、場景控制與傳感器控制等多個模塊，其在運用于建筑電氣照明系統后，便可根據實際情況對場所照明實施合理有效地控制，并在有助于照明系統維護任務實施的同時，在一定程度上節約電能與成本。

4 結語

總之，要大力倡導建筑電氣照明節能，有利于節省社會能源與資金投入，實現人類社會的可持續發展。

[1] 《建筑照明設計規范》GB 50034―2013.

[2] 趙廣璽，李凌.淺議建筑電氣照明節能技術[J].中國科技縱橫，2013，12（10）：30.