建筑電氣照明系統節能設計研究

林賜文

（福建省九龍建筑設計有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

近年來，綠色建筑理念在我國不斷推廣，對建筑工程建設、使用中的資源與能源消耗提出了更高的控制要求。電氣照明系統為建筑內部提供光源，在長期使用中消耗大量電能。建筑使用中電氣照明系統的能源節約，主要通過合理的設計方案實現。因此，建筑電氣施工設計方案需要關注照明節能的指標要求，通過科學選材、優化布局等方式降低建筑能源消耗，增強社會發展的可持續性。

1 建筑電氣照明系統能耗影響因素分析

建筑電氣照明系統能耗的影響具有多因特征，需綜合考慮硬件、控制方式、環境利用等要點。首先，電氣照明系統的光源是能源消耗的主要構件，不同類型光源的額定功率、光效、色溫、綜合能耗等指標存在較大差異。建筑空間因用途差異對相關指標的設計要求也有所不同，因而光源與空間照明需求的適配性決定了對照度的利率效率，進而影響到能耗利用率。其次，隨著技術進步電氣照明系統的控制方法日趨多樣化。應用場景的需求區別對控制方法有各異要求，合理的控制方法可降低無效照明時間，起到降低能耗的效果。

另外，在相同光源條件下，照明系統的布局設計會影響其實際照度。另外，對室型指數、墻面反射等客觀條件的參考也將影響照度。因而除選擇合適光源與控制方式外，充分利用環境科學布局光源可在使用更少能源的情況下實現相同的照度，進而間接節約成本。

由此可見，建筑電氣照明系統設計需充分考慮環境條件與照明需求。并選擇合適的光源硬件、控制方法，通過科學計算在滿足使用需求的前提下實現低耗能系統設計。

2 工程概況

案例項目位于福建省漳州市，由一棟商業樓及附屬地下車庫構成，總建筑面積約為7700 m2。商業樓為地上5 層建筑，是集購物餐飲、休閑娛樂為一體的商業綜合體。地下車庫為1 層，在東、南兩側市政道路設有進出口。該項目設計中無市內自然照明，商業樓與地下車庫均采用電氣照明系統。項目電氣照明系統設計以《建筑照明設計標準》(GB50034-2004)為基礎。在滿足設計標準要求的前提下，以多方案對比的形式逐步形成照明系統節能設計方案，并考慮對實際環境的科學利用，以達到節能減排的綠色建筑建設目標。

3 建筑電氣照明系統節能設計

該項目在光源節能設計中采取了多方案對比選擇模式。結合項目實際需求，分析各類常見光源的性能及節能效果。通過選定光源產品類型形成差異化的設計方案。設計單位充分考慮了電氣照明系統在長期使用中采購成本與使用成本之間的矛盾。通過成本計算確定最終方案，并對初步設計方案以照度計算實現細節優化，從而達成科學合理的節能設計目標。

3.1 光源硬件對比

該項目對目前建筑電氣照明系統的常用光源性能進行分類比對。由于該工程設計用途廣泛，且綜合體與地下車庫的環境、照度要求有所差異。因此，選取熒光燈、白熾燈、LED 燈及高壓鈉燈作為設計參考光源硬件，對上述光源的特征對比如表1所示：

表1：電氣照明常用光源硬件特征對比

啟動耗時 1-2S 瞬時 瞬時 5-7min ?

通過比較上述光源影響主要指標可以看出，熒光燈的色溫范圍較大，相對于LED 等能耗平均值適中，光效相對較高。常見的熒光燈分為直管、環管等，差異化的形狀結構適合于商業樓內多變的環境要求。因而將其列入設計材料備選方案中。LED 燈作為近年來較為常見的節能照明系統光源，是緊湊熒光燈的有效代替品，同樣具有較高的光效比。但是相對于熒光燈+鎮流器的組合，白光LED 等由于技術較為復雜，在采購成本方面存在一定劣勢。因此，對兩類終端設備的最終選擇需經過成本計算后確定。

3.2 控制系統設計

電氣照明系統控制開關的區別主要在感應方式上，目前常見的方式包括紅外與微波兩類。紅外系統的節能優勢在于可以串聯照明回路，有效降低設計功耗，且起控照度可根據場景需求在較大余度內自由設定。微波系統的節能優勢在于可智能識別自然光，感應人體或物品的移動，并且可根據實際需求調整系統的感應時間與延時時長。該項目根據場景對照明的需求，在商業樓與地下車庫分別應用上述系統。紅外感應主要用于地下車庫、消防通道內日常人流較少的區域。而紅外系統則應用于需提供長期穩定照明的場景。通過差異化設計方案，可有效降低系統能耗。

通訊系統是照明控制的組成部分，目前以無線傳輸技術為主。該項目設計階段分別對WIFI、藍牙、ZigBee 三項技術進行對比。WIFI 的優勢在于多端口控制，可以利用移動終端隨時調節。但是，考慮到該項目為商業地產，電氣照明的用途與要求相對固定，因而優勢不明顯。且該項目剪力墻、隔斷墻較為密集，也影響了信號傳輸效率。藍牙傳輸距離一般不超過15m，過多的傳輸節點將增加建設成本。ZigBee 適合于在低能耗設備間進行傳輸，且傳輸距離穩定在150m 以上，因而最終被該設計方案所采用。另外，該項目還選用了以CC2530 作為片上系統解決方案以搭建智能控制系統，其控制采集結構如圖1所示：

圖1：控制采集中心結構示意圖

以上述方式建立的智能控制系統，可根據預先設定的環境感應條件給出照明反饋，實現對能源的高效利用。

3.3 方案成本計算

該項目擬采購的熒光燈為飛利浦品牌某常見型號，燈光功率為28W、鎮流器功率為4W。根據設計方案統計單管燈為202 支、雙管燈為89 支。商城應用時間為每天10:00 至22:00，由于商城營業期間需要維持市內照明，因此其用電量按照每日12 小時計算，該設計方案每年用電量預估為：

[202+（89×2）]（支）×32W×12h÷1000W/KW×365 天=53260.80 度/年

按照福建省當地商業用電約1 元/度的實際價格計算，采取此方案預計每年產生電費約5 萬元。隨后，按照LED 燈設計方案計算年用電費用。該項目選用的LED燈為雷士電子品牌功率為21W 的某產品，相關數據顯示該款產品使用壽命在30000h 以上。以該光源為基礎的設計方案計劃使用共220 支，該方案每年用電量預估為：

220（支）×21W×12h÷1000W/KW×365 天=20235.60 度/年

按照該款LED 等使用壽命3年計算兩套方案的電費消耗成本差額為：

（53260.8 元-20235.6 元）×3年=99075.6 元

經設計單位對比兩類光源的市場采購價格發現，LED 燈設計的光源采購成本較熒光燈設計采購成本高出約30 元，使用LED 燈另外需要配套的終端價格為220元/臺，計入增加的安裝工時費后，LED 燈總成本支出高出約44000 元。安裝設計使用3年壽命計算，LED 等設計方案可節省直接成本超過45000 元，并增強建筑使用中的減排環保公益價值。

4 照度設計優化

該項目為增強光源點位設計的合理性，采取平均照度計算等方法對設計方案進行細節優化。平均照度計算主要分為燈具利用系數、室形指數、空間系數等二級指標演算構成對現行設計方案的量化評價結果。燈具利用系數的計算較為簡單，依照施工設計圖與選定光源產品參數，計算光源至工作面的光通量。再將其除以該產品的額定總通光量，即為利用系數，此系數越大，說明設計方案的光源利用率約好。在符合設計規范的前提下，可通過利用系數調整設計布局，以減少不必要的燈具用量，從而降低系統能耗。室形指數和空間指數的計算需要結合設計圖測得頂棚、光源、地板各自高程，采用規定的計算方式導入參數計算即可。設計中應當分別參考頂棚、地板及墻面的有效反射比，從而使方案更加接近實際情況，提高設計光源的利用效率。

實踐中，可應用優化設計軟件進一步改善設計方案。該項目選用松下的MaTLP5 系統，依照工程設計方案分別輸入各空間的高度、進深、光源等參數，由系統自動計算得出優化結果，所形成的優化設計方案如圖2所示：

地下車庫受到客觀因素影響存在多處避光區，該項目所應用的軟件尚無法反應此問題。因而需要通過人工計算得出燈具數量調整與布置方案。另外，照明系統節能設計也應當考慮項目使用變化情況。例如，該項目地處新城區，竣工1年左右為輻射區內居住社區的交鑰高峰期，客流量的變化將對地下車庫使用率產生影響。因而宜采取分區設計的方式，便于項目物業后期根據需求靈活調節照明系統的使用。

5 結語

綜上所述，建筑電氣照明系統的節能設計需要從多方面著手。在設計前應開展工程總設計圖勘察，加強與業主溝通以掌握建筑使用期間的相關信息。在充分了解環境因素的基礎上，以分區設計的方式合理選配光源與控制系統。注意對優化參數、使用成本的計算，以提升照明系統的節能成效。

圖2：地下二層停車場光源布置方案優化示意圖