城市建筑夜景照明的電氣節能設計

王凱

摘要：現階段，隨著人們的節能環保意識逐漸提升，在社會發展的各個方面都體現出節能減排和降本增效的理念。在城市建設發展過程中，建筑夜景照明的電氣節能設計逐漸受到工程設計人員的關注。因此，本文主要從燈具及開關電源的選擇、燈具照明功能密度值、照明控制方式、電能計量方式、配電箱位置等角度探究城市建筑夜景照明的電氣節能設計，以供參考。

關鍵詞：城市建筑;夜景照明;照明電氣;節能設計

Abstract： At this stage， with the gradual improvement of people's awareness of energy conservation and environmental protection， the concept of energy conservation and emission reduction and cost reduction and efficiency increase is reflected in all aspects of social development. In the process of urban construction and development， the electrical energy-saving design of building nightscape lighting has gradually attracted the attention of engineering designers. Therefore， this paper mainly from the selection of lamps and switching power supply， lighting function density value， lighting control mode， electric energy metering mode， distribution box position and other angles to explore the electrical energy-saving design of urban building nightscape lighting， for reference.

Key words： urban architecture; nightscape lighting; lighting electricity; energy saving design

引言

在社會經濟快速發展的驅動下，我國城市化發展進程逐漸加快，再加上新技術和新工藝的產生，城市名片也呈現出多樣化的趨勢。在城市建設中，建筑夜景成為一個城市容貌的象征，對人們的日常生活和夜間經濟都起到重要的作用。在建筑夜景照明建設中強調節能設計措施，從節省投資、低碳運維角度入手，滿足時代發展需求的同時，還能避免資源浪費。

一、燈具和開關電源的選擇

城市建筑夜景照明的燈具，通常會根據建筑物的外形特征與城市的人文風貌，來選擇照明手法和燈具類型，目前一般采用光效高的LED燈具。城市建筑夜景照明采用的燈具一般為地面投光燈和建筑外輪廓燈，地面投光燈一般為Ⅰ類燈具，采用基本絕緣和保護接地等方式。DC 24V燈具屬于Ⅲ類燈具，防觸電保護采用安全特低電壓。對于人手可觸摸的場所，除了采用安全特低電壓供電的同時，還應增加防觸電和防燙傷等保護措施。

對于照度標準選擇而言，由于燈具種類較多，照明手法和被照面材質都存在一定的差異，因此在照明項目實施過程中應進行全過程的管控。例如，某城市開展的夜景照明項目，在照明規劃和設計過程中，就首先結合上位規劃，對照明設備的利用效率進行計算。

其中E為該區域的平均照度，Φ為光源光通量，N為光源數量，U為利用系數，A為被照面面積，K為燈具的利用系數。

除了采用利用系數法，對于復雜的照明場所，還可以使用Dialux等專業軟件進行照度計算，并結合電氣節能設計要求，選擇合適的照明設備。

另外，燈具開關電源的選擇也很重要。開關電源自身具備一定的電氣特性，內部元器件采用DC供電方式，考慮到波形畸變及諧波干擾等因素，為了減小諧波電流、降低配電系統損耗、提高電網質量，應優先選擇帶有PFC（Power Factor Correction，功率因素校正）的開關電源，校正后的功率因數不應小于0.9，且電源自身應具備短路、過載、過壓、過溫等保護功能。

二、照明功能密度

城市夜景照明的目的不僅要保證城市居民夜間能夠安全出行，視覺舒適，而且還要滿足能源節約、環境保護等要求。對于照明燈具而言，節能的關鍵指標在于功率密度值（LPD），立面照明LPD主要是根據某一立面上的燈具總功率和立面面積的比值進行計算;并不是所有的建筑都采用立面照明方式，例如天然暗區域環境中，不建議采用大面積照明;假如玻璃幕墻和外立面的透光面積較大、外墻被照射的反射比小于0.2的建筑，可以優先采用內透光的照明方式。對于民用建筑的立面照明對應的照度和LPD限值，可參照表1內容。

在對燈具進行節能設計的過程中，除了嚴格控制功率密度值以外，某些特殊場所還可以考慮節能型燈具的選用，比如小型太陽能燈具、風光互補燈具、可再生能源供電燈具等等。

三、合理選擇照明控制方式

一般建筑夜景照明的LED調光控制流程為總控中心—主控器—分控器—燈具，總控中心與載體的主控器之間的通訊鏈路，一般通過無線和有線兩種方式連接，前者針對建筑分散性較大的情況進行設計，后者針對大體量的建筑群體，抗干擾要求較高，需要信號同步穩定傳輸的情況進行設計。

按照控制對象的分類，照明控制系統還可以分為強電控制和弱電控制;前者在于配電回路控制，可以通過智能控制模塊、遙控制模塊、定時器、接觸器等元器件，對配電回路進行通斷控制，以實現平日、節日、重大節日等模式的切換，減少開燈時間，降低能耗，進而保證燈具的使用壽命;并可以將電能計量、回路電流、故障報警等電氣運行參數，實時傳遞給總控中心。后者重點在于燈具調光控制，通過DMX512、DALI、可控硅、1-10VDC等多種控制方式，對燈具的亮度及色彩進行調節和控制;其中DMX512控制協議使用的最為普遍，可以實現256級的灰度變化，超越了傳統的模擬調光系統，給照明行業帶來豐富多彩的照明效果。

從聯動方式上，強電控制又分為手動和自動兩種控制方式。其中手動控制主要是依靠電氣的二次回路元器件來實現，包括直連智能模塊的手動控制按鈕和接觸器控制兩種模式;第一種不需要其它元器件，照明負載直接接至智能模塊，適用于較小的單相照明負載，第二種是在配電箱中安裝交流接觸器、繼電器、控制按鈕等，適用于各種單相、三相的大型負載控制。自動控制主要是對城市建筑夜間照明區域需要控制的內容進行科學合理的組合，應用現代化軟件和硬件設備，連接計算機控制系統、通信網絡技術和地理信息系統等，對整個城市建筑夜景照明系統進行遙控操作，能夠實現照明定時開關、場景變化等，不需要人為手動控制，該控制方式適用于所有建構筑物以及對照明管理有遠程控制需要的建筑中。自動控制是智慧城市建筑發展的關鍵技術，也是目前應用頻率最高的控制方式，通過具有獨立性的系統，對燈光系統的各類參數實施檢測，并根據燈光組合場景變化和照度進行調節和控制，還可以根據不同時間段、季節光照度實現智能化調節，提升城市夜景照明的觀賞價值，還能實現電氣節能。同時利用自動控制技術的信息化特點，自動檢查設備故障，并將故障報警信號反饋總控中心，該方式一般適用于地標型建筑或區域性建筑群照明。

四、優化電能計量方式

電能計量方式是否具有準確性，將對電力供應方和用戶的經濟效益造成影響。因此，針對城市建筑夜景照明來說，需要在建筑內部設置電能計量信息化管理系統，能夠實現電力計量結果整合和打印，而且該系統還具備維護功能，用戶能夠對系統信息進行統計、分析等等操作。同時，系統還具備燈具分區、分組的報表統計和數據查詢等功能，計量工作人員能夠通云端實現電能數據信息查詢，具有方便、快捷性。另外，還能對電能表實現遠程監控，也就是對電能計量管理的信息系統設施操作權限，方便用戶進行管理和操作。

五、優化配電箱位置

對于城市建筑夜景照明電氣節能設計來說，供配電系統是其中一個非常重要的環節。在夜景照明項目的實施過程中，為了保證配電設計的效果，減少線路阻抗，才能盡量降低電能損耗。因此，在夜景照明配電時需要科學合理的選擇配電箱的位置，減低線路阻抗，可以選擇以下手段：第一，考慮線路阻抗和導線截面積之間存在的負相關關系，假如供電距離較長，需要考慮到保護靈敏度，適當提升導線截流量。第二，考慮線路阻抗和導線電阻率之間存在的正相關關系，盡可能選擇截面積較大、電阻率小的導線，避免線路壓降對供電造成的影響。第三，在對線路阻抗進行控制時，還需要考慮導線的長度，線路阻抗和導線長度呈現正相關關系，可以對導線供電距離進行適當縮短，而且在配電系統設計時避免出現電路回供情況。

在選擇照明配電箱的最優安裝位置時，應優先采用負荷矩算法，可根據下式

計算出理想中的負荷中心坐標，再根據現場安裝條件，確定最佳配電箱位置，以保證配電箱出線回路的整體負荷矩之和最小。

在對照明配電箱進行電氣節能設計規劃時，首先應計算照明負載及線路產生的電能損耗，確定最佳的敷設路由，而且還要對線路損耗實施集中管理和控制。由于線路自身存在電阻，會導致電流傳輸過程中出現電能損耗問題，可以利用進行計算，其中為三相線路有功損耗（kW），為三相線路計算電流（A），為線路電阻（Ω）。對于單相照明回路，則可以用公式進行計算，其中為單相負荷線路電壓損失百分比，P為有功功率，L為線路長度，C為cosφ=1時的計算系數，S為線芯標稱界面。另外，為了對配電箱的位置進行合理的劃分，需要監督和管控線損能耗問題。例如，某城市夜景改造項目工程，由于其配電箱位置不合理，干線線路出現重復配置情況，增加施工成本的同時，也增加了線路損耗。因此，對其配電箱位置進行改造設計，根據線路損耗最低標準，，對線路阻抗值進行計算，其中為導線截面積，為導線長度，為電阻率，設計人員結合當地氣象環境和負載情況，選擇適當截面的銅芯導線，使得供電距離最短，能夠有效實現電氣節能設計。

總結

總之，城市建筑夜景照明工程的建設，不僅能對城市景觀起到改善作用，將城市的風貌和智能化水平呈現出來，還能為人們生活提供便利。將電氣節能設計理念融入到城市建筑夜景照明中，在一定程度上能夠響應新時代低碳環保、節能減排的要求，緩解電力供應壓力，促使城市經濟增長和可持續發展。

參考文獻：

[1]李茵.低碳趨勢下建筑施工技術的發展與改進策略[J].中國高新科技，2020（02）：114-116.

[2]陳安安.智能建筑照明自動控制系統及關鍵技術分析[J].工程技術研究，2019，4（23）：202-203.

[3]居家奇，陳大華.城市建筑照明工程設計淺談[J].光源與照明，2019（03）：8-10.

[4]張仕杰.探析大型建筑的能源管理與節能策略[J].工程建設與設計，2019（12）：10-11.

[5]杜金濤.綠色照明工程及其在建筑電氣節能中的應用[J].智能城市，2019，5（11）：135-136.