建筑夜景照明電氣節能設計優化

李增勇，蕭倩美，何秀娟

（廣東朗杰光源有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

城市化發展離不開各行業的配合，近幾年人們開始關注城市夜景照明工程，夜幕降臨后的城市景觀深深吸引人們觀賞，城市夜景照明不僅是城市風貌特征的重要體現，也是展現城市形象的手段和平臺。但是其實現卻需要合理的施工設計和較強的施工技術對其進行支持。在對其展開施工設計的過程中，首先需要以道路照明為主，促進建筑泛光，實現點、線、面等綜合夜景觀的實現，并促進整個照明系統的智能化管理，具體工作內容需要從3 個方面入手：首先，需要將城市的歷史文化進行凸顯，在進行城市建設的過程中，需要設計人員能夠將歷史文化作為建設的基本素材，促進夜景照明的實現，從而實現夜景將文化底蘊進行傳承的同時，能夠有效突出現代化設計理念；其次，要將濱水景觀進行突出，將水岸體系結構進行應用，將其優勢進行充分利用，促進主題景觀照明和綠化景觀照明的有效實現；最后，需要將時代特征進行體現，將我國工業發展現狀進行準確的表現，將經濟蓬勃向上的氣勢進行突出［1－4］。在工程項目進行具體實施的過程中，對應的電氣工程會表現出一定的積極作用，其對工程的施工進度、工程投資效果和實施安全性、可實施性等起到重要影響作用。但是這一施工過程還需要各項工作能夠進行協調配合，促進夜景照明工程的有效性。因此如何協調好各項工作，實現竣工現場零事故，保證工程順利進行就成了電氣工作人員應當深入研究的課題［5－6］。

1 城市夜景照明工程的設計原則

1.1 統一性

統一性是指城市照明系統應該從整體進行設計和安裝，實現對市區內絕大部分建筑體的覆蓋，確保整體照明系統看起來更加和諧且具有設計美感，根據城市特點設計出主題的照明色彩和風格。將各個區域的照明系統協調、統一起來，增強照明系統的統一性［7－8］。

1.2 美觀性

美觀性是指照明系統要根據本地文化特色選擇恰當的燈光顏色，設計出符合城市特點的燈帶形狀，在呈現美觀的同時還能夠展現出城市的文化內涵。此外，可以根據當地的建筑特性，用燈帶構建出能夠展現出建筑特色的形狀，增強照明系統的美觀性。

1.3 節能性

在打造城市照明系統的過程中，要始終將節能放在重要的地位予以考慮，在美化城市的同時還能夠達到環保標準的要求。要著重分析哪些部分可能面臨較為嚴重的能量損耗，對其采取節能措施予以改善，對照明方案進行優化升級，實現對資源的高效利用。當前照明技術和制造工藝不斷推陳出新，利用各種應用軟件能夠極大地提升作業的效率，節約了人力資源的投入力度，也是節能原則的重要體現。

1.4 創新性

不同于以往的照明系統，當前的照明系統融入了大量的先進技術和高端的制造工藝，城市照明系統不再只是體現在“照明” 的用途上，根據整個照明系統的聯動，可以實現多種圖案、燈光的變換、組合、3D視圖呈現等功能，極具創新性，給城市的夜晚增添了活力和無窮的魅力。

2 城市建筑夜景照明電氣節能設計

2.1 合理選擇夜景照明控制方式

現階段，夜景照明的控制方式主要有3 種：（1）手動控制，其包含有兩種類型，即在配電箱中以開關實現控制、安裝交流接觸器實現控制，以此能夠對夜景照明系統進行控制；（2）智能控制，此種控制方式是基于軟件、硬件的合理控制而進行的，高度集成了地理信息系統、通信網絡和計算機控制系統等技術，能夠實現對照明系統的遠程化、智能化控制；（3）自動控制，通常而言，是在常規控制系統上加裝時間繼電器而實現的。此外，Yus 系統控制也是常選擇的方式之一。夜景照明的發展趨勢將聚焦于智能控制方面，原因在于其能夠產生較為顯著的社會和經濟效益。當夜景照明系統因為不特定原因導致無法正常運作時，智能控制系統能夠幫助檢修人員快速確定故障部分，找出故障發生的深層次原因，采取針對性的維修方案，大大提高了檢修效率；而且還能夠根據需求對照明時間、模式進行自主設定；智能控制并不是單一的控制模式，而是由時間控制、光度控制相結合的綜合性控制方式，能夠根據季節的變換、氣候的變換對照明亮度進行設定，使夜景照明更具美觀性。

2.2 優化電能計量方式

電能計量是否客觀、準確，將會在很大程度上影響到雙方的經濟利益。故而，應當選擇電能計量管理信息系統來對電能進行計量管理。其凸出的優勢在于能夠實現對照明電能表和人員信息的智能化管理；此外，還能夠實現對電能表的在線監測，保障電能表的正常運行。不同的系統用戶被賦予了不同的使用權限，能夠保障系統使用的安全性。在系統內還可以實現對以往報表的查詢、瀏覽和統計工作，計量人員可以根據自身需求去收集系統存儲的各類信息。每個電能計量表都附帶粘貼有一種條形碼，通過此碼能夠在線查看儀表所處的運行狀態；此外，用戶還可以按照各個功能模塊對應的功能，實現對各類信息的添加、刪除、修改、瀏覽等操作。

2.3 合理規劃并設置配電箱位置

配電箱的安裝位置也能夠顯著地影響到照明系統的節能。本文以金鷹商廈進行分析，按照甲方意愿，在樓頂安裝了配電箱，但這將增加150 m的干線。如果夜景照明為每晚6 h，則每天的耗電量將增加6 kW·h。在實際運行中，由于兩側建筑物較多，夜景照明時間每天將超過6 h，這意味著建筑物每年將多耗電2190 kW·h。以這次用電案例為例，配電箱安裝不當導致了電力資源的嚴重浪費，亟需改善。

2.4 城市建筑夜景照明電氣設計優化

供配電設計進行完之后，為了進一步削減電能因線路阻抗所產生的消耗，首先需要完善配電箱的設計區域，再采取下列措施來降低線路所具有的阻抗：（1）導線長度越長，通常線路對應的阻抗也就越大，故而需要合理設定供電距離；（2）導線電阻率越高，阻抗也就越大，故而應當合理選擇線路的材質，一般選取銅線較為適宜；（3）橫截面積越小，導線阻抗就越大，因此可以選取橫截面積較為適當的導線進行電能的傳輸，降低電能的損耗［9－10］。

3 城市夜景照明工程中電氣設計節能方法

3.1 設計要求和內容

當前，國內的城市照明系統設計多存在著實際使用效果較差或是實現困難的問題，這使得這一行業的發展受到了極大的限制。在設計城市夜景照明工程項目的過程中，要始終秉持著以人為本的核心發展理念，并且需要切實思考節能相關的需求，將環境友好的設計理念融入到系統的電源、配電、控制、照明和保護等裝置的設計方案之中。要從保障照明效果的根本目的出發，進一步提升設計所采用的照明方案的能源利用效率，有效地保障其能源供給的穩定。促使所設計的系統能夠在不同的場景中發揮出切實有效的控制成效，確保其在運行的過程中保持長期穩定與安全，推進城市照明系統的高質量發展［11］。

3.2 設計流程

（1）概念設計

要實現較為科學的概念設計，就需要在前期就做好相關環境信息的調查工作，確保對于項目所在地區的地形與人文風俗有著深入的了解，并將這些信息數據運用到具體的設計實踐之中，促使所形成的方案能夠更加適合現實所需［12］。首先，要通過調查周邊居民的生活習慣以及相應的照明訴求，從而確定設計所需要達到的照明亮度要求。并通過良好的互動溝通確定業主對于照明系統的迫切需求，進而促使所設計的方案效果與之需求相適應。其次，要對當地的文化風俗有深入的認識，經由城市管理部門的協調從而深入的搜集當地的文化信息，結合當地居民的喜好設計出具有著獨特區域風格的方案。當完成上述步驟后，繪制平逆剖面圖與構造大樣，尤其是要細致地展示其中的細碎要素。通過匯總多個設計師的設計方案，通過比較分析從而確定各個方案間的優劣，再充分地考慮當地居民的文娛需求，融入更多個性化的元素從而得到幾個具備一定可行性的設計方案，并由業主進行核定并反饋改進意見。

（2）方案設計

這一步主要是對于上一步驟所形成的原始方案進行細化，對于照明的方式、標準、產品及其損耗進行設計，確定其主要采用的控制方式，并且采用云計算等信息化技術完成工程概算。

（3）施工圖設計

該步驟主要是對于上一步細化的設計方案進行內容上的充實，其主要是對設計內容進一步細化，并繪制多種施工所需的設計圖紙，如電氣控制圖、管線走向圖與燈具布置圖，并且所繪制的圖紙需要確保能夠清晰地顯示各類信息，以滿足施工所需，并要對繼電器的制造材料進行敲定。

（4）施工階段

首先要敲定項目的配合方案，并將設計工作進行妥善的交接，確定設計方案的具體執行方向，要明確照明建筑施工所需要確定其具體的合作內容并針對現實實際進行相應的調整，從而使設計構想得到充分的實現。

（5）后期檢查

該步驟主要是對于施工后的設施的效果進行檢驗，對于其燈具的照射方向進行相應設為調整，使得其照明效果達到最佳。并且需要在最終確定其效果后，繪制竣工圖并進行備案，以滿足于后期的維護所需［6］。

3.3 確定配電箱位置

配電箱的安置一般是采取居中原則，通過分析確定系統運行時的負荷中心，從而將配電箱安置于該位置。要對所需的管線的長度進行精準的計量，從而確保所使用的管線量為最少，也能盡可能地降低其電量輸送過程中所產生的損耗。一般而言，是從線路損耗與照明損耗兩個角度對實際運行中的電量損耗進行考量的。

首先需要對照明負載與自身損耗進行準確的計算，這兩者的和即為有功功率損耗。該步的計算公式為：OP＝3IR×10～（kW）。其中的I與R分別為電路的實際電流值與電阻值。對于系統運行中所存在的電能損耗問題，要首先對于其電流進行控制，將照明系統中的每個工程進行獨立地計算，經過配電設計從而確定其所需的電流。要準確地計算線路阻抗，公式為R＝ρL／ S。由此可見線路阻抗是受到導線電阻率的直接影響，因此需要采用具備較低電阻率的電導線材料從而降低其阻抗。經過資料的查詢可知，銅材料相較于鋁材料而言，其所制造得到的導線的電阻率更低，因此采用銅線進行配電將能夠極大地降低電能的損耗。其次，要考量配電箱位置將供電線路進行縮短，尤其是對于回供問題進行重點考慮以防止其產生。最后則是要對電導線的截面積進行控制，要采用具備更大截面積的電導線從而降低其阻值，有效地增大器載流量從而提升其熱穩定性，降低電壓損失的問題。此外，為了確保供電設備的安全問題，可以在成本允許的情況下采用截面積大一級的電線，從而提升系統運行的長期穩定。

3.4 合理設置三相線負荷的分配方式

由于城市夜景照明系統采用的是三相線分配的形式對其負荷進行分配，因此其分配方式也會對其電能的消耗產生較大的影響。一般而言，要控制其極值相負荷電流在均值的85%～115%內。若是三相電路中的電壓偏差性有所增加，會導致其產生一定的均衡問題，從而可能大大地增加其線路損耗，進而使得系統的能源消耗處于一個較高的水平?；诠溅拢剑↖max－

Iep）／ Iep×100%對配電箱的負荷分配均衡值進行確定。為了確定其具體的不均衡情況，可以將三相電路實際會產生的最大電流及其均值帶入計算，最后可以得到其不均衡度。當三相電路中的各個電路負荷不夠均衡時，就會促使β 有較大的提升，會表現出系統的能源消耗大大增加，極大地拖累了系統的實際運行的效率。不均衡的負荷會促使線路中的電流大大增加，促使其線路損耗也隨之大大增加。因此，就需要根據實際情況對于配電箱的負荷進行準確的計算，并參照其最大相從而確定具體的設計方案，盡可能地提升能源的利用效率。

3.5 照明控制方式

城市夜景照明系統要實現智能化的照明控制，需在特殊的節日、天氣以及緊急情況下采用不同的控制策略，從而實現差異化的照明效果。一般而言，照明控制主要分為手動控制、自動控制與智能控制這幾種，并且要對其具體的工作范圍進行限定，從而有效地提升照明系統的工作效率。采取智能化的照明控制策略，針對特定的場景采取特定的開燈模式，能夠極大地提升照明系統的各個模塊的使用壽命，進而促使使用成本得到有效地降低。

（1）智能控制系統功能

智能控制部分主要是采取自動化與信息化技術，有效地利用其多個部分的系統功能，通過軟硬件集成提升控制系統的智能化控制水平。通過GIS、通信網絡與控制中心實現“三遙”功能。其中控制中心為智能控制系統的核心中樞，其一般安置在城市綜合管理中心之中，能夠聯合城市多個管理部門進行綜合管理與控制?；跓o線傳輸技術將RTU 的現場數據訊息傳輸至控制中心，并由中心做出控制決策。在軟件方面，采用回路控制對開關方式進行調控，從而對現場終端的運行模式進行控制與修改。此外，還集成有充足的傳感器，能夠對現場終端的運行狀況進行持續監測，并且能夠及時地反饋故障信息，作出調度決策，確保設備能夠及時地恢復正常，保持系統運行的穩定安全。

（2）系統效益分析

系統效益分析部分主要是采取智能集中的方式，確保終端所集成的自動控制系統能夠做出準確的開閉決策。并且其應當可以自動監測自身運行狀況，及時發現故障問題并進行上報，以引導維護人員對其進行高效率的修復，提升燈具的使用效能，保持城市照明系統的穩定運行。并且基于該種自動化控制功能，能夠極大地降低照明系統運行時所需要的人力，有效地降低了使用的成本。并且由于該控制模塊集成了多種控制方式，進一步提升了其控制的效率，降低了控制資源的占用。

3.6 計量電能

在電氣化蓬勃發展的當下，感控電能水平能夠反映出一個國家的技術水平。因此，在計量電能的過程中要緊跟當下的電力系統變革步伐。要進一步細化電能計量的經濟指標，對于發電過程中的煤耗與線損進行準確的計量，并且對于用電峰谷期的用電量變化進行考量，通過采取措施進行用電引導，從而縮小其波動情況。進一步推進分時計電的措施，調控不同時段的用電量，提升資源的有效利用率。

4 結束語

綜上所述，從設計構想著手進行城市夜景照明系統的節能改良，遵從于國家法律規范進行設計方案的構建，通過廣泛搜集居民現實需求與環境風俗影響，對原有構想進行充分完善，形成有助于城市現代化發展的設計方案。積極采用新型技術與工藝，確保設計方案得到較好的實現。這需要從業者有著精湛的設計能力，施工人員有著較高的技術水平，能夠采用信息技術手段對照明情況進行分析，確定各類型燈具的照明效果，以達到最佳的燈具使用效果；進一步推動整個建筑業的可持續發展。