碳減排背景下淺談綠色照明與照明系統的能效評價

楊少飛

(華誠博遠工程技術集團有限公司，北京 100053)

0 引言

2021年國務院政府工作報告中指出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案，優化產業結構和能源結構。在“雙碳”戰略的背景下，依據建筑電氣節能領域相關的國家標準和規范，照明系統的節能成為了電氣專業需要認真思考的一個問題。

1 碳排放與節能節電的關系

碳排放是關于溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的組成部分是二氧化碳(CO2)，因此可以簡單地將“碳排放”理解為“CO2排放”。 碳排放與我們的生活息息相關，據統計，地球變暖的因素中，50%是由CO2造成的，而大約80%的CO2來自化石燃料的燃燒。因此，碳排放與節能節電有著密不可分的關系。據美國的資料顯示，每節約1kWh的電能，可減少大量大氣污染物，具體可見表1。

每節約1kWh的電能可減少的空氣污染物的傳播量 表1

在我國，建筑業是經濟的支柱產業之一，帶動了上下游50多個產業的發展。但同時，全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放總量的比重達到51.3%。“雙碳”戰略背景下，實現建筑的節能減排尤為重要。這其中，照明節能有著巨大的節能潛力。

2 綠色照明的含義：節能、環保、安全、舒適

綠色照明是美國國家環保局于上世紀90年代初提出的概念。完整的綠色照明概念包含高效節能、環保、安全、舒適4項指標，缺一不可。高效節能意味著以消耗較少的電能獲得足夠的照明，從而明顯減少電廠大氣污染物的排放，達到環保的目的。安全、舒適指的是光照清晰、柔和及不產生紫外線、眩光等有害光照，不產生光污染。

GB/T 50378-2019《綠色建筑評價標準》中的第五章“健康舒適”對照明數量及質量、光生物安全性、LED產品的光輸出波形(舒適性)作為控制項進行了規定；第七章“資源節約”將滿足照明的功率密度現行值作為控制項，將采用節能型電氣設備及節能控制措施作為評分項；第八章“環境宜居”中，將避免產生光污染作為評分項。 GB/T 50378完整的涵蓋了綠色照明的四個含義。

需要指出的一點是，照明燈具的生產環節也體現了綠色照明的環保理念。在照明設備的生產材料方面，國家也在不斷更新變革。繼國家發展和改革委員會等五部門2011年發布了“中國逐步淘汰白熾燈路線圖”后，照明產品又將迎來第二次重大市場變革。

環保部于2017年8月16日宣布生效的《關于汞的水俁公約》規定，從2021年起，中國將逐步淘汰公約中要求的含汞電池、熒光燈產品的生產和使用。VCM(氯乙烯，會產生含汞廢水)生產行業實現單位產品的使用量在2021年降低50%(2010年的基礎上)。到2032年，要關停所有原生汞礦的開采。公約將熒光燈產品和高壓汞燈列入被限制和淘汰的產品，涉及的照明產品包括用于普通照明用途的緊湊型熒光燈，用于普通照明用途的直管熒光燈和用于普通照明用途的高壓汞燈。這也將進一步推進了LED產品在國內的使用。

根據美國能源部《半導體照明在通用照明領域的節能潛力(Energy Savings Potential of Solid-State Lighting in General Illumination Applications)》報告預計，LED照明燈具正在慢慢的成為市場主流產品。表2所示即為美國能源部半導體照明市場發展預測分析表。

美國能源部半導體照明市場發展預測分析 表2

3 關于T/CECS 643-2019中的照明章節

在照明系統的能效評價方面可以參閱T/CECS 643-2019《公共建筑機電系統能效分級評價標準》(以下簡稱“標準”)。該標準對新建、改擴建公共建筑和既有公共建筑機電系統能效進行分級和評價。標準中涉及的建筑機電系統，主要包括暖通空調、給水排水、電氣三個子系統。

根據標準的規定，公共建筑機電系統能效按照總得分進行分級評價，暖通空調、給水排水、電氣分值均設定為0分～100分。對三個子系統進行評價后，總得分按暖通空調、給水排水及電氣3個子項的權重進行取值。其中暖通的指標權重為0.55，給水排水的指標權重為0.15，電氣的指標權重為0.30。公共建筑機電系統按總得分確定等級，且每個子項的得分不應低于50分，并分為下列3個等級：(1)一星級:機電系統總得分達到60～70分;(2)二星級:機電系統總得分達到71～85分;(3)三星級:機電系統總得分達到86～100分。

標準中照明部分的總得分為：照明產品評價10分、功率密度限制評價10分、合理進行照明控制4分、照明控制方式9分、光導管的利用2分。

綜上，照明部分總分值為35分。占電氣總得分的35%。結合電氣的指標權重，照明占建筑機電系統能效評價的11.55分，占總體評價超過了10%。可見，標準對照明系統的能效評價給予了較高的比重。

4 照明產品的評價

標準對選用高效照明產品給予了10分。具體分值可以歸納為：光源的能效等級，2分；鎮流器的能效等級，2分；燈具的效率，2分；燈具的功率因數，1分；LED照明產品能效，3分。

關于光源、鎮流器和LED照明產品的能效，國家已對各類光源、鎮流器和LED模塊控制器等照明產品發布了能效標準。標準規定了光源及鎮流器需滿足相關產品標準的二級能效可得1分，達到一級能效可得2分。

梳理與照明產品相關的規范，包括但不限于以下規范：GB 17896-2012《管形熒光燈鎮流器能效限定值及能效等級》，GB 19043-2013《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》，GB 19044-2013《普通照明用自鎮流熒光燈能效限定值及能效等級》，GB 19415-2013《單端熒光燈能效限定值及節能評價值》，GB 19573-2004《高壓鈉燈能效限定值及能效等級》，GB 19574-2004《高壓鈉燈用鎮流器能效限定值及節能評價值》，GB 20053-2015《金屬鹵化物燈用鎮流器能效限定值及能效等級》，GB 20054-2015《金屬鹵化物燈能效限定值及能效等級》，GB 38450-2019《普通照明用LED平板燈能效限定值及能效等級》，GB/T 24825-2009《LED模塊用直流或交流電子控制裝置 性能要求》。

關于燈具的效率，需滿足GB 50034-2013《建筑照明設計標準》的規定。

關于燈具的功率因數，標準給出的依據參考了GB/T 31831《LED室內照明應用技術要求》、GB/T 24908《普通照明用非定向自鎮流LED燈 性能要求》及GB/T 17263《普通照明用自鎮流熒光燈 性能要求》的相關條文。值得注意的是，標準的要求略高于以上規范的要求，也就是在規范的下限基礎上有所提高。

5 功率密度限制的評價

標準對LPD的評價標準分為3檔：第一檔滿足GB 50034-2013《建筑照明設計標準》目標值，得4分；第二檔在目標值基礎上降幅5%～10%，得7分；第三檔在目標值基礎上降幅11%～20%，得10分。

據此可以分析，標準的條文鼓勵利用高效的照明產品，根據使用場所，合理選擇燈具類型及數量，嚴格控制LPD。值得一提的是在GB/T 50378《綠色建筑評價標準》的2019版本中，LPD評價的得分由2014版本中的8分調整為5分，且修改了2014版本中全部達到目標值和主要功能房間達到目標值的不同檔位得分，統一為主要功能房間達到目標值。分值的降低也體現了，對于功率密度的限制，已經由原來的“加分項”逐漸轉變為“基本項”的需求。

6 合理進行照明控制

本條的評價重點是照明的控制合理性共計4分，歸納如下：系統設計，1分；重點照明單獨控制，1分；多種功能要求場所，1分；天然采光區域獨立控制，1分。

照明控制的合理性主要體現在按使用條件和天然采光區域進行分區、分組的設置。例如，對于有外窗的區域，應盡量考慮到燈具于側窗平行布置。對于教室、會議廳、多功能廳等場所按靠近講臺的方式控制。合理的照明控制有助于使用者按需求及時開關燈，避免無人管理的“長明燈”。照明控制可以提高管理水平，節省運行的管理人力，節約電能。

7 照明控制方式

本條共計9分，歸納如下：公共區域的自動開關控制，3分；非工作時間自動降低照度措施，3分；有天然采光區域隨自然光的控制，3分。

本條需注意與前款提到的“合理進行照明控制”的區別。合理進行照明控制意在以區域進行劃分，考察照明控制系統的合理性。本條評價的重點則是對已經確定的區域內照明控制方式進行評價。

標準對照明尤其是公共區域的照明，從自動控制、時間控制和自然采光區域照度控制三個維度進行了評價。采用的照明控制方式，直接影響到了照明系統的節能與正常使用二者間的平衡關系，照明節能的前提也應該在滿足基本使用要求的前提下進行設計。

8 利用導光管系統

本條鼓勵采用太陽能光源，使其對人工照明做一定的補充，共計2分。應根據地區的氣候特點，綜合考慮充分利用天然光，節約能源。

9 從設計及運行維護角度談標準的應用建議

在了解了標準對照明系統的評價體系后，需要明確其對工程實踐的指導意義。標準的應用范圍是新建、改擴建的公共建筑和既有公共建筑機電系統能效進行分級評價。

本文從設計和運行維護兩個角度進行剖析，這里提供一個現有項目應用T/CECS 643-2019照明章節進行設計階段預評的參考。該項目位于北京，屬于市屬二級甲等醫院，建筑面積65 000m2。照明負荷安裝功率為449kW。照明燈具以LED光源為主。表3所示為該項目應用T/CECS 643-2019照明部分設計預評價得分表。

北京某項目應用T/CECS 643-2019照明部分設計預評價得分表 表3

從考慮照明系統的運行維護角度出發，對既有公共建筑機電系統能效進行分級評價時，其主要方法有查閱相關竣工圖、產品樣本、檢測報告，并現場核實。對于照明系統的評價，國家也有相應的規范GB/T 51268《綠色照明檢測及評價標準》作為依據。

10 LED燈具的現存問題：產品質量、色溫與光生物安全性

前文提到了國家即將迎來的第二次照明產品變革，即LED光源將逐步占據更多的市場份額。然而對于LED產品在國內的推廣，仍存有一下問題。

(1)國內目前LED燈具產品的質量良莠不齊，部分LED燈的諧波較大，遠超過了相應產品標準的規定，導致其功率因數低，并沒有充分發揮LED燈具較傳統燈具的節能效果。

(2)大部分LED燈色溫偏高，光線不夠柔和，長時間處在這樣的照明環境中，會使人感覺不適。

(3)LED產品在光生物安全等諸多領域還存在爭議。根據GB 7000.1-2015《燈具 第1部分一般要求與試驗》中，4.24光生物危害章節指出，光生物安全方面的要求包括輻射強度、輻射亮度等，并根據測試數據對產品進行危害分級，包括0類危險(RG0豁免級)、1類危險(RG1低危)、2類危險(RG2中危)和3類危險(RG3高危)共4個級別。燈具使用RG0無限制或RG1無限制級光源或完整裝配后使用的燈具為RG0無限制或RG1無限制級時，藍光危害不適用。然而，所謂RG0的燈具在國內仍沒有相應的推廣。

綜上所述，在以節能為目的選擇LED燈具時，應特別明確LED產品的質量要求。人員長期停留的場所應采用符合現行國家標準 GB/T 20145《燈和燈系統的光生物安全性》規定的無危險類照明產品。

11 《建筑電氣系統能效評價標準》中照明部分的編制

目前由中國中元國際工程有限公司等主編的《建筑電氣系統能效評價標準》，依托于國際電工委員會標準《IEC 60364-8-1 低壓電氣裝置：能源效率》，旨在推進IEC標準的引入并對其進行符合中國國內能效評價體系的調整及轉化工作。

《建筑電氣系統能效評價標準》將從設計能效與運行能效兩個維度對建筑電氣系統進行綜合評價。筆者有幸成為編制組的成員，并參與了其中照明部分的編制工作。對于照明系統的設計能效，除了T/CECS 643中的燈具參數外，對燈具的功率因數及LED燈具的質量也將作為評價重點之一。在設計能效評價方面，同時引入了IEC 60364-8-1中室內照明的自動控制覆蓋度的概念(這一概念在國內也還未有相應的參考評價標準)。對于照明系統的運行維護能效，提出了采用設備替換功率的方法作為運行能效評價的指標之一，并在編制過程中給出了照明質量檢測的詳細條文解釋說明。

12 結束語