基于DIALUX建模的廠房節能降耗照明改造與實踐*

牛明莉 陳小毓

廣東水利電力職業技術學院 廣東 廣州 510925

1 現狀分析

眾所周知，企業工廠中電力的消耗量的問題，是工廠的一大痛點。電力被廣泛應用于企業工廠生產中，提高工廠用電水平，節約電能，不僅減少了工廠的電費開支， 降低了產品的生產成本， 更重要的是充分發揮電能在國民經濟中的轉化作用，有力地促進社會經濟的發展。另外，衡量工廠能否取得較好的經濟效益關鍵在于能否科學合理地降低并控制各種能耗。

目前，國內大多數工廠中的照明設備主要采用金鹵燈、高壓鈉燈、熒光燈等照明燈具，這些設備壽命短，維護成本高。相比之下LED節能燈憑借色彩豐富、易于控制、耐氣候性等諸多優點，在工業照明方面已經體現出了無可爭辯的優勢。白光LED的出現，使高強度白光LED的應用領域跨越至高效率照明光源市場。如果在工廠照明場景下設計一種最小耗能照明方案，將給企業帶來更低成本的費用，具有很大的應用價值。

智能照明作為智慧城市重要的組成部分，是未來照明的發展方向。隨著物聯網、通信、電子等技術的發展，智能照明系統感知環境變化、自動調節光線強度、進行場景制作，提高照明質量、節能減排，為工作、生活、學習提供智能環境。并且，國內智能照明技術的發展趨勢是向著自動化、數字化、多元化的方向發展，打破傳統單一技術，為電力廠房照明系統的設計、應用和推廣提供大量的參考和有效的指導。

2 研究內容

在能源緊張和照明運營開支居高不下的形勢下，通過各大工廠照明節能技術的研究，不僅有力推動由國家經貿委牽頭啟動的“中國綠色照明工程”，還可帶來巨大的經濟效益、環保效益和社會效益[1]。基于此，研究內容如下：

2.1 深化項目調研，明確改造目的

在基礎資料和現場照明情況的基礎上，本項目基于DIALUX與LED光源的照明節能技術，針對不同工廠現場環境，利用3D建模的方法建立照明空間模型，在照明數據庫選型燈具的照度數據，利用DIALUX的智慧算法得出照明輸出照度結果并輸出完整的報表和3D模擬圖。對比DIALUX軟件的照度輸出結果，在國家標準照度的基礎上，利用最少數量和最佳安裝位置、控制方式的燈具達到最好的效果，從而減少燈具購買成本。

2.2 優化設計方案，選擇最終方案

研究方案要基于燈具的控制、線路開關的布置和配電箱的布置來設計。

燈具控制的方案要遵循優化配置、節能降耗原則，做到加大對綠色照明技術的研發、對綠色照明工程的投入，建立優質高效、安全可靠經濟舒適的照明環境。

照明的線路開關控制方式由拉線式開關到翹板開關、復位開關，到聲控開關、智能控制面板，再到大數據時代精準的照度控制技術，照明設計越來越人性化。智能照明的“智能”更體現在自然光源的充分利用、全自動調光、光環境場景智能轉換等人性化功能，注重人與環境的交融，從而營造一個舒適、人性化的照明環境。

從整體和個體的角度設計和配置配電箱，根據廠房不同的位置，配電箱的個數和類型都需合理規劃，根據照明的形式不同，配電箱的設計要做到易安裝、易控制，并且顯而易見。

2.3 實行重點突破，解決項目難題

確認區域照明重點，如鍋爐0M的刮板機和通道，鍋爐13.5M層的參觀通道，煙氣間布袋除塵、電機區域，主廠房0M設備區域，對不同的區域實行不同的數據模型，以此達到節能減排的作用。由于生產區域燈具缺失比較多，因此照明不能滿足國家規定的照度。節能燈的數量較多，廠內電線布置雜亂，以暗線布置為主，給檢修和維護帶來不便。開關負荷承受能力嚴重不足，存在安全隱患。不同功能的照明配電箱未分開，配電箱功能也不明確，各個區域照明配電箱太多，沒有在統一的區域布置。因此，采用基于DIALUX照明節能技術，不僅避免了不必要的電能浪費，對以后類似的相關企業單位運營管理提供良好的參考經驗，促進我國工廠節能的可持續發展；而且利用最少數量和最佳安裝位置、控制方式的燈具，可以達到最好的效果，從而減少燈具購買成本，減少光源浪費，以達到企業節能減排的作用。

2.4 制定項目工期，投入試驗運行

基于對各個能源公司一期項目的照明改造和現場勘查，按照最優的設計方案，制定項目工期，在廣州環投從化環保能源有限公司投入試驗運行，基于各個廠房的特點和要求，設計出自適應控制的基于DIALUX與LED光源的照明節能技術的照明設計方案，安裝、調試、試運行，現場燈具的安裝和線路布置多采用燈具支架和管支架，對稱整齊安裝。安裝完成之后配電箱、開關、線路的起點終點貼上明顯標識，現場調試主要是時間控制的設置，根據每個季節調整燈具的點亮和關閉，再經過反復的試驗運行，反復對比，以此達到節能降損的目的。

3 擬解決的關鍵問題

通過對不同情況的工廠進行建模，設計出自適應控制的基于DIALUX與LED光源的照明節能技術的照明設計方案，以達到適應不同工廠的最優照明環境，為工廠電能的使用節省成本，促進可持續發展[2]。

一是廠房不同區域的照明特點沒得到合理分析與規劃，例如生產區域燈具的數量和燈具的照度都嚴重不足，存在安全隱患。沒有區分事故照明和工作照明，區域綜合平均照度也沒有達到國家規定的照度。

二是現場全部使用節能燈，數量偏多，如從化能源公司節能燈在2000套以上，燈具功率50W，24小時點亮后帶來的燈具損壞多、維護量大。

三是部分能源公司現場線路、開關負荷承受能力嚴重不足，在照明不足的情況下只要增加燈具就會出現電路燒毀、開關跳閘，又因為線路布置多采用暗線，給后期的檢修帶來極大的困難。

四是照明開關布置雜亂不堪，往往出現運行人員找不到開關的情況，照明檢修配電箱與運行設備檢修配電箱未分開配置，正常照明與事故照明配電箱未分開布置，配電箱標識不清，各個區域照明配電箱太多沒有在統一的區域布置。

五是線路的起點終點、線路取電位置、線路走向沒有明顯標識，線路隨意布置在地面下出現現場土建施工的時候直接切斷電線電纜的情況。

六是現場開關控制多采用空開，沒有時間控制或者其他控制方式，不僅無形之中增加運行人員的工作量，而且造成現場燈具點亮與關閉隨意性大，不節能也不環保。

4 研究方法

一是文獻法。通過查閱相關文獻，了解照明技術國內外的應用現狀，了解基于建模DIALUX技術的照明設計方案。

二是現場調研法。對照設計圖紙查看各個區域的燈具功率、燈具類別、燈具數量、燈具配置情況、線路走向以及損壞情況、配電箱配置。

三是3D建模法。利用3D建模的方法建立照明空間模型，在照明數據庫選型燈具的照度數據，利用DIALUX的智慧算法得出照明輸出照度結果并輸出完整的報表和3D模擬圖。

四是模擬驗證法。根據調查到的工廠實地情況，通過建模技術，設計出相關節能方案，通過對比總結得出最佳時間方案。

5 研究技術路線

首先通過實地調查不同工廠照明設計方案以及對基礎資料的大量收集，利用DIALUX建模技術將這些不同工廠的方案進行不同維度的對比，分析如何利用最少的燈具數量達到最大的照明效果，分析如何將燈具安裝在最佳的位置，同時充分利用開關的控制方式決定燈具點亮的數量和時間，在滿足現場照明需要的基礎上減少不必要的照明損耗。然后歸納總結出最佳的廠房節能照明的最佳實踐方案。用技術分析路線流程圖更能表達出其研究思路，如下圖所示：

6 試驗方案和可行性分析

區域DIALUX建模分析，在滿足國家標準照度的基礎上使用最少的燈具數量和最佳的燈具功率配置[3]。基于建模數據分析，能有效完成燈具的優化配置。

確認區域照明重點，如鍋爐0M的刮板機和通道，鍋爐13.5M層的參觀通道，煙氣間布袋除塵、電機區域，主廠房0M設備區域。

確認燈具控制方案：根據不同的使用區域確認采用空開、時控和光控制，如鍋爐可采用空開和時控，煙氣間可采用空開、時控和光控。

確認線路布置方案：為了線路布置的美觀性，線路盡量隱藏不外露且整潔，多線路采用槽架，鋼結構區域裝燈布線沿結構走線。

確認配電箱布置方案：配電箱整體區域配置一個配電箱，如煙氣間、鍋爐0M-8M、13.5M及本體都只需要分別設計一個配電箱，正常照明和事故照明配電箱分開布置，配電箱放置在各個區域門口顯眼易控制處。

7 本項目的特色與創新之處

本項目首先對各個工廠存在的照明問題進行了共性的抽象，分析了各個能源公司煙氣間普遍存在的問題。然后，通過現場照度、現場廠房的實時數據，采用模糊控制策略，實現工廠照明無級調光，為工廠提供安全、舒適的工作環境，并在保證廠房運營安全的基礎上，實現工廠用的照明節能，節約運營成本，可解決相關工廠照明節能的實際問題。最后，對比DIALUX軟件的照度輸出結果，在國家標準照度的基礎上，利用最少數量和最佳安裝位置、控制方式的燈具達到最好的效果，從而減少燈具購買成本，減少光源浪費。