公共建筑光環境提升技術實踐

胡國霞

（華東建筑設計研究院有限公司，上海 200011）

0 引言

為加快實現“碳達峰、碳中和”的目標，我國綠色建筑發展按下“快進鍵”。根據統計，建筑照明能耗在建筑總耗能中約占30%~50%[1]，綠色建筑發展勢必對建筑照明能耗提出更高要求。在追求建筑節能的同時，室內環境質量也逐漸成為建筑設計和改造的重要關注點。因此，提升公共建筑光環境舒適性和照明系統綜合節能效益成為公共建筑光環境提升的重要研究方向。目前，LED作為第四代照明光源廣泛應用于指示、顯示、照明燈領域。相較于傳統照明燈，LED燈工作電壓低、電流小，具有較好的抗沖擊和抗震性能，可靠性高、壽命長、控制方便、綠色環保。作為集諸多優勢于一身的環保燈具，在“綠色照明”的大環境下，LED照明代表了照明行業的發展方向[2]。LED不僅可以提高照明效果，還可以大幅降低照明能耗，但其在實際項目的應用效果需要通過開展工程研究進行驗證。本文以上海某公共建筑作為示范項目，開展了建筑光環境提升方面的研究，通過對設計方案論證、施工過程控制、實施節點把控、調試驗收等方面進行精細化管理，示范工程滿足了光環境提升的各項指標要求，達到了照明系統綜合節能60%以上的目標。

1 案例概況

本示范項目位于上海世博片區，項目由一棟21層辦公塔樓和4棟2~3層的商業裙樓組成的商業辦公綜合設施，地下3層，總建筑面積80 042.46 m2。本案例中選取該綜合體內21層主樓的標準層辦公室以及公共區域（走廊、電梯廳、衛生間）作為對象，開展建筑光環境提升示范研究，示范研究區域的建筑面積約4663 m2。

2 光環境提升方案

2.1 總體目標

綜合考慮健康、舒適、節能、經濟等因素，采用建筑照明一體化技術及高效照明燈具，并采用分時控制、分區域控制的多模式控制技術，提升建筑整體的光環境，實現舒適與健康的目的，并通過節能技術措施實現照明系統節能率不低于60%的目標。

2.2 不同功能房間的照度設計

建筑室內照明設計需要結合照明空間的功能需求實施，既要滿足充足且均勻的照度，又要避免不合理照明帶來的眩光，給在活動區域內的人提供一個舒適的照明環境。本案例中，按照不同區域內房間的照明需求，根據設計規范對相關房間或場所進行照明設計，房間和場所的照度、顯色指數、統一眩光值、照明功率密度值選取如表1所示。

表1 典型房間照明設計

2.3 照明控制系統

（1）辦公區域照明控制。采用智能照明控制系統可實現定時控制、照度控制、人體感應控制和智能面板控制，同時設置物聯網關，基于藍牙實現廣播信息推送和數據信息交互，還可以實現定位數據的邊緣計算。可以通過與燈光控制器、智慧燈具、智慧傳感器等設備組成BLE Mesh網絡，實現智能場景聯動，同時，智能照明控制系統也是人員管理、資產追蹤的核心設備，如圖1所示。

圖1 辦公區域智能照明控制系統

（2）電梯廳照明控制。采用可調亮度色溫一體化LED燈具以及智能控制技術，將電梯廳的暗槽燈帶更換為亮度和色溫可調的T5燈管，在滿足照度要求的同時也使天花板更加清爽。獨特的光學設計讓光線更柔和，動態變化的色溫讓空間更舒適。區域配合基于時間管理的邏輯控制以及人體感應的傳感器能從容應對高峰及空閑時間的照明需求，使節能更智能。照明設備可以根據需要進行調節，以適應各種照明場景需求，調光模塊內含電能計量功能，可實時監測該區域的能源使用情況，為制定節能方案提供有效數據，以達到最佳節能效果，電梯廳實際效果如圖2所示。

圖2 電梯廳調光調色、人體感應控制燈帶

（3）走廊照明控制。采用自動照明控制，正常工作時間全開，非工作時間改為減光照明，節假日無人時可只開少量燈。

（4）衛生間照明控制。洗手間均采用紅外移動控制，人來開燈，人走燈具延時關閉。

2.4 建筑照明一體化模塊/照明通風一體化模塊

建筑與燈光的一體化設計就是將照明產品與建筑本體進行隱藏式設計，在滿足燈光照明功能需求的同時，最大限度減少燈具對建筑裝飾、吊頂、墻體的外在影響，實現將建筑與燈光融為一體的目標[3]。由于LED燈小巧、易控，因而可以極大滿足建筑照明的定制化需求，因此，建筑照明一體化技術備受關注。

2.5 基于PLC的智能照明控制技術

本案例中采用了一套基于電力線通信技術的新型照明控制系統，解決了房間內照明控制器與燈之間進行低成本傳輸照明數據控制（亮度、色溫、場景、開關等）的難題。與現有通信技術相比，該技術具有成本極低、體積小、免布線、距離長、抗干擾能力強等優點。新型電力通信解碼芯片體積小、功耗低且無須天線，不受燈具外殼屏蔽的影響，方便嵌入各種燈具中。

本案例中，在建筑2層、3層安裝相應的控制系統可以實現開關控制、亮度控制、場景控制、時序控制和遠程控制，并可實現電能計量。

3 主要設備清單

本示范工程的主要設備清單如表2、表3所示。

表2 LED照明燈具設備清單

表3 電梯廳智能照明控制系統設備清單

4 效果評價

4.1 光環境現場測試

現場選取辦公室、走廊、電梯廳和衛生間分別進行了測試，測試結果如表4所示。

表4 現場光環境測試結果

除走廊照明功率密度值略高，其他值均優于標準要求。

4.2 節電率計算

建筑照明節電率計算如下：

式中：ξL——建筑照明節電率；W0——年照明耗電量基準值，kW·h/（m2·a）；We——年實際照明耗電量，kW·h/（m2·a），為照明運行耗電量WLT與照明控制系統運行耗電WPt之和。

依據《綠色照明檢測及評價標準》（GB/T 51268—2017），各場所的年照明基準電能耗值如表5所示。

表5 年照明基準能耗值

本示范項目耗電量基準值為19.30 kW·h/（m2·a）。

4.3 照明能耗測試及分析

本項目安裝一套智能照明控制系統，能耗情況可根據智能照明管理系統進行持續監測和管理。

為分析計算本項目照明系統節能量，對物業辦公室、21樓辦公室用電進行測試，為分析效果，選擇了不同的測試模式，如表6所示。

表6 實測照明用電量數據

4.4 項目節能效果

（1）辦公室照明節能對比。為比對照度控制對照明能耗的影響，分別在21層選擇其中2 d進行了對比，可以看出，辦公區域僅照度控制就可以節能26%。

對于辦公區域，本文選擇物業辦公室的能耗作為實測能耗的依據，截取連續3 d的測試數據進行分析。3 d（每天運行10 h）照明耗電量為26.83 kW·h，折合全年耗電量為2235 kW·h，實測單位面積照明能耗為7.98 kW·h/（m2·a），相較于辦公區域照明基準值，節能率可達到71%。

（2）項目節能計算。測試表明，該項目實際應用效果良好，在滿足光環境提升效果的同時，實現了節能率不低于60%的目標。建筑實際照明能耗如表7所示。

表7 建筑實際照明能耗

5 結語

公共建筑的照明系統能耗是建筑能耗的重要組成部分，應采取多種技術措施改善建筑的照明系統。提升建筑的光環境不僅可以滿足照明系統的舒適性要求，還應達到節能降耗的效果，從而實現建筑的綠色低碳發展。本文以某公共建筑光環境提升工程為例，通過優化不同功能區的光照度、照明控制、采用先進軟硬件配置，實現了建筑照明節能60%以上的目標。同時通過測試辦公區域僅照度控制就可以實現節能26%，本示范項目對于類似公共建筑的建筑照明改造具有參考價值。