民用建筑照明設計中節能技術的運用研究

王帥

北京市建筑設計研究院有限公司 北京 100045

引言

據統計，在全球電力消耗中照明用電在總發電量中占比超過20%，而建筑中節能照明也受到了世界各國高度關注，所以我國也需要在發展建筑經濟的過程中融入節能環保意識，做好建筑照明節能設計，進而為我國建筑業可持續發展以及低碳經濟發展作出貢獻，以下進行相關分析。

1 建筑照明控制方式

對于建筑照明來說，其主要作用在于提升照明視覺質量以及延長燈具使用年限，進而滿足不同使用條件，營造良好氛圍，照明控制還能夠提升照明系統的可靠性與穩定性。從照明控制方式來講，主要經過了手動控制、自動控制以及智能控制3個階段，其中自動控制主要應用聲控、光控等技術進行設備控制，不過自動控制系統缺乏控制面板，實現場景預設存在較大難度，不利于實現網絡化的監控與管理。相比之下，智能控制通過計算機技術自動控制技術、網絡通信技術以及微電子技術能夠自動進行信息采集以及邏輯分析，并對結果按照特定形式存儲，由此營造不同的環境，最終全面提升照明質量[1]。

對于智能照明控制方式來說，主要是通過有線通信技術或者無線通信技術連接各類照明控制元件，并按照邏輯分析控制燈光，智能照明控制方式實現了實時監控和跟蹤供電，并且能夠調節亮度，由此達到保證照明效果和節能的目標。根據控制原理，把照明控制方式分成開環控制、閉環控制以及應急照明控制三種形式。

2 民用建筑電氣節能設計原則

隨著社會經濟發展和人們生活水平提升，對電力資源的需求也在增加，而民用建筑運行過程中會消耗大量電能，如何提升電力資源利用效率成為民用建筑設計重點關注的問題，需要基于節能減排的思想，在保證電力資源正常供應的前提下優化傳統電器設計方案，并且利用新材料、新技術，由此提升節能效果。當前民用建筑間的設計需要堅持如下原則：其一，保障民用建筑基本功能。在設計建筑電氣節能系統過程中需要確保建筑的基本功能，全面分析照明的需求、溫度調節以及衛生舒適性，確保能夠滿足應急照明、消防設備和消防電梯功能；其二，重視經濟效益。在民用建筑電氣設計過程中需要樹立能源節約和降低成本的思想，積極利用新技術和新設備，緊密結合建筑實際情況，進而降低建筑設計成本；其三，降低電氣系統損耗。受到技術或者設計等方面影響民用建筑運行期間會出現能耗較大情況，比如線路傳輸的線路損傷問題、變壓器功率損耗問題，全面提升民用建筑的節能效果[2]。

3 民用建筑電氣節能設計與運用

3.1 合理選擇照明器具

建筑照明設計主要包括室外照明以及室內照明兩大部分，而室內照明在近年來受到較多關注，良好的照明條件可以營造特定氛圍，輔助建筑實現部分功能，而關鍵在于合理選擇照明器具，實際選擇過程中需要針對電光源、燈具和附件分析照明器具的相關技術指標。

3.1.1 電光源。選擇電光源過程中需要綜合分析光通量、光效、色溫、顯示指數、使用壽命，同時還要考慮電光源的經濟性，整體上要以高光效、低運行成本的電光源為主。在節約電力資源的同時還能夠避免生產、銷售和運輸帶來額外的資源損耗。從建筑節能設計的角度講需要對照明效果以及照明成本綜合分析，制定節能效果好、投資回報快的方案。

3.1.2 燈具。從照明節能角度講，所選擇的燈具要保證流明利用率高、效率高，具體說來：從流明率角度講，其直接體現燈具的性能，主要影響因素包括燈罩材料形狀和應用燈具的方式相關。根據我國相關標準，要求燈具流明率在2000h內不低于78%，而國外先進水平已經達到90%以上。結合材料的光學特性原理需要在燈具反射面以及保護罩涂抹石英玻璃膜，并且在鋁反射罩的表面進行陽極氧化處理，由此防止老化并提升反射能力，還可以在燈具上設置小的通氣孔加入活性炭，能夠減少燈具內部的塵土污染，通過該措施還能夠提升燈具反射比[3]。

3.1.3 燈具附件。從照明節能角度講主要是考慮附件的電器損耗值，通常將整流器作為分析重點，現階段燈具鎮流器包括普通電感鎮流器、節能型電感鎮流器以及電子鎮流器，相比之下，節能型電感鎮流器以及電子鎮流器的功耗比更小、可靠性強、壽命長，不過價格偏高。

3.2 合理配置光源和燈具

照明設計過程中合理配置當然和工具也是重要手段，主要考慮以下方面內容：其一，采取相關措施提升減光系數以及燈具利用系數；其二，合理提供亮度對比；其三，為視覺作業提供舒適的照度；其四，調節色溫進而滿足顯色效果；其五，控制照度均勻度；其六，合理進行燈具排污并且結合不同環境選擇照明方法。整體來講，需要做好以下工作。

3.2.1 利用照度計算原理配置光源。其一，提升減光系數。減光系數也稱為維護系數，就是照明設備使用一定期限之后產生的平均照度和設備設置初期產生的照度之比，主要的方式是選擇高通量的燈具，并且需要改善室內衛生情況，減少環境污染。此外，智能照明控制系統應用過程中需要結合燈具減光系數對燈具使用初期電能消耗量加以限制；其二，提升燈具利用系數。燈具利用系數和頂棚地板墻面反射比關系密切，并且增大室內指數RI也能增強燈具利用系數，在室內指數RI越大，并且房間高度矮的情況下光的利用系數更大，也更加節能，反射面能通過改變墻面飾面材料得到提升，選擇合適的飾面材料以及施工工藝能夠提升建筑物內部各表面反射水平，進一步營造良好的視覺舒適性，并且達到節能目標[4]。

3.2.2 提升照明質量。當平均照明以及功率密度相同時，不同的設計方案所呈現的照明效果也存在差異，所以需要分析照度、均勻度、色溫、亮度對比，以此提升室內環境的舒適感，具體如下：其一，亮度對比。在實際設計過程中運用亮度對比有助于提升照明效果，比如在陳列室照明設計過程中關鍵在于降低背景亮度，而陳列物周邊需要增強光照，由此吸引人們關注，并且降低房間功率密度；其二，照度和色溫關系。根據相關分析發現，在相同主觀感受下合理選擇色溫，使得對照度的要求也在下降，所以色溫也成為照明節能設計重點考慮的問題。要想營造愉快的環境感受采用暖色光，也就是色溫較高的光源，能夠降低對照度的要求并達到節能目標。

3.3 科學選擇燈具排布方式和照明方式

要想達到良好的照明效果需要科學進行燈具擺布，并選擇合理的照明方式，主要措施如下。

3.3.1 燈具排布方式。燈具在房間均勻布置的過程中主要采取正方形、矩形以及菱形的布置方式，其中燈具的布置間距以及燈具的懸掛高度為設計重點，這也是影響照度均勻度的重要因素。為了提升照度均勻性，燈具安裝間距不得超過所選燈具最大允許距離，燈具安裝高度和工作面高度之差的比值越小代表照度均勻性更好，不過燈具數量多也會導致電耗加大，為了平衡照度均勻度以及節能的關系需要結合燈具類型加以分析，比如選擇均勻漫射配光燈具，要求燈具和頂棚距離頂棚和工作面距離的比值在0.2～0.5，如果靠墻位置存在工作面燈具和墻的距離要在0.75m之內，如果靠墻位置不存在工作面燈具和墻的距離，需要根據燈具的布置間距加以設置。

3.3.2 照明方式的選擇。其一，根據照明場所高度需求選擇混合照明的方法進行亮度合理分布，少量電能用于一般照明，主要用在工作面旁邊的布局照明，而較低功率消耗下為了滿足照明需求一般設置在工作面旁邊；其二，工作面分布密集的情況下需要選擇單獨的照明方式，也就是根據規范以及實際需求選擇目標照度；其三，在整個室內工作面如果分布密集度存在差異并且能夠顯著增長工作區以及非工作區要采取分區一般照明的方法，并且在工作區選擇較高的照度。此外，工作區和非工作區的照度之比超過3∶1，否則會導致人們視覺疲勞[5]。

4 民用建筑電氣節能技術的運用

4.1 智能照明控制系統

該系統應用無線通信技術把各類照明控制元件相連接，然后通過邏輯分析對燈光控制智能照明控制系統，充分利用了天然光，由此提升照明功率因素，還便于進行照明管理，延長燈具使用年限，經分析智能照明控制系統節電率可達到20%～40%。智能控制系統選擇模塊化分布式結構，其中包括輸入單元系統單元和輸出單元，在復雜的智能照明控制系統當中還需要應用輔助單元以及系統軟件[6]。

4.2 智能照明節能效果控制措施

照明控制策略是智能照明控制系統方案設計的目標，照明控制策略要保證藝術效果并且具有節能作用，通過預制時間表控制進行照明系統管理，并且帶有時間表提醒作用，合理的策劃下節能效果能夠達到40%。在會議室、休息室、檔案室等場所照明時間缺乏規律性，所以一般通過人體活動感應傳感器實現節能目標，通過自然光控制策略能夠讓辦公室照明節電達到17%，維持光通量控制能夠讓系統使用初期節約大量電能，作業調整控制以及平衡照明日復合控制也能夠在室內照明應用中發揮良好效果。通過分析實際需求，合理選擇節能型智能控制策略，不過實際應用過程中往往不局限于某種控制策略，也可以進行不同策略的組合。在普通辦公室、餐廳、百貨商場等場所當中可以采取可預知時間表控制策略，通過時鐘控制器進行照明管理，能夠達到良好的節能效果；再如會議室、檔案室以及休息室等場所可采取不可預知時間表控制策略，通過人體活動感應傳感器檢測人體活動，并且進行光線亮度調節，不僅控制靈活還能夠有效保證節能效果；再如大型辦公樓當中可應用作業調整控制策略，通過局部調光面板以及無線遙控等措施，結合作業需求對局部照明針對性的調節，由此達到節能目標[7]。

4.3 智能照明控制系統設計原則和步驟

當前我國尚未出臺智能照明控制系統設計規范，不過在《建筑照明設計規范》《智能建筑設計標準》以及《建筑照明防火規范》當中都明確提出了應急照明設計內容，要求設計人員嚴格遵守國家法規以及經濟政策，進而提升設計的經濟性與合理性。從智能照明控制系統項目設計步驟來看需要滿足以下方面：其一，達到用戶需求以及技術應用需求；其二，對節能控制策略合理選擇；其三，明確照明回路的數量和配置。此外，對照明控制系統安裝與調試[8-9]。

5 結束語

綜上所述，民用建筑照明設計效果直接關系著建筑的節能性，在照明器具選擇過程中以高光效電光源為主，分析燈具的流明利用率，電能質量會對照明質量，和電光源的使用壽命產生影響，所以在設計過程中要以節能型變壓器為主，并且依靠高質量的智能照明控制系統。此外，建筑照明設計過程中需要科學選擇燈具排布方式以及照明方式，并結合項目的復雜性應用照明設計軟件，最終為人們營造更加舒適的照明環境。