建筑工程中建筑照明電氣節能設計的應用

李洪旭

北京順捷興宏工程設計咨詢有限公司，北京 100071

0 引言

在現代建筑的照明系統中，節能設計起著十分重要的作用。一方面，可以有效減少建筑在運營、使用過程中的成本支出；另一方面，可以精準、合理地分配建筑能源，為保障建筑照明的舒適度、提供更高水平的服務作出積極貢獻。

1 建筑工程中照明電氣節能設計的原則

1.1 實用性

建筑工程中照明電氣節能設計的基礎是滿足建筑基本的使用需求，在不影響建筑照明品質及用電安全的前提下，展開系統優化設計，使其能夠發揮良好的節能效應，并提升建筑的使用價值。建筑工程照明電氣的節能設計需要充分平衡建筑物使用過程中的照明需求、用電安全和節能設計，從而提升節能設計的可靠程度[1]。同時，由于不同建筑的節能、照明需求有較大區別，在設計過程中，需要根據建筑的不同功能，合理地調整區域照度、照明舒適度等。例如，商用、辦公用建筑需要良好的照明環境，可以采用局部照明的方式，在人流量較集中的區域進行集中照明，提升該區域的照明舒適度；在居住用建筑可以適當減少照明的亮度，并根據居住環境使用更加科學的照明方式，提升居住環境的舒適度；在公共建筑的照明系統中，使用需求不同，采用的照明方式也不同，如圖書館需要采用更加柔和的照明方式，而辦證大廳需要更加明亮、寬敞的照明空間。

1.2 合理性

不同的建筑工程的空間結構、自然采光率、環境有較大的區別，對照明的需求也不同，為了取得更舒適的照明效果，提升照明的質量和節能效果，需要充分考慮建筑工程的實際情況，根據具體的照明需求，選擇光源的類型。例如，辦公用建筑需要更加明亮的照度，需要采用亮度和顯色指數較高的熒光燈管；會議室、茶水間等較為私密的場所使用LED燈具等節能效率較高的燈具；在大廳、前廳等空間較大的場所，需要采用使用壽命較長、亮度更高的燈具，如高壓鈉燈或者LED燈具，以滿足不同場合的照明需求[2]。

1.3 節能性

降低能耗是電氣節能設計的主要工作，節能設計需要降低照明系統在運行過程中的能源消耗量，在確保可持續發展的基礎上，提升建筑物的經濟使用價值，并使建筑物具有良好的生態價值。節能性既是建筑物照明系統節能設計的主要目標，也是當前建筑工程發展的主要方向。為了確保節能目標的實現，一方面，需要合理使用照明燈具，科學地配置光源和燈具，從而確保照明結構和燈具滿足節能需求；另一方面，需要從照明系統的精準控制、節能照明技術的應用入手，進一步加強節能設計的效果，使建筑工程發揮良好的社會效應[3]。

2 建筑工程中照明電氣節能設計的策略

2.1 合理選擇照明器具

為了實現電氣節能，在照明器具的選擇與使用中需要合理地選擇照明器具的參數及應用環境，從而有效提升照明器具的節能效應。

（1）電光源的選擇。一般情況下，需要選擇光照綜合能效比最高的電光源，這需要考慮電光源的光效、功率及照明密度、功率密度等[4]。例如，某型號的普通熒光燈與LED日光燈相比，熒光燈的功率為18 W，光效為70 lm/W，光通量為1 250 lm，每單位的照明成本為0.017元；同類型的LED日光燈的光效為105 lm/W，光通量為1 250 lm，功率為12 W，每單位的照明成本為0.012元。由此可見，選擇LED燈具可以達到良好的節能目的。另外，在電光源的選擇過程中，不但需要考慮燈具的節能效率，還需要考慮燈具的使用壽命，以減少建筑工程的運營成本。

（2）燈具的選擇。第一，不同的燈具的光照效率有較大的差別，在滿足實用性和美觀性的基礎上，需要選擇效率更高的燈具，從而有效提升節能效應。例如，棱鏡磨砂燈具的光照效率為55%左右，透明燈具的光照效率為65%，柵格式和開敞式燈具的光照效率分別為60%和75%。考慮到節能效益，應當優先選擇開敞式燈具，同時關注燈具的實用性和美觀性。第二，需要重視燈具的光通量，光通量可以直接體現燈具的工作能力及光照效果。光通量通常與燈具的結構、材料有直接關系，在選擇和配置燈具的過程中，需要根據不同的場景及空間墻壁的反光率來進行合理配置[5]。第三，需要選擇流明維持率較高的燈具。流明維持率是指燈具在使用壽命期間所保持的流明效率。通常情況下，燈具的使用時間在2 000 h內，其流明維持率應在78%以上，而國際標準要求燈具的流明維持率在90%以上。

（3）燈具附件的選擇。燈具附件包括鎮流器、傳感器和調光器。其中，傳統的電感式鎮流器的功耗較高，啟動電流較大，在使用的過程中有較多的缺點。對此，可以使用節能型的電感鎮流器，雖然其采購價格較高，但其具有較長的使用壽命和良好的節能效果，綜合比較之下，比傳統的鎮流器有更好的經濟效應和節能效應[6]。

2.2 合理配置燈具

燈具的合理配置可以有效提升照明效果并滿足節能需求。需要控制燈具的減光系數與利用系數，并確保照明空間中的照度分布均勻；需要根據不同的使用需求選擇對應的燈具色溫，同時還需要進行眩光抑制，以提升照明效果；燈具的合理排布和照明方式的合理選擇，可以進一步提升照明的舒適度，確保空間照明的合理性。

（1）控制燈具的減光系數與利用系數。①提升燈具的減光系數。減光系數是指照明設備使用一段時間后在工作上產生的平均照度與該設備在新裝時在同樣條件下產生的平均照度之比。為了控制燈具的減光系數，在合理配置燈具的同時，還應當保持空間環境的潔凈，降低灰塵、煙霧等因素對燈具減光系數的影響。②調整燈具的利用系數。通常情況下，在建筑物空間較為寬廣、高度較低的情況下，燈具的利用系數更大，也具有更好的節能效果。當建筑物內部空間結構較復雜時，需要通過改變空間的高度及墻面材料的反射比，合理地調整利用系數，從而確保該空間的照度滿足實際使用需求。

（2）提升燈具的照明質量。在不同的照明系統設計方案中，照明質量、舒適度有較大的差別，提升燈具的照明質量可以有效改變該區域環境的照明效果，減少對額外光源的需求。在設計過程中，需要根據區域的亮度合理設計燈具的照明方案。例如，在設計陳列室、展覽室的照明時，可以通過降低展覽背景的亮度、對物品進行集中照明來有效提升照明效果，并降低對環境照明的需求。此外，還需要調整燈具的照度和色溫之間的關系。例如，根據人的主觀感受，環境空間的色溫為暖色溫時，會給人刺激的光感；中色溫會給人提供更加愉快的光感；冷色溫可以給人提供一定的光感舒適度。

（3）選擇合理的燈具排布方式。通常情況下，燈具排布方式可以采用較為規整的正方形、矩形和菱形。但為了滿足照度均勻的需求，通常會增加燈具的數量，從而導致能耗的增加。因此，在設計燈具排布方式時，需要權衡照度的均勻度與照明系統的節能性。一般情況下，需要根據場所的照度需求確定合理的燈具排布方式，并根據場所工作區的分布情況來制訂燈具排布策略。例如，可以分開設計工作區和非工作區的燈具排布方式，工作區可以采用密度更高的燈具排布方式，而非工作區則需要減少燈具的數量。

2.3 保持電壓的穩定性

照明配電過程中，電壓的穩定性對照明質量有重要影響，電壓的質量也會對燈具的使用壽命和鎮流器的作用造成直接影響。因此，在照明配電的過程中，需要提升電壓質量，并進行有效的諧波抑制。同時，還需要降低變壓器的有功損耗，通過提升照明線路的功率，進一步保障照明系統的節能效率。

（1）提升電壓質量。當燈具使用電壓發生改變時，燈具的照明效果會產生較大的變化，同時會直接影響燈具的使用壽命。例如，在熒光燈的使用過程中，當電壓變化率高于115%時，熒光燈的功率變化率會達到123%，而光照效率的會降為原來的91%。可見，電壓變化明顯降低了熒光燈的光照效能，增加了熒光燈的電能損耗。因此，需要控制電壓質量。一方面，在照明負荷較大的區域應當使用專用電源配電，若照明系統中存在兩個以上的變壓器，需要合理分配電壓負荷，從而降低變壓器產生變化的概率；另一方面，當照明系統與其他電氣系統共用變壓器時，應當配置專用的饋電干線，以減少電源對照明系統的不良影響，如可以使用配電回路或者配電箱來增加照明電壓的穩定性。

（2）采取諧波抑制措施。諧波電流會對照明電路的損耗、燈具的使用壽命造成直接影響。對此，一方面需要采用整流器對燈具及相關附件進行有效的諧波抑制，確保總諧波在10%以內，并確保電子整流器功率與總諧波的平衡關系；另一方面，在采用LED燈具和調光控制的過程中，應當使用濾波設備，以減少諧波對燈具造成的不良影響。

2.4 應用智能照明控制系統

智能照明控制系統的有效應用可以提升光照的自動調節能力，在最大程度上降低照明系統的固定效率。通常情況下，智能照明系統可以將節電效率提升20%～40%。應用智能照明系統的過程中，應當根據照明環境設置照明模式，并根據使用時間啟用對應的照明模式。例如，會議室、檔案室、茶水間等場所的使用時間不固定，可以采用傳感器來監測相關區域的使用狀態，并制訂對應的智能照明系統控制模式，以確保相關區域的照明系統能夠滿足節能需求。在實際應用過程中，智能照明控制系統的策略多種多樣，可以根據實際使用需求來選擇。例如，對于使用時間相對固定的場所，如隧道、走廊等區域，可以設置固定的照明系統的開啟、關閉時間。此外，需要根據場所的亮度需求，調整照明系統的亮度，使其能夠滿足實際使用需求。

2.5 充分利用自然光照

自然光照的有效利用可以減少建筑物對電氣照明系統的依賴，從而達到節能的目的。

（1）為建筑物設計采光口或使用透明材料等增加建筑物的自然采光面積。通常情況下，可以采用側面采光、天窗采光和混合采光模式，并根據不同的使用需求，選擇采光口設計方法。

（2）使用更加先進的ETFE膜結構來實現建筑物的自然采光。例如，鳥巢及水立方就采用了這一膜結構。此外，還可以利用導光管系統擴展自然采光的范圍。例如，在設計地下車庫、步行通道的自然采光時，可以使用導光管系統來設計采光方案，將電氣照明作為輔助手段，以進一步保障照明效果。這種照明模式可以有效利用自然光，還可以降低對電氣照明系統的依賴。雖然現階段我國對導光系統的利用程度較低，但該系統具有極高的開發和應用價值。

（3）加強光伏照明系統在建筑工程中的應用。一方面，光能是清潔能源，而且現階段我國的光伏技術處于世界領先水平，在建筑工程建設過程中可以充分利用這一技術優勢，將其與傳統的電氣照明系統相結合，實現互補照明。另一方面，光伏系統的有效利用可以進一步降低建筑物對電氣照明系統的依賴。我國北方、西北地區有較充足光伏能源，在實際設計電氣照明系統的過程中應當充分考慮地域因素，合理利用光伏能源，以達到良好的節能效果。

3 結束語

在現代建筑工程發展的過程中，電氣節能設計是建筑工程發展的主要方向。在建筑工程電氣系統中，照明系統的節能效果比較落后，但也具有較廣闊的發展空間。對此，一方面需要深入研究建筑物對照明的實際需求，另一方面需要合理地改進照明系統的設計，并應用新技術全面提升照明系統的節能水平。