建筑电气照明节能设计初析

建筑电气照明节能设计初析

刘冰洋

北 京皓睿设计有限公司 100044

摘要：建筑电气照明设计具有节约建筑能耗、推动绿色建筑产业发展的重要作用，本文简要分析了建筑电气照明的设计原则与影响因素，围绕照明方案设计、照明配电系统设计、选取高节能效果灯具、合理选择照明模式、智能照明控制系统设计五个层面，探讨了建筑电气照明节能设计的具体要点，以供参考。

关键词：建筑工程；电气照明系统；节能设计；智能照明控制

前言

据产业信息网统计，2018 年我国建筑节能行业产值突破 1675 亿元，建筑节能材料、建筑新能源在我国建筑节能产品结构中分别占比 63.83%和 3.26%。通常民用建筑的照明用电量约占总用电量的 15%~25%，仅次于空调用电，因此应秉持环保理念推进建筑电气照明系统的节能设计，实现节能降耗目标。

1. 建筑电气照明的设计原则与影响因素分析

1.1 设计原则

电气照明作为一种人工照明方式，具有易于调节控制、灯光稳定性强、经济价值高等性能优势，为实现照明质量与节能目标的兼顾，应注重把握以下六项设计原则：①功能性原则，确保电气照明设计能够满足人的正常活动需求，供其正确识别周围环境，具有安全、舒适的体验；②清晰性原则，保障照明覆盖范围的清晰度，消除影响视觉传达效果的阴影与暗区，并防范紫外线辐射、光热等因素造成的负面影响；③人性化原则，确保照度水平、亮度分布的均衡性，避免因眩光使人滋生焦躁不安的情绪；④协调性原则，合理控制光源色温与显色性、一般显色指数与特殊显色指数色差两组关系，减少对人心理层面上造成的影响；⑤自然性原则，应实现对自然光的充分利用，节约电能消耗；⑥规范性原则，确保符合国家相关标准规定。

1.2 影响因素

影响电气照明装置节能效果的因素包含灯具功率 Ps、配套设备损耗Pr、配电线路损耗 Pl、使用时长 T 等，其与耗电量 P 间的关系表现为：P=（Ps+Pl+Pr）·T其中照明灯具功率与光通量 F、发光效率 η 的关系为：

光通量与最小照度 E、减光补偿系数 K、房间面积 S、照明器数量 N以及光通量利用系数 M 间存在一定关联，其关系式为：

2. 建筑电气照明节能设计的具体要点探讨

以某建筑工程项目为例，该建筑共包含地上 4 层，建筑高度为22.6m，其电气照明节能设计要点体现在以下五个方面：

2.1 照明方案设计

基于《建筑照明设计标准》（GB50034—2013）进行照明方案的设计，结合建筑结构特征、功能设计要求，保障照明节能设计符合相关行业标准与建筑实际情况。同时，照明方案的设计应坚持实用性原则，切实满足建筑的实际照明需要。以不同房间类型作为照明方案设计标准，针对安装有空调的房间，应采用一般照明+局部照明+混合照明模式，既保障空调的运行效能，同时也满足室内照明要求；针对采光效果良好、室内装修用色较浅的房间，则应注重实现自然光的充分利用，配合局部照明等模式，起到节能减排作用。

在照度标准设计上，同样应以《建筑照明设计标准》（GB50034—2013）作为参考依据，结合建筑类型、工作区域用途的差异进行照度标准值、照明功率密度值的设计，并根据工程实际情况作出适当调整、实现电气照明合理布局，最大限度减少能源浪费问题。以该建筑项目为例，建筑一层服务大厅面积为 160m2，选用 10 只单管 36W 四管荧光灯，功率密度值的计算结果为 10W 每平方米；二层办公区域面积为 60m2，选用 9 只格栅灯（内置单管 28W 双管荧光灯），功率密度值的计算结果为 9W 每平方米；二层高档卫生间面积为 25m2，选用 3 只功率为 36W 的防水荧光灯，功率密度值的计算结果为 4.8W 每平方米。

2.2 照明配电系统设计

在照明配电系统设计上，应选取照明负荷中心靠近电源侧位置进行照明配电箱的布设与安装，能够有效降低线路损耗。在变压器设置上，应优先选取铜芯变压器，其绕组的阻值较小，并在负荷较大的情况下尽量选取多台小容量变压器布设，实现负荷的合理分配。在功率因数设计上，应关注变压器、发电机运行过程中产生的无功功率，选取电子镇流器增设在灯具处、选取电容器增设在变压器上，通过提高设备的功率因数实现节能目标。其中在镇流器选取上，对于荧光灯应将其电子镇流器的功耗控制在灯具额定功耗的 10%左右，对于高强度气体放电灯则需将镇流器功耗控制在额定功率的 10%左右，配合有效措施抑制高次谐波，起到有效节电效果；针对气体放电灯进行补偿电容设计时，应将补偿后灯具的功率因数控制在 0.9 以上；针对功率大于 1500W 的高强度气体放电灯，通常其额定电压应为 380V，而照明光源的电源电压应为 220V，因此倘若发现电压偏差较大时，还应增设自动稳压装置。在电流控制上，应将各照明单相分支回路电流控制在 16A 以内，确保连接光源数量不超过25 个，且不能将照明灯与电源插座接到同一分支回路上，在使用 I 类灯具时还需保障其外漏可导电部位实现可靠接地。

2.3 选取高节能效果灯具

在灯具选取上，应优先选取 LED 作为光源，相较于同等亮度的白炽灯可节约近 80%的耗电量。在镇流器选取上，倘若选用 T8 荧光灯作为灯具，搭配低损耗电子镇流器后可使实际 LDP 下降 20%、照明安装功率下降 9%。在灯具布置上，应注重加强对投射方向、光照均匀度等指标的控制，为照明装置后续维修与安全提供保障。在房间内部插座的设置上，以该工程某一房间为例，由于其房间面积较小，因此选取在房间内设置 2个二三联安装插座，注重确保插座壳体为阻燃性工程塑料材质，杜绝采用普通塑料或金属材料。

2.4 合理选择照明模式

在照明方式的选取上，应注重结合建筑室内布局、照明需求与人体接受能力进行合理设计。例如针对普通办公区，应结合不同区域的照明需求采用分区照明方式，减少电能浪费问题；针对部分显色度要求较高的区域，应结合具体布局选取混合照明方式，提高显色程度、优化照明效果。

2.5 智能照明控制系统设计

基于电子感应技术与调压技术进行智能照明控制系统设计，确保实现对整体建筑中各区域的供电情况做到全面掌握，并实现电路电流值的自动化调节，以此实现提高功率因数、增强节能效果的作用。在此可引入i-bus 智能照明控制系统，该系统基于国际通用 EIB/KNX 标准，采用总线网络拓扑结构，其通讯速率可达到 10Mbit，利用线路耦合器实现对支线信号的过滤，有效增加干线速率，配合 IP 局域网接口实现数据传递；i-bus 系统的开关控制模块能够实现对灯光回路运行状态的检测与故障预警，提供光控制、中央控制、温度控制、AV 控制系统信号监视等功能。以该建筑工程项目为例，基于 i-bus 系统进行办公区域的智能照明控制系统设计，选取吸顶探测器安装在办公区域内，利用探测器感应移动信号，实现对灯光与风机盘管电源的控制，可在工作时间内自动开启照明灯、启动空调系统，在休息时间依照预先设置好的顺序依次进行灯光、空调系统的关闭，其系统设计图如图 1 所示。

图 1 i-bus智能照明控制系统设计

在会议室智能控制面板的设计上，利用控制面板实现对灯光系统等用电模块的手动控制，利用温控面板实现对空调系统的自动控制；依托吸顶式移动探测器获取感应信号，结合环境照度要求、照明空间位置实现对开灯数量的自动化控制，在满足日常会议照度需求的同时，有效发挥节能降耗作用。

将 i-bus 智能照明控制系统应用在建筑电气照明节能设计上，具有以下三项性能优势：①兼容性良好，其电气安装总线采用大跨度框架与开放式结构设计，可供使用者结合自身需求进行建筑平面的重新规划设计，保障系统内部各模块的独立运行，且模数化产品采用该 35mm 导轨安装，各面板的探测器可实现灵活互换；②安全性，仅使用一条 i-bus 总线，其 24V 的安全低电压连接能够有效保障用电安全；③经济性，相较于传统照明节能系统可节约 25%电能，且节省大量后期维护费用。

结束语：

能源节约与资源高效利用现已成为衡量社会发展潜能的重要标准，当前建筑能耗在我国一次能源消耗总量中占比超过 27%，因此还需立足根本进行建筑节能设计，结合建筑布局与照明需求进行照明方案、配电系统设计，合理选取照明模式与灯具种类，配合智能控制系统进一步优化节能效果，提升综合效益。

参考文献：

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[2]谢结弟.总线式智能照明控制系统在公共建筑中的应用[J].现代建筑电气，2018（8）：27-30.

[3]王靖绚.LED 智能间歇照明在建筑物内公共场所的节能应用[J].智能建筑，2015（5）：25-27.