关于建筑照明中节能理论的探讨

关于建筑照明中节能理论的探讨降低建筑能耗，实现可持续发展，是当前的惟一可行之路。建筑能耗包括采暖、空调、热水供应、照明、炊事和家用电器等方面，而照明节能是建筑节能的重要组成部分。具统计，2005年，我国总用电量约为24000亿kWh，照明为3000亿kWh，且每年以13%~14%的速度递增，预计到2010年，照明将超过5000亿kWh，新增照明用电2000亿kWh。若要完成国民经济和社会发展“十一五”规划纲要要求节能的20%目标，便意味着照明要减少用电1000亿kWh。为了实现这一目标，必须采取相应措施，如充分利用天然光、合理选用光源、灯具及附件和采用照明智能控制系统等方法。充分利用天然光天然光是一种取之不尽、用之不竭的无污染的绿色洁净能源。充分开发并有效利用天然光，势必对我国的现代化建设起到加速推动作用。目前利用天然光主要有以下几种：导光管法。用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方；光导纤维法。采用光率的光导纤维将光线引到需要采光的地方；棱镜组多次反射法。用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位；平面反向镜反射法。用反光镜一次将太阳光反射到室内需要采光的地方；光电效应法。根据光电效应把太阳光直接变成电能供照明使用，太阳能电池就属于这类换能器件和光－热－电－光转换法，用太阳光集光器将吸收的光转化为热能产生的蒸汽，用蒸汽驱动汽轮机发电，作为照明电源。工程中充分利用天然光是需要多专业人员密切配合的，通常要对建筑采光、天然光在建筑中的作用进行综合分析，建立建筑物的采光设计模拟，计算大量数据才能实现的。合理选用光源、灯具及附件节能照明光源原则：高度较低房间，如办公室、教室、会议室及仪表、电子等生产车间宜采用细管径直管形荧光灯；商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯；高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径荧光灯；一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯；一般情况下，室内外照明不应采用普通照明白炽灯，在特殊情况下需采用时，其额定功率不应超过100W。荧光灯的选用：荧光灯主要使用于层高不高的房间（4.5m以下）如办公、商店、教室、图书馆、公共场所等。荧光灯应以直管荧光灯为主，直管荧光灯应选用细管径型（≤26mm），有条件时应选用直管稀土三基色细管荧光灯，以达到光效高、寿命长、显色性好的要求。在照度相同的条件下可采用紧凑型荧光灯取代白炽灯，以节约能源。在选择光源时，应尽量减少白炽灯的使用量，但在下列场所可采用白炽灯。它包括要求瞬时启动和连续调光的场所，使用其它光源技术经济不合理时；对防止电磁干扰要求严格的场所；开关灯频繁的场所；照度要求不高，且照明时间较短的场所和对装饰有特殊要求的场所。金属卤化物灯的选用：一般室内空间高度大于5m且对显色性有一定要求时宜采用金属卤化物灯；体育馆的比赛场地因其对照明质量与照度水平及光效有较高的要求宜采用金属卤化物灯；一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯，可用金属卤化物灯来代替荧光高压汞灯；陶瓷金属卤化物灯具有比石英金属卤化物灯更好的显色性、长寿命、光效高，可用于商业场所的一般照明或重点照明；金属卤化物灯的光效和寿命与其工作位置有关，应根据工作时水平和垂直位置，选择合适的工作位置类型。高压钠灯的选用：高压钠灯的发光特性与灯内的钠蒸气压有关，标准高压钠灯光效高，显色性较差，适用于显色性无要求的场所；对显色性要求不高的场所，宜选用显色性改进型高压钠灯；有调光要求时，高压钠灯可进行调光，光输出可以调至正常值一半，系统的功耗减少到正常值的65%。LED的选用：与传统的照明技术相比，LED最大的区别是结构和材料的不同，它是一种能够将电能转化为可见光的半导体，发光效率并不高，但它的光谱全部集中于可见光频段，效率可达80%-90%，同等光效的白炽灯可见光效仅为10%-20%，单体LED的功率一般在0.05-1W，并且具备高效节能、绿色环保、长寿命、调节方便等优点。但以现今的LED技术，要完全取代传统照明，尚需时日。第一是LED自身的工作温度，LED本身只可以在较低的温度下使用，要加大照度必须增加电压和电流量，而增加电流所产生的热量又会在短时间达到LED可以承受的极限而烧毁，整个过程只在短短的数小时；第二是现今市场流通的LED晶片，它的光通量到达极限也不能达到照明所需的流明值；第三是光衰，如不能解决以上两种问题，强行将LED以集群方式安装在照明灯具中，LED的整体衰减至少要比正常衰减快一倍。因此发光二极管LED尚未作为普通照明光源推广，但鉴于它的综合性能，发光二极管LED必将取代传统照明。灯具及附件的选用：对于提高照明系统的效率及达到照明节能的目的，不仅要合理选用高效光源，同时也要选用高效灯具。灯具的选择应符合下列规定：灯具高挂时宜采用开敞式结构灯具；而低吊的灯具可采用封闭式结构；除装饰需要外，应优先选用直射光通比例高、控光性能合理的高效灯具。灯具的结构和材质应易于维护清洁和更换光源；除建筑装饰灯具外，室内用灯具效率不宜低于0.7，装有遮光格栅时不低于0.6，室外用灯具效率不宜低于0.5，室外投光灯灯具效率不宜低于0.6；在可能的情况下，有吊顶的办公室应将照明灯具与空调风口结合设置，以保证最佳的光通量输出和应按室形指数选灯（见表）。对于气体放电光源，电器附件的耗电量约占照明系统总耗电量的10%~20%，因此推广使用低能耗的电器附件也是不可轻视的措施。荧光灯以其光效高、光色可选、热辐射小、寿命长等优点，成为室内照明的主要光源，并广泛用于各领域。其种类分为电感镇流器和电子镇流器两种。电子镇流器与电感镇流器比较，有以下优点：高功率因数，功率因数是衡量发电利用率的一个重要指标。功率因数越低，无功电流越大，能供给用户的实际功率就越低。电感镇流器功率因数低，大约在0.4~0.6,致使大量无功功率，增大了照明线路电流和变压器容量，从而大大增加线路和变压器损耗，也加大了电能损失，降低照明质量，同时对电网的运行带来威胁。安装补偿电容后，明显加大了谐波电流，因而对电网及网内其他仪器设备造成干扰和危害。高性能电子镇流器功率因数≥0.97，只有3%左右的无功损耗，无功节电45%以上；谐波含量小，使输入电流波形畸变小，对电网几乎无污染；并且可减少供电设备的增容；发光效率高，因为电子镇流器是高频激励，使荧光灯的发光效率比使用电感镇流器时高很多。一般电子镇流器为70lm/W，而电感镇流器只有50lm/W；无频闪，电感镇流器供电的荧光灯有50闪烁，会严重影响工作者的视力。而电子镇流器在超音频下工作，就消除了频闪效应；无噪声，因电感镇流器有铁芯，如工艺不当会发生50周交流蜂音，噪声刺耳，而电子镇流器在超音频下工作，没有噪音，提高了环境的舒适感；起动快速可靠。电感镇流器用双金属片启动，有触点接触火花及接触不良现象，且往往受气温和电网电压的影响，冬天气温低，启辉器不易起跳，用电高峰电网电压低时，也难起跳。由于不能一次启动，多次启动易损坏灯管阴极，缩短灯管寿命。而电子镇流器是用高频高压气体产生辉光放电，即使在－25℃的低温，120V的低电压下，也能使灯管点燃，而且可一次性快速可靠地启动；体积小、重量轻。电子镇流器因为没有铁芯和线圈，其重量只有电感镇流器的十分之一；体积也小，使整套灯具轻量化；节能效果显著。电感镇流器工作频率为50Hz，电子镇流器工作频率为20~50kHz，灯管在高频下发光效率比工频提高10%，因而电子镇流器比电感镇流器点灯亮度提高。另外，电子镇流器自身耗电少，如在同等亮度下，采用电子镇流器比电感镇流器节电约20~30%。以一只36W荧光灯为例。由于电感镇流器自身铁芯和线圈物铁损和铜损占总功率的20％，其功耗可达8W左右。而电子镇流器自身仅耗1～2W。综上所述，当荧光灯作为照明主光源时，应尽可能的采用电子镇流器，以达到节能等目的。照明智能控制系统采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源，智能照明控制系统借助各种不同的预设置控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，关掉不必要的照明，在需要时自动开启，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的自然光，只有当必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。照明控制系统是为照明服务的，系统的质量和性能应当满足用户的要求，通常要求照明控制系统能技术先进、自动化程度高、运行稳定、安全可靠、操作方便、维护简单、安装扩展容易、成本要低。照明控制系统是节能的最大优势，采用了智能照明控制系统后，控制系统通过不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。照明智能控制应考虑以下几个因素：照明控制系统的可靠性：照明控制系统的可靠性是系统的基本条件，系统可靠性涉及到系统结构、控制器和系统的容错措施等方面的内容。控制器的关键器件、电路设计和保护措施的质量可靠与否，将直接影响照明灯运行的安全性和稳定性。同时整个控制系统能够保持可靠稳定运行采取一些预防性措施来进一步提高系统的可靠性；系统的开放性和互连性，智能化建筑是一项涉及多种技术设备行业的综合性工程，随着微电子、计算机和信息技术的发展和广泛应用建筑物内的各种控制设备都已具有数控技术，系统集成已被人们重视，它的集成从技术、经济管理上都具有广泛性和全局性，照明控制系统作为建筑物的自动化系统中是一个子系统，应与保安、火警、配电照明等等各个子系统纳入智能建筑的大楼自动控制或管理系统的范畴。这就意味着照明控制系统应有统一标准的接口，使不同厂商的产品可以互连，而具有互操作性；照明控制系统的实用性：照明控制系统应根据需要确定其控制功能，选择切实可行的要求，节省设备投资。这些功能包括：控制器能根据需要调光不同类型的光源灯，而且有良好的性能；能有满足现场操作控制的各种控制界面；有与其他设备进行互连的各种输入/输出接口；方便直观的调试/监测软件。还有系统的经济性，照明控制系统的经济性反映在系统的初始投资和系统运行后的节省电能，降低维护运行费。照明控制系统应便于现场安装和控制，通过控制器有不同输出容量和不同输出回路的模块，使设备配置具有灵活性，从而控制系统的投资费用。由于照明控制器的控制性能特点改善了照明灯的运行工作条件，从而延长了灯的使用寿命，减少换灯量，降低维护费用，另一方面通过对照明灯的工作状态科学的管理和控制可节省电能。现今智能照明控制系统被广泛应用于各种场所和领域。如：在剧场、会议室、俱乐部、夜总会等场所，利用智能照明控制系统的调光功能，可以方便的转换多种灯光场景，实现多点控制。并可通过照明智能控制系统控制空调、电扇、电动门窗、闪灯、喇叭等其他设备。在写字楼、学校、医院、工厂等场所，利用智能照明控制系统的时间控制功能，可以使灯光自动控制，利用亮度传感器使光照度自动调节，节约能源。在体育馆、广场、公园、街道等室外公共场所，利用控制系统的群组控制功能可控制整个区域的灯光，无需考虑开关容量问题。在小区内，利用系统可实现对小区内路灯、景观灯的远控、多点、定时控制等。结束语随着社会的进步，经济的发展，照明与人们的生活越来越密不可分。面临我国资源和能源消耗的现状，实施照明节能技术，不仅有利于普通百姓的生活，给百姓带来实惠，它更关乎国家的可持续发展战略。因此，广大工程技术人员应努力学习先进节能技术，结合方案比较，优先采用经济性良好的照明方案。从技术上保障业主的利益，力争获得业主的支持，这样才能使照明节能方案得到有效实施，达到绿色、环保的目的。