办公楼电气照明节能设计方法探索

办公楼电气照明节能设计方法探索

陈旭平

陈旭平（浙江建设职业技术学院，杭州311231）

摘要：办公楼等公共建筑中电气照明是能耗较高的工程。在建筑电气照明工程设计阶段采用一系列节能设计措施，是降低办公建筑照明能耗有效方法之一。电气照明节能设计就是在工程设计阶段采用优化设计方案、选用节能设备和器材、采用一些合理和先进的照明设备控制方式来降低办公建筑照明工程运行使用中的能耗。

关键词：办公楼；电气照明；节能；设计

中图分类号：TU113.6文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）08-0074-02

引言

国家标准《公用建筑节能设计标准》（GB50189-2005）第1.0.2、1.0.3条及其条文说明中指出，在公共建筑（特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等）的全年能耗中，大约有50%～60%消耗于空调制冷与采暖系统，20%～30%用于照明。从目前情况分析，这些建筑的围护结构、采暖空调系统，以及照明方面，共有节约能源50%的潜力。因此“电气照明节能”是一个众人关注的课题，并且这一课题贯穿于电气照明工程建设的设计、施工、运行、管理全过程。显然，对于电气照明系统节能控制，应在系统构成的初始阶段即工程设计阶段，就要充分考虑节能技术的应用，在设计方法上要以节能降耗作为工程设计的一个重要目标和终旨。在工程设计中做好电气照明设计方案的优化，正确选用节能设备和器材，对照明设备采用节能控制方式，从而达到电气照明工程的节能目标。

1电气照明设计优化方案

当前电气照明节能设计所遵循的原则是，在保证电气照明质量的前提下，尽可能节约照明用电。照明节能主要是通过采用高效节能照明产品、提高质量、优化照明设计等手段达到受益的目的，即节能但不牺牲质量。在建筑电气照明设计时，首先要根据各种建筑物的不同功能来确定相应的照明方案，一般分为光照设计和配电设计两部分，而光照设计又分为数量化设计和质量化设计，数量化设计就是根据照明场所的功能和活动要求，在充分利用自然光照的基础上，进行人工光照设计。在设计过程中应进行方案比较，从技术、经济和节能等多方面进行综合考虑，通过不断优化设计方案来减少电能损耗。

1.1天然光的应用据统计，我国白天照明用电占总照明用电的50%以上。利用天然光照明，不仅能节约电能，而且在自然光下工作，人们不易疲劳，可提高工作效率，也能保证工作人员的健康，是未来办公环境的一种发展趋势。国家标准《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）第6.2.3条指出：有条件时，宜利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明。自然光光导照明系统在多层办公楼中的应用就是很好的案例，这种系统也称光导采光系统，它主要是由采光区域，光导管和漫射区域组成。白天以天然采光为主，当天然光不够时，辅以恒定的人工照明，使窗户射入的天然光和室内的人工照明适当合理地协调，形成良好的照明环境，大大地节约能源。当然自然光照的应用要与建筑其他相关专业共同讨论决定。

1.2人工光照设计人工光照设计就是确定照明方式和照明种类，按照现行的建筑照明设计标准所规定的功率密度值的要求进行数据化处理计算。根据视觉作业要求确定合理的照度标准，不同场所应有目的地进行照明。同一房间内可分为工作区、交通区、非重要区等，以便在选择照度时区别对待。写字楼内设众多办公室，其中许多是大进深、大开间的办公室。一般情况下，应充分利用自然光，避免片面追求形式和不适当选取照度标准以及照明方式，坚持在不降低照明质量的前提下，有效控制照明功率密度值，优先采用分区一般照明方式。要求高照度的场所可设局部照明；在工作位置经常要变动的房间，设法采用灯具位置能调整的灵活的照明方案。国标GB50034-2004采用房间或场所一般照明的照明功率密度作为照明节能的评价指标，并且规定了照明功率密度的现行值和目标值。现行值是标准实施之日起执行，目标值执行日期由主管部门决定。如第6.1.2条为强制性条文，条文规定：普通办公室照度标准值为300lx时，其照明功率密度现行值不应大于11W/m2，目标值不应大于9W/m2。在此基础上照明设计还需要质量化设计，就是以人的感受为依据，考虑人的视觉和使用的人群、用途、建筑的风格、尽可能多的收集周边环境（所处的环境、重要程度、时间段）等多种因素，在达到照明质量要求的前提下，尽可能做到节约用电。

1.3照明配电系统照明配电系统中同一电压等级配电级数不宜超过两级。变电所应靠近用电负荷中心，略偏向电源侧，以缩短线路供电距离，减少线路损耗。电力设备无大功率冲击性负荷时，照明和电力宜共用变压器；照明安装功率较大时，宜采用照明专用变压器。应选择低损耗配电变压器。系统除了电能总计量外，还应设置低压分项计量装置。办公楼宜按租户或单位设置电能表。分用户计算电量，有利于节约电能。合理提高线路的功率因数。供给气体放电灯的配电线路宜在线路或灯具内设置电容补偿，功率因数不应低于0.9。照明三相配电干线的各相负荷应尽量分配平衡，三相负荷不平衡度超过一定值，不仅会使各相电压偏差过大，还会使线路电压损失加大，增加电能损耗。合理选择电力电缆、导线截面。在满足发热、电压损失、机械强度的条件下，应按经济电流密度来选择其截面，从而达到降低能耗和运行费用的目的。

2节能设备和器材选用方法

2.1高效节能光源的应用应根据不同工程的使用要求，合理选用高效节能型光源。国标GB50034-2004第3.2.3条规定：一般情况下室内外照明不应采用普通照明白炽灯。白炽灯虽有很多优点，如显色性好，起点简单快捷，调光方便等，但其发光效率太低，不适应节能减排的要求，工程应用中限制并逐步淘汰白炽灯是必然趋势。

2.1.1荧光灯的选用荧光灯按类型分为直管形、紧凑型和环形等。国标GB50034-2004第3.2.3条规定：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。直管形荧光灯选用管径小于或等于26mm的细管径灯管，细管径荧光灯光效更高，更节能、节材，环保。必须选用稀土三基色荧光灯，其光效更高，显色性好（显色指数Ra＞80），寿命更长。选用功率较大的灯管，功能性照明场所应选用不小于约1200mm长灯管。除装饰要求特殊外，不应选用600mm长的灯管，这种小灯管耗电要增加35%～40%。对大多数办公室照明场所，宜选用中色温荧光灯。中色温的荧光灯光效比高色温灯更高，也有利节能。紧凑型荧光灯接近点光源，主要用于办公楼、写字楼内装饰要求较高的场所，如会议室、接待室等。紧凑型自镇流荧光灯具有高光效、寿命长、启动快、电耗小的优点，适合于取代白炽灯。无极型荧光灯最主要特点是使用寿命长，主要适用于难以更换光源的场所。

2.1.2LED光源的选用LED是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。其主要特点是：寿命长，有的可大于100000h；光效高，有的可超过150lm/W；无辐射，低功耗，颜色丰富，起点快捷，可调光，耐震动，耐气候性能好，使用安全。目前外型与一般传统灯泡一样的LED灯泡已研制成功，这种可调亮度的灯泡只需要6W的电力，就可取代60W的传统灯泡。大功率LED光源在写字楼等公共建筑中的应用，还限于建筑内楼梯间、走道标志灯、应急疏散标志灯和要求装饰性的厅堂照明等处。LED是一种发展迅速的光源，随着研发的推进，将会在室内外照明中广泛应用。

2.2灯具及其附属装置选择在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用高效节能灯具，并多选用直接照射型灯具。一般办公室可选用格栅式荧光灯灯具，有防水要求的房间可选用带防水保护罩荧光灯灯具，设备间等场所可选用开敞式荧光灯灯具。选择时应按国标GB50034-2004第3.3.2条规定：开敞式荧光灯灯具的效率不应低于75%，保护罩的不应低于65%，格栅式的不应低于60%。镇流器是气体放电灯不可或缺的电器附件，照明工程镇流器的类型和技术参数选择，对照明系统的节能和质量均有重大影响。国标GB50034-2004第3.3.5条规定：直管型荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。电子镇流器的能效高，使荧光灯起动可靠，可调光；噪声小，大大降低灯的频闪效应。但功率小于或等于25W的放电灯用电子镇流器时，在设计中应充分考虑谐波的影响。

3照明设备节能控制方式

照明设备节能控制方式可分为手动控制与自动控制两大类。

3.1照明手动控制手动控制可利用手动控制开关对办公楼内的灯具进行分区、分组控制。在充分利用自然光的前提下，可适当增加设置照明开关点，以达到分区、分组控制灯具的目的。国标GB50034-2004第7.4.5条规定：每个照明开关所控光源数不宜太多。每个房间灯的开关数不宜少于2个（只设置1只光源的除外）。一般地，较小房间每开关可控1～2个光源，中等房间每开关可控3～4个光源，大房间每开关可控4～6个光源。办公室装设有两列或多列灯具时，宜按与侧窗平行的灯列分组控制；会议厅、报告厅、多功能厅等场所，宜按靠近或远离讲台的灯列分组控制。采用节能开关使灯具控制灵活、方便、节能；办公楼楼梯间、内走道等处，除应急照明外，宜采用节能自熄开关，如声控开关等。室外有关的照明灯具采用光控开关等进行节能控制。

3.2照明自动控制在条件允许的情况下可采用照明节电器、智能照明控制系统等方案。照明节电器根据照明线路电压的波动情况、照明负载的性质，对灯具实行智能稳压供电，随时给灯具提供一个既稳定、又能节电，还不会影响照明效果的供电电压。用户可根据需求，自行设置输出的节电电压，对照明负载的运行时间和供电方式进行编程，最大限度地降低照明灯具的电能消耗。采用照明稳压节电器后，仅智能稳压所实现的节电效果一般就可达20％以上。同时由于照明灯具工作在较低的电压下，其使用寿命也可大大延长。智能照明控制系统是一种智能化的装置，有的系统是独立设置，有的则被纳入建筑设备自动化系统（BAS）之中。通过计算机集成系统，可使照明系统在全自动状态下运行。系统预先设置若干基本工作状态，根据预先设定的时间、采集现场的光环境参数，自动地使照明灯具在各种工作状态下转换。天气晴朗或阴暗时，室内灯会自动调亮或调暗，以保持预设定的室内光照度。工作区内，系统自动调节灯光，光照度会自动调节到人眼工作时的最舒适水平。靠窗的区域，智能照明系统会利用自然光，从而大大地节约了照明系统电能。由于智能照明系统能够通过高效的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行效果预先进行光照度设置，不需要的照明时，灯光会自动熄灭，并采用软启动和软关断技术，使得灯具的使用寿命延长，有效地降低了照明系统的运行费用。照明系统在采取这种智能化控制之后，就可以不受光源和灯具的限制，在计算机平台上对整座大楼的照明情况进行控制和管理。这就能在保证照明质量、提高照明效率的情况下，达到预期的节能目标，为整个大楼节约大量的电力资源。

3.3智能照明节能控制系统案例图1为某办公楼四层智能照明节能控制系统图。该系统是一种由现场数据总线构成的分布式控制网络照明控制系统。系统中所有部件都内置微处理器，网上每个部件都赋有一个地址，通过一根五类四对双绞屏蔽数据通讯线将所有部件按菊花链方式联接组成一个控制系统。系统部件主要包含一个主控模块和若干控制类、执行类模块以及扩展功能类模块。

系统采用时间设定控制、光线明暗控制、红外线感应等控制方式，接通和断开办公楼室内照明灯具，从而达到电气照明的节能控制目的。系统可以对室内多种电光源进行调光或开关控制，对各类灯具有完善的控制能力。调光驱动器接收总线上的信号，通过控制继电器和可控硅元件来调节照明灯具的开关和亮度，同时也向总线上回此灯具的开关和亮度状态。调光控制有利于节约电能，亦可实现工作区的最佳照度控制，确保了优良的照明质量。

4结论

电气照明系统是建筑物内的能耗大户，在工程设计阶段就应采用一系列节能设计措施，采用优化设计方案、选用节能设备和器材、采用一些合理和先进的照明设备控制方式来降低办公建筑照明工程运行使用中的能耗。这些措施在诸多的工程案例中都得到验证，这充分说明电气照明系统的节能在工程设计阶段就要重视，并采取行之有效的节能设计措施是可以达到预期的节能目标的。

参考文献：

[1]国家标准.《建筑照明设计标准》GB50034-2004[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]任元会.提高认识，实施标准，推进建筑照明节能[J].建筑电气，2005,（2）：15-18.

[3]谢社初.浅议建筑工程电气节能的主要方式[J].低压电器，2008，（24）：12-15.