建筑电气照明系统节能优化设计技术要点分析

节能建筑通过优化设计减少能源消耗，如使用高效保温材料、绿色照明系统。 #生活知识# #节约生活# #节能建筑#

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        摘要：建筑电气照明系统的能源损耗主要来自照明设备自身的质量和系统的控制方式。本文介绍了对照明系统进行优化设计的重要意义，从提升供电系统工作效率、提高自然光源使用率，科学控制光照强度等角度阐述了节能优化设计的选择方向，结合具体方案从光源比对选择、控制方案、不同材料的成本核算等方面对优化设计的技术要点进行了分析，以供参考。
        关键词：建筑电气照明系统；节能优化设计；自然光源；光照强度
        引言：在社会高速发展的进程中，环境保护意识已经逐渐深入人心，越来越多的人从“喊口号”阶段转为了对生活的方方面面进行探索，从而真正地做到“节能减排”。在建筑电气照明系统设计中，技术人员将降低能量损耗的重点放在了两个方面，一是充分利用自然光源，二是优化设计系统以及选择性能更好的照明材料，双管齐下，实现“可持续发展”。
        1.建筑电气照明系统节能优化设计的重要意义
        与古代相比，生活的便利性得到了极大的提升，根本原因在于人类对资源的开发更加高效，并设计出了与之配套的现代生活体系，特别是建筑中的智能照明系统，成为了提高工作效率和生活舒适度不可或缺的重要因素。但随着我国城市化发展的深入，供电需求逐渐提升，如何在提高能源使用率的同时尽量减少不必要的消耗成为了建筑电气技术人员需要重点考虑的问题。值得欣慰的是，节能减排在建筑照明系统中得到了切实体现，比如早在千禧年前后，声控灯已经逐渐走入公众视线，并在大量建筑中投入使用。随着材料、技术的不断升级，对现代建筑电气照明系统进行更高水平的节能优化设计已经提上了日程。综合照明材料的选取、与自然环境的结合程度、电气设备的损耗等因素，以“舒适、节能、环保、实用”为出发点，设计出全新的“高效率、低能耗”的照明系统，从而提升建筑行业的整体水平。
        2.可供建筑电气照明系统节能优化设计的选择方向
        2.1提升供电系统工作效率
        供电系统作为建筑电气照明系统的“源动力”，为照明工作提供电能，如果出现线路老化、负载过重等现象，势必造成大量电能浪费。基于此，必须首先着眼于提升供电系统的工作效率，进而保证对其他方面开展的优化设计行之有效。比如，选择合适的位置安装配电室。现代建筑朝向大型化发展，特别是一些商业综合建筑体，建筑面积大，用电户数量多，需要在建筑内的合适位置设置配电箱，将电流传输到每个楼层之中。如果配电室位置选择不当，与用电负荷中心的距离较远，很可能加剧电力损耗甚至引发危险。因此，应该尽量缩短配电室与各楼层电表箱之间的线路长度，从而减小用电负荷，降低电能损耗。此外，还可以根据需要选择合适的变压器，通过优化设计，采用大干线的科学配电方式，将配电技术控制在合理的范围之内，有效降低线损。
        2.2提高自然光源使用率
        现代建筑电气照明理论强调尽量将自然光源融入系统之中，从而提升自然光源的使用率。此种方式的实现需要从建筑布局着手，在对房屋进行整体设计时，科学放置采光设施和墙壁装饰物，通过光的反射、折射原理，使室内在白天无需开启任何电力照明设备即可满足室内照明需要。现代高层建筑的低层环境由于采光不佳，导致封闭区域内无法有效渗入自然光源。针对此种情况，很多小区采取了“声控+手动”的并联照明开闭系统，相较一些老旧建筑低层24小时不间断开启的照明灯的情况，虽然电能损耗得到了大幅度降低，但在设计上还存在提高空间，因此未来的改进方向是，如果不能直接在部分墙壁上设置窗户引入自然光，那么也可以参考室内采光设计，充分利用光的折射、反射原理，更加合理地控制电能消耗度[1]。
        2.3科学控制光照强度
        现代科学研究表明，任何事物的进行都需要遵循客观规律，即做任何事情均需要“适度”。通常情况下，光照强度越大，消耗的能源越多，且眼睛受到强光照射很可能出现刺痛感；光照强度过低，虽然理论上消耗的能源也会随之降低，但会使用户在过阴暗的环境下产生负面情绪，从而降低工作效率和生活水平。因此，现代建筑电气照明系统应该科学控制光照强度，如在智能家居系统设计中，可以植入光学传感器，实现对目标范围的光感度监控，系统将光感度变化数值作为自动调节照明度的参考，最终提高综合用电效率。
        2.4选择高效低能耗的照明材料
        目前广泛应用的照明材料是LED光源，即发光二极管，由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的。与传统的白炽灯等照明材料相比，LED具有如下优势：第一，LED质量轻，体积小，属于直流驱动，耗电量非常理想。

通常情况下，LED的工作电压小于5V，工作电流为0.02-0.03A，平均电能消耗量不超过0.1W，在光照强度一致的情况下，只有传统光源的20%。第二，现代LED采用冷发光技术，因此能够将电能的热效应控制在最佳状态，避免过多的电能转化成热能的同时造成能源浪费。第三，从长远角度看，LED的结构非常简单，仅有一个环氧树脂封装系统，如果按照平均每天工作8小时计算，真实寿命至少可以达到20年，与传统的白炽灯等光源2-3年的寿命相比，性价比极高。
        3.建筑电气照明系统节能优化设计技术要点实践分析
        3.1电气照明常用光源材料比对选择
        S市某商业综合体及地下停车场的电气照明系统需要进行优化升级，停车场总面积约为8000m2，共6层，分8个区域。该项目在升级完成后，需要达到如下标准：第一，照明度必须呈现差异化，即入口、出口等地需要保持较高的光照强度，向内深入可以逐渐降低；第二，尽量降低照明消耗的能源。设计团队在进行最终方案确定前，对备选光源的性能指标进行了统计：首先，市场上符合要求的主流照明光源共四种，分别为荧光灯、LED灯、白炽灯以及高压钠灯，其中荧光灯和白炽灯的额定功率较为相近，在5/10-100/120w的区间范围内，高压钠灯较高，为240-400W,LED灯的额定功率目前虽然没有具体规定，但数值较小。其次，能耗平均值分别为：荧光灯460、白炽灯35、LED灯1250、高压钠灯2200；再次，色温浮动范围为荧光灯3000-6400k、白炽灯2500-3000k、LED灯为2500-50000k，高压钠灯为11000-20000k；最后，荧光灯的启动用时为1-2秒，白炽灯和LED灯均为即时激动，而高压钠灯需要经过漫长的反应时间，为5-7分钟。综合来看，LED灯性能均衡且稳定性较高，适合应用于商业综合体[2]。
        3.2照明控制系统的优化设计方案
        目前广泛应用于大型商业综合体的照明控制系统为微波感应与红外感应。微波系统的优势在于，能够对自然光进行敏感识别，特别是反射光，能够较为清晰地判断人或物处于静止或移动状态，从而控制灯管照明的时长。红外感应系统能够将照明回路串联为一个整体，根据同一场景不同区域的实际需要智能调整光照强度，实现降低能耗。需要注意的是，红外感应和红外系统尽管原理是一致的，但红外感应适合应用于人流量较少的场景，如地下停车场、仓库等；而红外系统进行长时间稳定工作的前提是场景必须提供非常稳定的光照。基于此，现行思路是进行“同理论-功能差异”设计，融合红外感应与红外系统各自的优势，起到降低能耗的作用。
        3.3不同照明材料的成本核算
        结合地下停车场的实际情况，设计人员将光源的备选目标集中在荧光灯和LED灯。其中荧光灯选用市场上的常见型号，品牌为Philips，其灯光功率达到30W，镇流器功率为5W。在照明优化方案设计中，采用单灯管的数量为180支、双灯管105支，商业综合体照明系统每天使用时间为9:30-22:30，共计13个小时，通过计算，得出荧光灯的年耗电量为[180+（105×2）]×（30+5）W×13h÷1000（瓦与千瓦转换）×365天=64769.25度/年，根据S市商业区每度电1.2元的均价，荧光灯优化方案每年的实际电能支出费用为64769.25×1.2=77723.1元。如果选择国产品牌雷士生产的功率为20W的LED灯，无需分为单灯管和双灯管，只需在整体上布置230支LED灯即可满足商业综合体的全部照明需求。该方案的预估用电量为230×20W×13h/1000×365=21827度，结合电能均价1.2元/度，每年电能支出为21827×1.2=26192.4元。除此之外，每支荧光灯的成本比LED灯低27元，如果每支荧光灯的成本为R，则每支LED灯的成本为R+27，且LED灯在正常使用时需要引进配套设备，每套成本约为215元，通过计算可知，LED灯的初期成本投入虽然远高于荧光灯，但从使用寿命角度考虑问题，LED灯能够至少维持6-10年，且使用时间一旦超过两年，荧光灯的总体支出就会超过LED灯。基于此，本建筑电气照明系统节能优化设计方案决定使用LED灯，通过红外感应和红外系统相结合的方式实现整体控制[3]。
        结语：在科学发展观的指导下，我国很多建筑中已经安装了节能优化的照明控制系统。然而经过实际走访，发现很多本该起到节约资源的照明设备出现了不同程度的老化，甚至一些声控节能灯无法受环境亮度的影响自动闭合，在实质上造成了更大的能源浪费。因此，市政管理及物业部门应该定期对建筑中的电气系统进行检测，使节能优化设计切实发挥作用。
        参考文献：
        [1]贺伟.建筑电气照明系统的节能设计分析[J].居业,2019(12):62-63.
        [2]林赐文.建筑电气照明系统节能设计研究[J].四川水泥,2019(12):99-100.
        [3]杨斌.建筑电气照明系统节能优化设计技术要点探讨[J].四川建材,2018,44(04):209-210.

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