【IBE】工业建筑照明节能设计探讨
节能建筑的建筑设计考虑自然光利用，减少人工照明需求。 #生活知识# #节约生活# #节能建筑#
三等奖获奖论文
由中国航空规划设计研究总院有限公司高级工程师蓝娟，电气总师/研究员级高工谢哲明撰写的论文《工业建筑照明节能设计探讨》，荣获2022智慧城市与电气高峰论坛暨北京土木建筑学会电气设计委员会年会优秀论文三等奖，并被《2022智慧城市与电气高峰论坛优秀论文集》收录。
作者： 蓝娟，谢哲明 中国航空规划设计研究总院有限公司
摘要
随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源过度消耗已经成为制约发展的重要问题。工业厂房，大空间，高照度要求下的照明系统，由于管理使用粗矿，灯具效能，控制方式等原因，造成很大的能源浪费，本文从照明系统设计，光源选择，控制管理、自然利用等方面总结总结工业建筑照明节能设计措施，降低照明能耗，优化工业建筑电气照明节能设计。
关键词
工业建筑
照明节能
光源
控制
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前言
工业厂房，特别是一些精密加工厂房、装配厂房、维修厂房、喷涂厂房等对照度有较高要求，照度标准要求500lx或更高，功率密度可达到10~17W/m2。随着生产规模不断扩大，设计中数万平方米的厂房司空见惯，照明能耗在总能耗中的占比十分可观。在建筑节能与低碳发展战略下，工业建筑照明节能的方法与技术研究越来越受到从业者的重视。本文从照明系统设计，光源选择，控制管理、自然光利用等方面总结工业建筑照明节能设计措施，降低照明能耗，优化工业建筑电气照明节能设计。
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厂房照明设计中的常见问题
1 采用传统照明光源，例如大功率金属卤化物灯，初期投资较少但发光效率较低、光通量衰减快、寿命较短，不适合频繁开关或调光控制。
2 控制功能单一，比较常见的通过开关进行人工控制开灯或关灯，管理粗犷，常常开灯后全天处于点亮状态，造成严重能源浪费。
3 照明灯具均匀布置，灯具呈线（条）状配线。布线设计固然简单，但无法按照生产分区进行控制。
4 照明支线按照工作电流及保护器动作电流选择，导线截面偏小，线路损耗大。
5 设计考虑不周全，没有结合使用工况。如值班照明、清扫照明、监控照明对照度要求较低，用工作照明取代造成浪费。
6 高大厂房照明管理维护难度大，灯具长期积灰污染，发光效率降低；光源长时间使用光衰严重以及镇流器老化能耗增加、光效降低。
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厂房照明节能设计措施
不同于民用建筑，工业厂房照明主要服务于工艺生产活动。厂房照明设计应遵照《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021、《建筑照明设计标准》GB50034-2013、《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017等标准的相关规定，在照明配电、灯具与光源的选择、灯具布置、照明控制等方面采取必要的措施，在满足工艺生产需要的同时，降低照明能耗水平。
照明配电系统设计
大型厂房照明系统配电箱应结合生产工艺区划，分区设计照明配电箱，方便按生产需求实现照明分区控制。照明配电干线及末端支线截面选择应进行电压降计算，末端电压降不宜超过5%，减小线路损耗。
灯具的选择
照明工程中常用的荧光灯、金属卤化物灯、LED灯等产品，均可在工业厂房照明设计中采用。各种灯具（光源）结构及工作原理不同，各有优缺点及适用场所。照明设计应在满足厂房生产工艺要求、造价要求的前提下，选择符合国家节能标准的灯具。
随着LED照明技术的不断成熟和市场价格逐渐降低，市场占有率不断提高。LED照明灯具以其突出的节能优势，在越来越多的项目中被采用。现以某厂房照明设计为例，分别采用传统的金属卤化物工厂灯及LED灯，利用DIALux软件仿真计算进行节能对比分析：
厂房生产车间轴线尺寸为297.0m×102.0m，格构式钢柱、钢桁架屋盖结构，柱网尺寸为（45m+57m）×9m，桁架最低点标高为18.0m。在照度要求500Lx的条件下， 灯具维护系数选择0.7；反射系数设定为：天花板50%，墙壁30%，地面20%；采用400W、36000Lm中配光陶瓷金卤灯与200W、22000lm LED高悬挂灯分别建模计算。
图1 400W金卤灯照度计算仿真图
400W金属卤化物灯在结构桁架之间主檩位置安装，采用12行66列共792盏灯，平均照度505lx，考虑镇流器损耗20W/盏，总安装功率332640W，功率密度值为12.3W/m2。
图2 200W LED灯照度计算仿真图
200W LED灯在结构桁架之间主檩位置安装，采用14行66列共792盏灯，平均照度497lx，整灯功率为210W/盏，总安装功率194040W，功率密度值为7.2W/m2。
经简单对比可以发现，采用LED灯比金属卤化物灯安装功率减小约42%。假设每年工作日250天，每天工作8小时，每年可以节电约27.7万kwh。
节能控制措施
随着智能化技术及网络技术在照明控制系统中的应用，利用照度传感器、红外线传感器、移动式传感器、智能照明开关等设备，实现集中程序控制、恒照度控制、人员监测控制等控制方式，充分利用建筑自然采光，获得显著的节能效果。
1 分区控制
按照生产区域的划分设计照明开关的控制范围，方便用户按生产需要开启一定区域的照明。同一生产区由于进深较大，自然光照度相差较大，针对这一情况，可在适当位置设置照度传感器，根据同一时间内不同自然光照度控制相应灯具组由内向外逐行或逐个点亮，从而充分利用自然光源。
2 照度及调光控制
利用照度传感器、开关控制模块或调光控制模块，自然采光符合生产所需的照度要求时自动关闭部分或全部照明。
3 分时控制
结合生产安排时间表，生产时间开启照明保障生产所需的照度，非生产时间关闭照明或仅保留清扫活动、值班、安防监控所需的低照度照明，需夜间加班时临时申请开启照明。
4 感应控制
无自然采光的通道、卫生间、仓储等场所安装人员移动传感器或红外人体传感器，有人经过或停留时开启正常照明，无人状态经延时转入低照度或关闭模式。
物联网智能照明控制应用
⑴ 云端平台：可接入多传感器，多用户，多设备，跨空间管理多栋建筑，并实现云端功能,较传统控制系统有如下优点：
调光：可对任意单灯进行亮度输出调光控制，以匹配节能指标；
云端分区控制:可在线对灯具进行重新分区，实现分区的开、关、调光等操作；
云端模式管理：可在线配置灯具的工作状态（亮度级别、调光步长、调光时长、有人亮度持续时长T1、无人进入背景亮度时长T2、进入安全亮度T3）；工作模式（手动控制、自动事件驱动、仅光感、仅人感、光感+人感），如午休时间，可将灯具整体调整至低亮度状态，以匹配节能指标；
对灯具及相应设备进行可视地图管理，并实现在地图上的控制、状态显示、维护预警；
能实现本地单独智能化策略，也可实现云端AI集中控制策略；并可以按客户要求进行相应的管理逻辑在线升级维护功能（OTA）；
事件数据采集云端管理功能：在可视化图形界面对设备管理，实现对设备诊断和故障定位，紧急异常事件通过云端对多用户进行预警并同步确认时间地点；分地址独立能源计量：具备单点的、分区的、跨空间的独立能源计量及节能报表；
人体健康舒适度数据采集：可采集环境的温湿度、照度与色温等数据；
⑵ 设备端功能
设备多端控制功能：移动端、本地无线无源（采用物理触能，无需电源或电池）开关、第三方多用户云平台均可控制；
多合一传感控制器兼容功能：具备多种传感器及恒定光输出技术和无线通讯能力，由灯具的智联接口供电和通讯，无需额外布线；灯光的背景亮度、时延、步长等参数可在云端灵活配置；
可灵活放置的无线无源控制面板，且按键控制范围和参数可灵活配置；
实现移动端单灯区域的控制及节能指标查询、数据共享；
⑶ 事件数据采集云端管理功能
在可视化图形界面对设备进行管理，实现对设备诊断和故障定位，紧急异常事件通过云端对多用户进行预警并同步确认时间地点；
分地址独立能源计量：具备单点的、分区的、跨空间的独立能源计量及节能报表。
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结束语
本文对大型工业厂房照明节能设计进行了简单总结，照明系统是各类电气系统中的最为普通、必不可少的系统之一。在大力推广高效、绿建、节能、降碳的时代背景下，如何采用新技术使照明效率最大化也是工业建筑设计需要关注的问题之一。本文总结工业厂房在照明节能设计中的一些体会，为今后节能设计深化做以铺垫。
参考文献>>
01
《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021
02
《建筑照明设计标准》GB50034-2013
03
《工业建筑节能设计统一标准》GB51245-2017
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