建筑工程的照明节能设计

　　1 前言
　　能源问题已经成为全球性的热点问题，在能源日渐匮乏的今天，建筑节能越来越受到社会的广泛关注。随着我国国民经济的持续稳定发展，人民生活水平不断提高，对照明用电的需求也在不断提高，如何在满足高需求的基础上最大限度的节约能源就显得尤为重要。在电气设计阶段做好照明节能工作会起到事半功倍的效果。为了克服照明设计中的盲目性，纠正很多设计人员用功率密度值反推灯具数量进行照明设计的错误做法，更好的节约能源，下面就照明设计中的一些问题进行探讨。

　　2 照明设计的步骤
　　2.1 合理确定照度及功率密度值
　　进行照明设计之前应先详细了解工程概况，根据工程性质、功能、环境、规模，确定主要房间及场所的标准照度值和功率密度值(LPD)，此为判断照明设计是否满足要求的标准依据。《建筑工程设计文件编制深度规定》(2008 年版)已批准颁布，自2009 年1月1 日起施行，其中3.6.5 条，计算书中新增加了第6款——照度值和功率密度值计算，足见照明节能设计越来越受到重视[1]。建筑照明设计标准GB50034-2004，5.1～5.4 分别规定了居住建筑、各类公共建筑、工业建筑及其他公用场所的照明标准值;6.1.2～6.1.7 条分别规定了常用7 类建筑108 项常用的房间或场所的照明功率密度LPD 值，作为强制性条文(除居住建筑外)发布，必须严格执行[2]。

　　2.2 正确选择灯具、光源及附属装置
　　在满足照度、显色性、启动时间等要求的条件下，根据光源、灯具及其附属装置的效率、寿命及价格诸因素综合评价分析后进行选择。为避免施工招标时所购灯具以普通灯具代替高效节能灯具，造成所设计的照度达不到标准照度值，影响使用效果，建议设计人员在设计说明和主要设备材料表中说明所选灯具的型号、规格、光源的发光效率及光通量，确保所选灯具及光源能满足各项技术要求。

　　1)光源的选择应严格限制低光效普通白炽灯的应用，在特殊情况下需采用时，其额定功率不应大于100 W;在工业厂房和道路照明中，不应使用荧光高压汞灯，特别不应使用自镇流荧光高压汞灯，应选用金卤灯或高压钠灯;高度较低场所应采用细管径直管型荧光灯;较高场所应采用金卤灯或高压钠灯，也可采用大功率细管径荧光灯。高压钠灯用于显色要求不高的室内场所和道路照明;荧光灯应采用细管径灯管并采用三基色灯，节能环保效果显著。

　　2)灯具选用原则是使用安全、限制眩光、提高能效、合理考虑功能性。关于灯具的效率，建筑照明设计标准GB 50034-2004 中3.3.2 条有明确规定：开敞式荧光灯不应低于75%，格栅荧光灯不应低于60%，带保护罩荧光灯不应低于60%，开敞式高强度气体放电灯不应低于75%，格栅或透光罩高强度气体放电灯不应低于60%[3]。

　　3)合理选择镇流器。直管荧光灯应配电子镇流器(简称EB)或节能型电感镇流器(简称SLB);高压钠灯、金卤灯应配节能型电感镇流器，在电压偏差较大的场所，宜配恒功率镇流器，功率较小者可配用电子镇流器。下面就T8 荧光灯镇流器的能效进行比较：36 W 荧光灯镇流器选用节能型电感镇流器时比低损耗电子镇流器多耗电约14%，而18 W 灯管多耗电达26.3%。直管荧光灯电子镇流器EB 和节能型电感镇流器SLB 的谐波和功率因数比较：25 W 以上的灯管配EB 时谐波比较大，但还可接受。而25 W及以下的，其3 次谐波限值高达86%，3 次谐波在中性线呈3 倍叠加，应特别重视。所以一座建筑物内不应大量选用25 W 及以下灯管(包括T5-14 W 和T8-18 W 配EB 者)。采用SLB 时，谐波比较低，但功率因数也低，需要无功补偿。由此可见，25 W 及以下荧光灯应慎选用，若选用，应加上镇流器消耗的功率(如用18 W普通电感镇流器时，应按28 W计算)。

　　2.3 进行照度计算并校验其功率密度值
　　一般办公场所及商业场所最常用的是平均照度的计算，通常采用利用系数法。利用系数法适用于灯具均匀布置、墙和天棚反射系数较高、空间无大型设备遮挡的室内一般照明，也适用于灯具均匀布置的室外照明，该方法计算较为准确[3]。

　　根据利用系数法计算公式Eav=N×Φ×U×K/A，换算可得光源数量计算公式为：N= Eav×A/(Φ×U×K)。式中：N为光源数量;Eav 为工作面上的平均照度，lx;A 为工作面面积，m2;Φ为光源光通量，lm;U为利用系数;K 为灯具的维护系数。Eav、Φ、A为已知数或可查询;维护系数K 可根据环境污染特征和每年灯具擦拭次数从建筑照明设计标准GB50034-2004 表4.1.6 中选择，一般取0.7～0.8;U是利用系数，利用系数的确定比较繁琐，需要查找灯具配光曲线，了解房间或场所的墙壁、地面及吊顶的反射系数等。《照明设计手册》第2 版，表5-1 列出了各种情况下的利用系数。但是详细了解各类反射系数，确定室形指数，选择利用系数仍然相当繁琐，在此，经分析及对多项不同工程实例的验算，将计算进行以下简化，取维护系数和利用系数的乘积K×U，一般取0.4～0.5 为宜，经验证，简化计算的结果和实际情况偏差不大，基本能满足要求。

　　照明计算时，应根据照度要求计算光源数量，然后取整，再根据房间尺寸布置灯具，确定光源数量后再验算是否满足照度要求，并计算功率密度值，看是否超出规范要求。功率密度是指单位面积上的照明安装功率，计算时安装功率应包括光源及镇流器的功率。《建筑照明设计标准》GB 50034-2004 第4.1.7条规定，在一般情况下，设计照度与照度标准值相比较，可有-10%～+10%的偏差。但功率密度值不能超出，此条需严格执行。实际设计工作中，应坚决杜绝不进行照度计算，简单利用功率密度值反算需要多少个灯具的计算方法。对绝大多数室内空间来说，尽管强制性标准功率密度值没有超标，但实际照度值却往往超出规定照度10%以上，造成能源的浪费，违背了设计节能的原则。有2 次装修的场所，设计人员应在设计文件中确定照度及功率密度标准，此为2 次装修的设计依据。此外，建筑照明设计标准GB 50034-2004 第6.1.8、6.1.9 条还规定设有装饰性照明的场所，可将所采用的装饰性灯具总功率的50%计入照明功率密度值的计算。设有重点照明的商店、营业厅，功率密度值每平方米增加5 W。

　　举例说明：一间长9 m、宽7.2 m 的普通办公室，要求照度300 lx，设计时采用嵌入式格栅荧光灯，灯具效率60%，光源选用高效三基色日光灯，标准使用电压下输出为3 350 lm，每个光源安装功率36+4=40 W。利用公式进行简化计算应选择12 个光源。验算照度值Eav=310 lx，超出规定照度值3.4%，满足规范要求。再计算功率密度值，LPD=7.4 W/m2，<11W/m2，也满足要求。若按照功率密度值反算应为：LPD=11 W/m2，共需18 个光源。验算照度要求，Eav=465.28 lx，超出标准照度值55.09%，虽满足功率密度值的要求，但不符合节能设计原则，也大大超出了GB50034-2004 中4.1.7 条照度值10%偏差的要求。此一间办公室照明多消耗电能240 W，每日按8 h计，日多消耗电能1.92 kW·h，整栋建筑物有办公室多间，多耗能源可想而知。

　　由此可见，设计时对有代表性的房间进行照度及功率密度值的计算非常重要，简单按功率密度值反推确定灯具数量会造成很大能源浪费。

　　2.4 照明控制的合理性措施
　　建筑照明设计标准GB 50034-2004 列出了很多照明控制的措施。其中7.4.5 条指出：每个照明开关所控光源数不宜太多。这说明照明设计时应考虑当仅有少数人工作时可按需要开灯，而不必点亮更多的光源，以免造成浪费。7.4.6 条指出，房间或场所装设有2 列或多列灯具时，宜按下列方式分组控制：1)所控灯列与侧窗平行;2)生产场所按车间、工段或工序分组;3)电化教室、会议厅、多功能厅、报告厅等场所，按靠近或远离讲台分组。上述3 条措施的实施，对照明节能起到了非常重要的作用。大多数办公及商业用房照明负荷都是其用量大、用时长的耗能负荷，充分利用日光的照射以减少电能损耗，积少成多，节能作用不可小觑。

　　3 结语
　　通过以上分析和计算，明确了照明设计的要求和基本做法，也充分认识到建筑节能在照明设计中的重要性，用反推法进行照明设计虽然简单，但不符合节能要求，应避免据此进行照明设计。

　　参考文献：
　　[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑工程设计文件编制深度规定[M].北京：中国计划出版社，2009.
　　[2] 中华人民共和国建设部. 建筑照明设计标准GB 50034-2004[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
　　[3] 北京照明学会照明设计专业委员会.照明设计手册[M].2 版.北京：中国电力出版社，2006.

　　编辑：Sophy