2018/07/12
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用数据对话：照明设计的节能环保与经济性
节能是我国的一项基本国策，而照明节能具有投资少、见效快的优点，历来被作为重点节能技术加以推广。
本文则另辟蹊径，不谈时下大热的LED，而是比较了多种荧光灯的数据及应用，用实际数据说明了荧光灯的正确应用。毕竟，不仅仅只有LED才能做到节能。
从实际情况来看，目前我国的照明节能难尽如人意，照明节能的环保作用也没有引起足够重视。
在《建筑照明设计标准》中，限制照明安装功率的量化指标——照明功率密度（LPD）值，其定义为建筑的房间或场所的单位面积照明安装功率 （含光源、镇流器或变压器的功耗），单位为 Ｗ／m2，即在符合照度水平的条件下，设计的照明功率应限定在标准规定值以下，从而保证照明系统的能效。
其在中国建筑工业出版社1996年出版的西门子《电气安装技术手册》中文第一版中就有过介绍：在德国，照度为500lx的办公室，采用电感镇流器和电子镇流器的荧光灯灯具LPD值分别是15.09Ｗ／m2和12.57Ｗ／m2；照度为300lx的教室，采用电感镇流器和电子镇流器的荧光灯灯具ＬＰＤ值分别是7.765Ｗ／m2和6.47Ｗ／m2；这两个场所所采用的荧光灯光源功率都是58Ｗ。
就实际工程来看，只要设计者运用科学、合理的设计方法，正确选用优质、高效的照明器材（光源、灯具及镇流器等附件），以及合理的配电系统、控制方式，优化设计方案，在相关标准规定的基准值上，不仅可以做到更加节能，而且也能够做到更加环保，甚至初建投资及运行费用都可以降低。
下面以办公室照明采用不同照明光源灯具的案例来进行对比分析。
一、经济性分析
某办公室面积62.64m2 （长8.7ｍ、宽7.2ｍ），有吊顶，采用嵌入式高效直管荧光灯具，假设环境系数和灯具效率相同，则照度计算需要系数也相同，按 Ｔ８－18Ｗ、Ｔ８－36Ｗ 和松下ｅ－Ｈｆ－Ｔ８－36Ｗ三种三基色直管荧光灯分别计算LPD值，采用 Ｔ８－１８Ｗ型光源的照明灯具每套有３根灯管，其他均为２根灯管。 结果如表1所示。
前两种光源采用标准型电子镇流器，后一种光源采用 ｅ－Ｈｆ电子镇流器使36Ｗ 光源实现45Ｗ高光输出，电子镇流器的功率因数都不低于0.95，照明灯具功率为光源和镇流器的功率之和。
采用Ｔ８－18Ｗ、Ｔ８－36Ｗ 和 ｅ－Ｈｆ－Ｔ８－36Ｗ作为光源的照明灯具单价分别约为300元／套、260元／套和360元／套。以一幢70层办公楼（每层有32个上述面积的办公室）为例，每天开灯４ｈ、一年工作250ｄ计，按电费0.6元／ｋＷｈ分别计算办公室照明的总功率、初建投资及运行费用，并进行对比。计算结果如表２所示。
表 ２ 各类照明灯具初建投资及运行费用对比
由表２可见，采用不同光源的照明灯具，在初建投资和运行费用上差别很大。除此之外，照明功率降低还有间接的节电和降低工程造价的作用。
照明功率降低，意味着空调制冷用电量也可以降低，变压器容量也随之减小（供电报批容量减小可节省不少费用）；另外，由于照明和空调用电量的降低，相应的供配电设备及电线电缆等造价也会随之降低。
还有一点也需要指出，ＧＢ17625.1—2012《电磁兼容限值谐波电流发射限值》对25Ｗ 以下灯具的谐波限值很宽 （规定３次谐波不超86％），这必将对中性线产生很大危害。如果建筑物内大量使用 Ｔ８－１８Ｗ小功率荧光灯，将导致电能质量降低，增加电能损耗。如此，采用Ｔ８－18Ｗ 光源的灯具实际耗电量比表２所列数据还要大得多，对环境的影响也会随之增加。
二、节能环保分析
节电带来的环保效益
根据相关数据，我国每节约１ｋＷｈ电能，可以节约0.4ｋｇ标准煤和 ４Ｌ水，可减少排放含碳粉尘0.272ｋｇ、ＣＯ２１ｋｇ、ＳＯ２ 0.03ｋｇ、ＮＯｘ 0.015ｋｇ。据此，以表２照明灯具年照明运行电费作为基准值，对照明产品节电带来的环保效益进行计算。结果如表３所示。
照明产品自身的环保效益
灯具、光源等照明产品还应该符合欧盟ＲoHS环保指令。１根直管荧光灯管，无论36Ｗ或18Ｗ，汞含量相差不大，常见灯管汞含量约为 ５ｍｇ／根。上文表２中，采用ｅ－Ｈｆ－Ｔ８－36Ｗ 型光源的照明灯具所用灯管最少，相比采用 Ｔ８－18Ｗ 型光源的照明灯具，少用42560根灯管，即少用212.8ｇ汞。因此，办公室照明采用节能产品还可以减少汞的使用，从而保护了环境。
三、办公室照明节能设计存在的问题
虽然办公室照明节能具有诸多优点，但在实际中却不能得到积极贯彻，笔者认为有以下几个原因：
1、建设方缺乏懂技术的人员。
不少建设方往往只关心单套灯具价格的高低，而没有从选用节能灯具可使灯具总数减少，最终灯具总价低这个角度来考虑，更不对运行中的电费、光源寿命等进行比较。
2、照明是否节能无人审查。
办公楼的内部装修（包括建筑内部照明）通常由装修设计公司负责设计。这些公司是装修设计的行家，但对照明设计标准不熟悉，对照明节能更是知之甚少，往往更多地从装饰性和美观性角度来处理照明，而忽视视觉功能，更不重视节能。由于建设主管部门制度的不完善，所以装修设计公司的照明设计没有审图程序。这就使得照明能效的强制性条文在这些场所得不到实施，办公室照明节能也就只能是纸上谈兵了。
3、办公室照明美观性高于功能性。
由前面的案例可知，办公室采用２根灯管的Ｔ８－36Ｗ、ｅ－Ｈｆ－Ｔ８－36Ｗ 的灯具无论在造价、节能和环保方面都比 Ｔ８－18Ｗ 的灯具要好，为何很多照明设计还采用３根灯管的 Ｔ８－18Ｗ 嵌入式灯具呢？
除了上述两点之外，主要是因为吊顶龙骨组成多为0.6ｍ×0.6ｍ的方格，３×18Ｗ的灯具安装尺寸也为0.6ｍ×0.6ｍ，而２×36Ｗ的灯具尺寸为1.2ｍ×0.3ｍ，为了美观而采用 ３×18Ｗ的灯具，Ｔ５系列灯具也存在同样的问题。其实，0.6ｍ×0.6ｍ的方格也可采用长度1.2ｍ的高效灯管，这在国外是很常见的。
4、不少照明节能设计流于形式。
由于我国不少灯具生产企业无法提供包括利用系数表、配光曲线等在内的灯具资料，加之很多照明设计人员也不主动找生产企业索要上述资料，而是通过所谓“倒推法”来满足标准对LPD值的规定。
如普通办公室标准照度要求300lx，江苏省节能标准规定300lx的LPD值不大于 ９Ｗ／m2，就取小于此值，如8.5Ｗ／m2乘上房间面积倒推出房间的照明总功率，再倒推出灯具数量。这种做法是颠倒了设计程序，表面上看是符合LPD值规定，但却不知道计算照度为多少？偏离照度标准多远？
正如ＧＢ50034标准编制人所指出的，这样的设计可能出现以下两种后果 ：
选用的光源、镇流器、灯具的效率不高，方案未经优化，LPD值用到了极限，而照度却达不到规定要求。
选用的光源、镇流器、灯具的效率高，设计合理，LPD值用到了极限，而照度超过标准值太多，这样是不利于节能的。由于标准规定的LPD值留有一定余地，考虑诸多不利因素的需要，所以在条件有利时，不应把LPD值用到极限，而应使照度符合标准值 （允许偏离 ±10％），从而使实际的LPD值更小。
办公室照明控制系统
上述部分主要是从光源方面阐述了使用高效节能照明产品的重要性，实际上，使用合理的照明控制方法，可在照明节能和环保效果上起到锦上添花的作用。
使用照度传感器的照明控制系统
这是一种反馈式控制系统，在天花板上安装照度传感器，根据采集到的室内实时照度值对光源进行调光，从而保持室内照度在设定范围内。使用该系统不仅可以通过初始照度修正节能，还可以利用自然光节能。带照度传感器的照明灯具工作原理示意图如图１所示。
使用这种调光控制系统与不控制调光相比，可节省约10％的电力消耗。当然，受到建筑物结构、所处地理位置、气候等因素的影响，节能效果会有所不同。
使用人体传感器＋程序控制的照明控制系统
该系统是集中控制所有照明回路，通过场景控制和时间编程控制，提高节能和操作性的照明控制综合系统。天花板上除了安装照度传感器外，还安装有人体传感器，可按照人在与不在自动调整照明的开关及调光水平。只有当人在室内时才完全开灯，人不在时减少灯发出的光通量或关灯，值班室或走廊适用减光型，洗手间和更衣室则适用关灯型。
那么，按照上述照明控制方式，节能率会在多少呢？日本松下电工本社大楼使用该系统后统计结果如下：使用日光控制，按照窗户开口条件的不同，年节电10％～30％；使用人体探测控制，按照人在室内概率的不同，办公室年节电10％ ～20％，走廊年节电30％ ～50％，更衣室年节电60％ ～80％。
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