照明节能设计新思

康军强 陈 伟 熊小明

（北京市水利规划设计研究院 北京 100048）

1 工程简介

大宁调蓄水库库区绿化美化工程是在大宁水库西堤、南堤堤顶路及中堤安装巡库路路灯，在工程最初照明方案中路灯采用时钟控制方式，但是时钟控制方案不能根据用电的波峰波谷（前半夜和后半夜）来调节电压，从而造成电能浪费现象，且灯具长期受波峰波谷电压的冲击，容易造成灯具使用寿命低，更换维护费用大。本工程安装150W/盏共计415盏路灯，照明总容量为62.25kW。随着社会对节能意识的加强，减少碳排量成为生活生产中不可缺少的一部分，为了响应国家节能减排的号召，提高本工程的节约用电水平，在工程施工阶段对方案进一步优化，最终决定采用智能节能照明控制器控制巡库的路照明灯具。

2 智能节能照明控制器的特点

随着科学技术的快速发展，尤其是微处理器技术和现代电力电子技术的发展，智能节能照明控制器应运而生，该产品在照明工程中的应用有效地解决了灯具长期受波峰波谷电压的冲击的问题，延长了灯具的使用寿命并减少了灯具维护费用及降低了维护人员的工作量。它具有以下特点：

2.1 照明节能

受人类生活生产规律的影响，现阶段国内电网普遍存在前半夜电压偏低后半夜电压偏高现象，而后半夜对道路及一些公共场所照度要求并不高，在现阶段大部分道路及一些公共场所后半夜的照度与前半夜一样，这样就造成了照明用电过多无谓的浪费；如果在这些场所采用智能节能照明控制器，就可以根据现场要求自由的设定降压的幅度，使灯具工作电压被限制在一个合理的电压水平，以达到灯具节能的效果。智能节能照明控制器可以实现三相完全独立工作，各相带不同的灯具类型，并可根据各相灯具的特性和照度要求分别调整降压幅度及限压水平，能将照明要求与节能控制在一个平衡位置，达到节能要求。

2.2 灯具保护19

智能节能照明控制器对灯具的保护主要体现在以下几个方面：

（1）降压及限压。通过对照明回路的降压及限压，有效的避免了后半夜电网电压升高，防止灯具长期工作在一个不稳定的电压环境下容易损坏的情况。

（2）软起软停。智能节能照明控制器对照明灯具采用软启动、软关闭的控制方式，有效的防止了过电压及冷启动大电流对回路中灯具的冲击，使得灯具的损坏率大幅度降低。

（3）灯具预热。常规下启动钠灯、汞灯等灯具的是在边通电边启动，无预热时间，而采用智能节能照明控制器控制钠灯、汞灯等灯具，可以对这些灯具设定可调的全压预热启动时间，使得灯具能更充分的预热，平稳过渡到灯具正常的工作状态，有效的保护了灯具。

2.3 智能控制

智能节能照明控制器的控制主要由以下几个方面构成：

（1）多种控制方式。智能节能照明控制器支持时控、光控、现地控制、时光混合控制、远程控制、经纬度自动控制等，还可以实现全夜灯控制及半夜灯控制。

（2）智能调节。智能节能照明控制器三相可以完全独立工作，可以独立调节各相开关灯的时间及输出电压，各相可以接不平衡照明回路和不同类型的照明回路。

（3）自启动。智能节能照明控制器具有完善的自启动功能，当外部供电故障或者回路发生故障被排除后，通过智能节能照明控制器自检可以对故障回路自动重启。

（4）远程控制。智能节能照明控制器均配有RS485接口，使用标准的MODBUS通信协议，能实现与灯具管理所之间的信息传递，还可以在灯具管理所微机软件中对路灯的参数进行设定和修改，能远程监控整个区域的照明系统。

3 智能节能照明控制器的控制原理

智能节能照明控制器主要由主控芯片、传感器、转换器、显示模块、传输接口等构成，这些电子元器件所构成的控制器就可以组成多种控制方案。本工程根据巡库路路灯实际工作情况，我们采用了半夜灯和全夜灯的智能节能照明控制器控制方案。全夜灯和半夜灯的接线中，全夜灯为整夜工作的灯具，半夜灯为后半夜关闭的灯具。

4 智能节能照明控制器的工作曲线

可编程的电压——时间工作曲线如图1所示。

图1 可编程的电压-时 工作曲线

图中的1线为未使用智能节能照明控制器的工作曲线，2线是使用智能节能照明控制器正常运行时的工作曲线，该曲线可以根据现场情况进行任意调整。1线与2线所夹部分表示通过降压限压实现的节能效果。

5 照明负 电流计算方法

巡库路照明采用三相供电。将负载平均分配到每组工作，使三相负载均衡，所以计算每相的负载电流通常使用以下公式计算：

每相电流=总功率÷功率因数÷额定电压÷3

对于灯具的选择方面，主要是阻性负载和容性负载。其中，阻性负载包括：普通白炽灯、碘钨灯、卤素灯等，这类灯具功率因数接近 1，负载电流计算为每相电流=总功率÷额定电压÷3；感性负载包括：钠灯、汞灯、荧光灯等，这类灯具功率因数为0.4～0.75，负载电流计算为每相电流=总功率÷功率因数÷额定电压÷3。本工程巡库路全长10.375km，双侧布置灯具，共布置415盏路灯，每1km设置一配电柜，每一配电柜负载40盏150W钠灯，灯具均未加单灯补偿，功率因数为 0.4，电流I=40×150÷220÷0.4÷3=22.73A。

其中需注意的是：（1）对于钠灯、汞灯等类型的灯具应考虑启动电流大于额定电流的 20%左右；（2）对于具有单灯补偿的灯具，建议功率因数应补偿到大于0.9；（3）单灯补偿或集中无功补偿时，不能因为过补而补成容性负载。

6 使用节能照明控制器的经济效益

6.1 经济效益计算

巡库路照明总容量62.25kW，电网电压长期稳定在380V，考虑到水库周边离城市较远，道路的使用率比一般城市道路要低，每天的照明小时数按10个小时计算，所以每年的照明总小时数约为：365天×10小时=3650小时，其中路灯在额定电压下工作按每天3小时计算，每年在额定电压下工作的总小时数为365×3=1095小时，路灯在节电电压下工作的总小时数为365×（10-3）=2555小时。根据北京地区非居民照明电价0.6357元/kWh计算。钠灯的使用寿命最常用的是平均寿命一般标称的是24000小时，实际使用可以用两年以上，我们取设计寿命为6000小时，钠灯的价格按400元/盏计算，采用智能节能照明控制器节能效果一般可达10~45%，节电率取 0.25，可延长灯具使用寿命达1~2倍，取1.5倍。

（1）直接节电效益分析

未采用智能节能照明控制器每年总电费为62.25kW×10h×365天×0.6357元/kWh=144439元。

采用智能节能照明控制器每年总电费为62.25kW×3h×365天×0.6357元/kWh+62.25kW×7h×365天×0.6357元/kWh×0.75=119162元。

可以看出采用了智能节能照明控制器每年能节省电费为144439-119162=25277元。

（2）间接效益分析

未采用智能节能照明控制器灯具寿命为 6000小时，每年更换灯具次数为3650÷6000=0.61次。更换灯具费用为 415盏×400元/盏×0.61=101260元。采用智能节能照明控制器灯具寿命为 6000小时×1.5=9000小时，每年更换灯具次数为 3650÷9000=0.41次。更换灯具费用为415盏×400元/盏×0.41=68060元。

可以看出采用了智能节能照明控制器每年间接节约修理及更换费为101260-68060=33200元。

从以上直接节约电费和间接节省修理和更换费每年总计节省费用为25277+33200=58477元。

6.2 投资回收期

本工程巡库路照明共采用 10台智能节能照明控制器，总投资约 15万。从直接节约电费和间接节省修理和更换费来看，收回前期采购智能节能照明控制器总费用大约需要150000÷58477=2.57年。

7 结论

根据本工程经验来看，现阶段智能节能照明控制器单台价格偏高，成本的收回期偏长，如果能控制在2年以内将是一个比较合理的水平，不太适合大面积应用，但是随着电力电子技术的发展，智能节能照明控制器的价格下行及技术提高将是必然趋势。根据我国对世界的承诺“争取到 2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比 2005年下降40~45%”，降低城市化建设中的夜景照明电能消耗将势在必行。