浅谈照明节能技术与应用

熊小俊(中国建筑设计研究院机电院， 北京 100044)

引言

节约能源是我国的一项基本国策。电力能源是社会发展进步以及人民生活不可或缺的重要能源之一。据统计，我国电力消费占终端能源消费的比重约达到25%。在电力消耗中，照明的用电量占总用电量的10%～12%，且照明节电一般可达到20～30%，因此，有效的照明节电在节约能源方面有着巨大的潜能。

我国从上世纪末，就已经积极倡导绿色照明，其中高效节能是绿色照明的一项重要指标。当然，绿色照明的理念并不仅局限于此，它是在高效节能的同时，提供既满足人们工作、生活照度要求又安全、舒适的照明环境。以减少眩光、紫外线等对人体用眼的伤害，以及根据需要营造良好的灯光氛围，提高舒适度。以下重点从节能电光源和智能照明管理两方面来介绍照明节能的技术方法。

1 节能电光源

高效节能的电光源是照明节能的首要因素，选择节能的灯具及电器附件也是照明节能设计的必要环节。

1.1 光源的类型

照明光源按发光形式可分为热辐射光源、气体放电光源和电致发光光源三大类。

1)热辐射光源

电流流经导电物体，使之在高温下辐射光能的光源。常用的有白炽灯和卤钨灯。这类灯结构简单、成本较低，曾被广泛应用。

2)气体放电光源

电流流经气体或金属蒸气，使之产生气体放电而发光的光源。气体放电包括弧光放电和辉光放电两种，放电电压有低气压、高气压和超高气压3种。弧光放电光源包括：荧光灯、低压钠灯等低气压气体放电灯，高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯，超高压汞灯等超高压气体放电灯以及碳弧灯、氙灯、某些光谱光源等放电气压跨度较大的气体放电灯。辉光放电光源包括利用负辉区辉光放电的辉光指示光源和利用正柱区辉光放电的霓虹灯，二者均为低气压放电灯。

3)电致发光光源

在电场作用下，使固体物质发光的光源。它将电能直接转变为光能。如LED(Light Emitting Diode)灯，就是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

1.2 光源的主要参数

光源的光效即辐射的光效能。光效越高，则电能转化为光能的效率越高，越有利于节能。人工光源对物体的显色能力一般以显色指数表示，100为最大值，80以上的显色性即为优良，此环境下能对物体色彩进行正确判断；色温通常在3 200K以下的光源，颜色偏红、偏黄，给人以温暖的感觉；色温在3 200K～5 000K的光色呈暖白色，也被称为“自然色”；色温超过5300K时，颜色偏蓝，给人以清冷的感觉。在高温地区多采用色温高于4 000K的光源。

1.3 光源的选择

光源的选择，应根据使用场合的需要，在满足显色性、启动时间等要求的同时，结合光源光效、使用寿命、经济因素等综合分析考虑。根据不同的使用环境，选择高效节能的光源。

对一些常见光源的主要参数比较见表1。

通过对主要参数进行对比不难发现，办公室、教室、会议室、生产车间等室内场所一般宜采用光效高、寿命长的细管径直管形荧光灯；高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径荧光灯。白炽灯或卤钨灯，除在一些特殊场合(如：要求瞬间启动、防电磁干扰要求严格以及不宜采用气体放电灯的场所)使用外，其他均已被指标明显优于白炽灯的细管荧光灯取代。根据我国发布的《逐步淘汰白炽灯路线图》，到2016年前，国内将分阶段逐步彻底淘汰白炽灯，进而全面引入年可节电480亿度的节能荧光灯。这也是我国现阶段节能改造的一个重要途径。

近年来，随着LED技术的迅速发展，尤其是白光LED的出现，以及白光LED灯光效的逐步提高，LED灯也逐步在日常照明中使用。与传统光源相比，LED灯具有眩光小、无辐射、寿命长、耗电低，光效高等优点。但由于受到价格较高、初期投入大以及散热困难、光源的方向性比较强等因素影响，LED灯目前还未被广泛应用于日常照明。不过，LED灯的技术日新月异，这种典型的绿色照明光源必将很快应用于百姓的日常照明当中。

1.4 灯具及电器附件

在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用效率较高的灯具，如开敞式荧光灯灯具效率不应小于75%，格栅式荧光灯不应小于60%。且应选择节能型电感镇流器和电子镇流器。荧光灯的电子镇流器，多用于20kHz～60kHz频率供给灯管，使灯管光效比工频提高约10%(按长度为4'的灯管)，且自身功耗低，使灯的总输入功率下降约20%，有更佳的节能效果。

1.5 相关规范及标准

近年我国及地方相继出台照明节能相关规范及标准，如《绿色建筑评价标准》，(GB/T50378-2006)；北京市地方标准《绿色建筑评价标准》(DB11/T825-2011)；其中关于照明节能方面的规定均与我国现行设计规范《建筑照明设计标准》(GB 50034—2004)中相符，已明确要求选择高效节能光源、灯具等，尤其对照度功率密度值(LPD值)有详细的规定，这既是对照明质量的具体要求，同时也作为衡量节能照明的重要标准，在工程设计中必须严格执行。

2 智能照明管理系统

高效的节能光源是节能照明的首要因素，合理的照明管理则是照明节能的另一个重要手段和有效途径，这就需要完善的智能照明控制系统来实现。

2.1 系统介绍

智能照明控制系统是KNX/EIB智能建筑环境控制系统的组成部分，它与其他诸多独立的控制环节如窗帘、空调、通风、安防等共同集成于智能建筑环境控制系统中，在这个系统内，每个元器件都能实现独立或者集中的控制功能。

2.2 典型区域智能照明控制系统在照明节能上的应用

1)办公区域智能照明控制

利用智能照明控制系统中的定时功能和人体感应系统功能。通过时钟模块，设定上、下班时间，在上班时间、人员相对固定的区域，定时开启照明；在下班时间或人员工作相对灵活的区域，系统将自动切换至手动模式，加班人员通过设置在入口处的控制面板，开启相关区域的照明，也可设置为由人体探测系统控制模式，人来开灯、人走自动关闭。其次，办公区域照明控制应考虑充分利用自然光线照明，在靠近窗户的区域，设置照度感应器，可根据自然光线的强弱，控制靠窗照明回路。

表1 常见光源的主要参数

图1 KNX/EIB智能建筑环境控制系统的组成示意图

2)公共走道、大厅、电梯厅照明

公共走道、大厅、电梯厅等场所的照明可设置为白天上班模式、晚上下班模式或节假日模式。上班时间定时开启全部照明或根据需要开启部分照明，下班时间段或节假日，则采用红外感应或更为先进的基于图像的人体探测技术控制照明开、关，做到人来灯亮、人走灯灭，节约能源。另外，走道、大厅等区域的应急照明在火灾时应能由消防系统强制点亮。

3)会议室、报告厅照明

会议室、报告厅的照明控制要求较高，不同的场景、不同的区域，有不同的照明要求。在会议室安装多功能控制面板，该面板可按照不同场景灯光设置，实现一键式控制或采用带红外功能的控制面板，例如会议场景、演讲场景、休息场景等，这样通过灯光环境的切换，既能营造良好的会议环境、提高工作效率，又节约能源，避免了长明灯的现象。

(1)会议场景：应将会场大部分灯光开启，以保证会议效果以及与会人员的记录。

(2)演讲场景：分为投影模式、报告模式。投影模式开启，系统自动放下投影幕，关闭窗帘。主席台灯光只保留讲解人所在位置灯光的50%，以保证画面清晰，听众席由前排至后排逐渐增亮；报告模式时，则应突出演讲人形象，开启主席台主要灯光，但不应影响发言人感觉，听众席照度应满足与会人员记录，可开启80%灯光。

(3)休息场景：则分为入场模式、退场模式、备场模式。退场模式应将所有照明全部开启，以保证人员大量退出会场时正常通行；其余模式则可根据会场以及主席台的实际需求，开启部分灯光，使会场灯光氛围舒适、轻松，同时也节约能源。

以上所有模式场景变换，均设置淡入淡出时间1s～100s可调，保持场景切换不影响会议进程和视觉效果。同时，在投影模式时可增加对投影仪的红外控制。当清场结束，关门后，只需点击清场开关，即可关闭所有灯具。

4)地下车库照明

地下车库通常面积较大，车库管理人员通过智能照明管理系统，根据不同时段车流量的大小来控制车库的照度。当车流量较大时，将车道、车位照明全部开启；当夜间或车流量较小时，可仅保留车道照明，以节约能耗。工作人员需查看车位车辆情况时，可通过集中控制系统或设置就地控制面板，开启局部车位照明。

5)酒店客房照明

酒店客房智能灯光控制系统通过对照明开关的控制及灯光的调节，营造出不同的灯光氛围和场景模式、给人以温馨舒适的感觉。有效利用白天自然光的同时，最大限度地节约能源；通过调光，可以节约能源且延长灯泡使用寿命。

(1)当客人在前台办理入住后，相应客房的灯光自动调节为迎宾模式，给客人以宾至如归的感觉；当客人在办理退房手续后，相应客房的灯光自动调节至关闭模式。

(2)当夜间客人入睡后，系统可自动切换为舒适模式(即节能模式)，仅保留小夜灯。

(3)客房的照明与遮阳帘联动，白天光线较强时，客房内灯光自动感应熄灭；夜间光线转暗，相应灯光则自动点亮。

3 工程实例

图2、图4和图6为引用印度思科大厦某典型办公区域智能照明管理系统方案，此方案在定时管理、人员探测和自然光利用三个方面的节能数据分析报告见图3、图5和图7。：

节能的效果通过以上数据分析报告显而易见。通过对公共办公区域实行定时管理，节能17%；对人员活动灵活区域采用人体探测系统，节能24%；在靠近窗口区域利用自然光照明，节能26%。

4 结束语

在建筑电气设计工作中，笔者认为，选择节能高效且满足照明要求的电光源是照明节能的首要因素；采用智能的照明管理系统，在定时管理、人员探测、自然光利用等方面的合理应用，又是照明节能的重要手段。双管齐下，才能达到更好的节能效果，使照明节能在节能领域发挥出重要的作用。当然，照明节能的方法不仅局限于上述内容，例如，照明方式的合理选择(一般照明、局部照明、混合照明)同样对照明节能能起到很好的作用。智能建筑环境控制系统对空调、通风等系统的合理控制在节约能源上也有巨大的潜力，需要广大工作者在工作当中不断的研究和探索更好、更多的节能方法，以实现社会及人类的健康可持续的发展。

图2 公共办公区域实行定时管理

图3 定时管理系统比较数据

图4 人员活动灵活区域采用人体探测系统

图5 人体探测系统比较数据

图6 靠近窗口区域利用自然光照明

图7 自然光应用系统比较数据

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50034—2004 建筑照明设计标准 [S].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[2]施耐德(北京)有限公司.节能办公楼应用介绍[R].

[3]周太明.光源原理与设计[M].复旦大学出版社，2006.