高校教室照明系统节能优化措施探析

赵家敏

高校教室照明系统节能优化措施探析

赵家敏

（云南开放大学 城市建设学院，云南 昆明 650223）

高校教室照明系统节能优化是我国建设节约型社会的重要组成部分。为有效节约高校教室照明用电，应从照明节能优化原则出发，采取多种措施节能优化措施，以达到照明节能目的。

教室照明；节能优化；LED；红外感应开关

据统计，我国照明用电量已占总用电量的10%～12%，因此提高电能利用效率，无疑将较大幅度降低能源消耗，有效缓解目前我国用电旺季电力供应紧张局面。另外，根据目前国内照明用电情况调查，宾馆、商场、教学楼、政府机关等公共照明系统多数处于无效管理状态，导致电能使用效率降低、设备寿命缩短、使用和维护成本增加等现象。因此，照明节能优化已成为公共建筑公共照明的重要任务，必须在实际设计和使用中采用多种措施进行完善和重视。本文以公共建筑高校教室照明节能优化为例展开论述。

一、高校教室照明的现状

（一）照明管理现状

随着国民经济的快速发展和社会进步，高等教育被全社会关注和重视，校园规模随着受教育者数量的增加而扩大，使得教室数量大幅度增加。目前高校教室照明用电处于一种粗放式管理状态，一般为以下二种模式：一种是无专人管理，由学生自行控制开关；二是利用定时开关，根据作息时间开启和关闭整个教学楼教室的照明电源。这两种管理模式存在缺陷，易造成电能浪费。第一种模式可以灵活满足不同季节、天气、楼层和朝向的照度要求，布线和控制简单，是一种常用的方式，也是最浪费电能的一种方式，因为在当前人们节能意识的淡薄情形下，极易出现白天室内照度很高，还普遍存在开灯作业；甚至当全部人员离开教室，却无人关灯等电能浪费现象。第二种模式对节能有一定提高，但无法根据实际需要自动调节照明灯的照度，因而难以满足管理要求。

（二）照明灯具现状

由于受技术水平和成本投资的限制，在我国大多数高校教室照明中还大量使用粗管径40WT12荧光灯、电感式镇流器和简易控照配光灯具等技术陈旧产品，这些高耗能灯具产品造成了高校教室照明系统电能的大量浪费。按照我国提出的“中国绿色照明工程”目标，高校目前照明节能潜力很大，一般节能方案均能达到节约15%～35%。

二、高校教室照明节能优化原则

（一）满足建筑物基本照明功能

建筑照明节能优化时，要在满足照明场所照度、色温、显色指数等技术指标要求的基础上，通过采取合适的技术措施达到节能降耗的效果。

（二）考虑照明的实用经济效益

建筑照明节能优化时，并不是简单为了降低照明能耗而节能，也不能因为要节能而造成成本投资增加，增加系统运行维护费用，而是要通过照明方案优化，让增加的成本投资，能够在近几年或较短时间内用照明所获的节能效果来进行回收。

三、高校教室照明节能优化措施

在进行建筑照明设计布局过程中，要严格按照 GB50034-2004《建筑照明设计标准》、JGJ16-2008《民用教室设计规范》等技术规范要求，结合建筑物功能和照明场所实际特性确定适宜的照度标准值。要合理确定照明功率密度值、照明方式、减光补偿、光通利用系数和控制系统等。建筑照明节能优化，应在满足建筑物不同场所、不同部位对照度、色温、显色指数等技术指标要求的前提下，还要满足技术上可行和经济上合理。

（一）常规优化

1.加强照明节能宣传

建筑照明节能，要充分发挥学校在建筑照明节能降耗工作中的主导作用，在全校范围内全面开展师生照明节能宣传工作，增强人们照明节能意识。聘用人员专门对无人使用的教室检查照明、夜间晚自习后关闭高校教室照明管理，在新建建筑和既有建筑技术改造工程中，要结合相关技术规范标准，把建筑照明节能工作同绿色建筑其他节能领域相互结合起来，推动建筑照明节能工作高效顺利开展。

2.采用高效率节能灯具

灯具是灯泡(管)的“时装”。既要漂亮，又要有科学分配光的功能。它可以根据场所的需要，将光线送到不同的地方，即科学用光又能使人们的视觉舒适。调查结果上看，多数学校教室采用简易控照荧光灯，其配光和光效均不是太好。例如将学校教室早期安装的双端直管型荧光灯梯形控罩式铁皮涂白色油漆灯具，更换为抛光氧化铝制作的双曲面蝙蝠翼形状配光灯具，其曲面使光分配更科学，反射系数高，可将灯具效率从75%提高到82%。由此可见，采用良好灯具也是一种节能办法。

3.更换节能照明光源

根据调查结果，我国多数教室采用粗管径（38mm）的40WT12荧光灯，其光效低和寿命短。采用高光效、长寿命和显色性好的细管径（26mm）36W的T8三基色荧光灯。T8灯比T12灯节约电能并提高光效在10%以上。有条件的学校可采用更细管径（16mm）的T5三基色荧光灯，它比T8灯更能提高光效，但必须采用电子镇流器，它可以消除噪音和频闪现象。

4.采用节能型镇流器

传统型电感镇流器的缺点是体积大、重量重，自身功率损耗大，约为灯功率的20%～25%，有噪声、功率因数低、灯频闪等，是一种不节能的镇流器。电子镇流器的优点是节能，其自身功耗低，功率因数高达0.9以上，灯光效率高、重量轻、体积小、启动可靠、无频闪、无噪声、可调光、允许电压偏差大等。例如36W荧光灯用电子镇流器，功耗仅为1-3W。节能型电感镇流器是采用低耗材料，其能耗介于传统型和电子型之间。因此，选用优质节能电子镇流器和节能型电感镇流器对照明节能有较大帮助。

（二）新技术优化

1.推广使用节能光源

按照我国教室照明规范要求，平均照度水平约在200lx左右，照度偏低，照明效果较暗，平均单位面积装灯的功率约为10W/m2左右。为进一步改善我国学校教室的照明条件，达到国际标准最低水平300lx，我们需要应用新技术进行节能照明，广泛使用LED日光灯不仅可以节约电能和保护环境，还可以提高照明质量和效果。

（1）LED日光灯管的特点

LED节能灯管是采用CREE与AOD超高亮LED白光作为发光光源，外壳为亚克力/铝合金。LED节能灯管与传统的日光灯在外型尺寸口径上都一样，长度有60cm和120cm、150cm三种，其功率分别为5W、7W、8W、9W、10W、12W、15W、16W、18W和20W等；而现在被广泛使用的40W传统日光灯（电感镇流器）实际耗电约为68W。LED日光灯还有以下主要特点：

1）绿色环保，安装简单

传统日光灯中含有水银，泄漏会危害人体，

而LED日光灯不含任何有害物质，对环境起到保护作用，被公认为21世纪的绿色照明产品。安装时将原有的日光灯取下换上LED日光灯，并将镇流器和起辉器去掉，让220V交流市电直接加到LED日光灯两端即可。

2）高效转换，减少发热

传统灯具会产生大量的热能，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，没有紫外线和红外线，不会造成能源的浪费。光源角度小于180度，装入灯具后所发出的光能充分利用，减少光损，灯具效率可达80%以上。

3）清静舒适,光线柔和

传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100～120次的频闪。LED灯无噪音,不含紫外线，光源无频闪，绿色环保型的半导体电光源，光线柔和，保护眼睛，不易使眼睛疲劳，确保使用的舒适与健康。

4）节省能源，寿命更长

整体灯具高达85lm/W以上的光效，更优越的出光特性，在相同照度下，使15W的LED日光灯相当于40W传统日光灯，省电60%以上。寿命是传统日光灯的10倍，可长期使用而无需更换。

6）坚固牢靠，长久使用

LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，没有钨丝，抗振动性好，便于运输。

（2）节能效果分析

15WLED日光灯亮度要比传统40W日光灯还要亮，是国家绿色节能照明工程重点开发的产品之一，是目前取代传统的日光灯的主要产品。低电能消耗，比传统日光灯管节电能省60-80%。

现以学校的一个标准教室为例进行节能效果分析，安装有T5日光灯双灯管灯具18个，每个功率80W，每天用电10h，学生每年在校为270天，那么每年该教室用电量为18× 0.08×10×270=3888kW.h。若换成 9W的LED日光灯双灯管18个，每个功率18W，每天用电10小时，学生每年在校为270天，则每年该教室用电量为 18×0.018×10×270= 874.8kW.h；节约电能(3888—874.8)/3888=77. 5%。如果学校按照80m2折合教室数量为150间，则教室照明每年大约可节电4.52万度，节能效果明显。

2.改善照明控制方式

GB50034-2004《建筑照明设计标准》中明确列出照明优化节能控制的技术条文，要求每个照明开关控制光源数不宜太多；当房间或照明场所内装设有两列或多列照明灯具时，宜采取分组控制方式。结合照明灯具布置等因素，可采用光控、时控、感应等控制系统相互搭配，适时开断照明灯具。智能化照明是照明控制系统节能优化设计重点，采用智能红外感应开关与照明有机结合，可在大幅度提高照明质量的基础上，使照明时间更准确，有效提高电能综合利用效率。

（1）智能红外感应开关工作原理

智能红外感应开关是利红外线辐射和自然光的双重信号来实现对开关的控制从而达到节能的目的，适合于教室等公共场合，当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上，开关自动接通负载，负载范围为白炽灯、日光灯和节能灯等各类灯具，从而实现照明控制智能化。人不离开感应范围，开关将持续接通，人离开后，开关延时（5～120s）自动关闭负载；光线强时不感应，带感光调节（也可自由调节在任意光线下感应或全天侯感应），光控感应为5～500lx；实现人到灯亮，人离灯熄，人性化，安全节能。

（2）应用效果分析

智能红外感应开关感应距离为5～8米，感应角度为140°圆锥角，可根据实际情况调整感应距离和感应角度。因此，可将教室划分几个区域，在每个区域安装智能红外感应开关，用热释电红外探测器探测该区域是否有人，用光敏电阻探测该区内光强大小，从而控制该区域内灯的启停，实现高校教室照明终端精细化自动控制，杜绝高校教室照明的浪费现象。

现以学校的一个标准教室为例进行节能对比分析，根据国际标准规定教室照明的功率密度约为20W/m2，设教室面积为80m2，按照高校教室照明习惯，每天开灯时间平均为10小时，学生每年在校为270天，一间教室平均年用电量约为80×0.02×10×270＝4320kW.h；若其它条

件不变，将普通开关更换为智能红外感应节能开关，按照自然采光可达到的照度标准，则每天使用时间平均为5小时，一间教室平均年用电量约为80×0.02×6×270＝2592kW.h；一间教室每年节省电能约为(4320—2592)/4320=40%。如果学校按照80m2折合教室数量为150间，则教室照明每年大约可节电2.6万度，按每度电0.5元，则每年可节约电费2.6×0.5=1.3万元。目前红外感应开关平均价格约为90元，而普通开关平均价格约为30元，如果一个教室按安装4组控制开关算，则一个教室的安装价差为（90-30）×4＝240元，150间教室的安装价差为150×240＝3.6万元，但按照开关正常使用寿命为10年以上计算，采用智能红外感应开关感来控制照明的节能效果是非常显著。

四、结语

高校教室照明设计过程中，应根据相关技术规范标准，适当参照国际标准，结合工程实际情况，充分优化照明方案、选择高效节能灯具和设计智能照明控制系统等。本文从不同角度对教室照明节能提出优化措施，从节能和照明效果看，应用照明新技术节能，效果较为明显。因此，在新建建筑和既有建筑技术改造工程中，要按照绿色建筑节能标准进行照明节能优化设计，为使用者提供一个健康、舒适和安全照明环境，有效提高使用者的照明水平。另外，在设计规划过程中，要考虑建筑物全生命周期中的能源高效利用问题，并在节约投资、和提高照明质量的基础上，按照优化措施进行方案设计，最低限度地降低照明对环境的影响，构筑生态环保、可持续稳定的绿色建筑照明。

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Discussion on the Power-saving Optimization of University’s Classroom Lighting System

ZHAO Jia-min
(School of Urban Construction,Yunnan Open University,Kunming 650223,Yunnan)

The power-saving optimization of university’s classroom lighting system is an important part of constructing economical society in China.This paper analyzes the present situation and problems of the university’s classroom lighting,and from the lighting power-saving optimization principle,discusses the various effective measures to be taken for the university’s classroom power-saving lighting system so as to achieve lighting power-saving purpose.It also provides reference for the power-saving optimization in the modification of public lighting system.

classroom lighting,power-saving and optimization,LED,infrared induction switch

G642.423

A

2095-6266（2014）03-085-04

2014-4-10

2013年度云南省教育厅科学研究基金项目“以就业为导向的建筑电气技术课程教学改革与实践研究”（2013Y 190）。

赵家敏（1976－），男，云南富源人，讲师，硕士，主要从事照明系统节能研究。