基于IESNA90.1标准的绿色照明设计

易 斌，刘学义，刘 波，米红菊

(1.解放军后勤工程学院 机械与电气工程系，重庆 401331;2.解放军后勤工程学院 建筑设计研究院，重庆 400016)

1 引言

根据美国能源信息署(EIA, Energy Information Administration)的统计数据，建筑耗能占到全社会终端耗能的40%[1]，我国的统计数据为20%左右，与世界平均水平持平[2～3]。世界银行估计到2015年全世界一半以上新建建筑将建于中国[4]，随着我国城市化进程的加快，降低建筑能耗对于我国的节能减排尤其具有极其重要的现实意义。

为探索适应西南地区地域气候条件下的节能建筑设计及运营经验，后勤工程学院于2009年启动了解放军绿色建筑示范楼项目。该楼是一集住宿、餐饮、教学、办公、会议等功能于一体的综合体建筑，地上建筑5层，地下1层，占地面积2489.9m2，总建筑面积11609m2。本项目集中采用了地源热泵、自然采光/通风、智能照明、太阳能光伏/光热利用、立体绿化等一系列节能措施，设计节能率75.4%，非传统水源利用率达到46.6%，循环建筑材料用量比为11.6%[5]。该工程同时申请了美国绿色建筑委员会LEED NC2.2认证与我国住建部绿色建筑评价标识，是重庆乃至我国西南地区最早申请LEED认证的项目之一。作为住建部全国百个绿色建筑示范项目之一，该节能示范楼项目目前已获得中国绿色建筑三星级标识，更被评为中国绿色建筑创新奖一等奖，成为我国西部地区首个获此奖项的项目[6]。

人工照明设备能耗占到了建筑末端用能相当大的一部分，特别是对于公共商业建筑而言，这一比例可高达40%以上[7]，照明节能对于减低建筑能耗的意义不言而喻。通过选用新型光源与高效灯具，实施智能化控制手段，营造健康舒适、满足物理、生理、心理、人体工效学、美学等多方面需求的光环境的同时，有效降低照明用电是“绿色照明”理念所追求的目标，也是建筑节能的重要组成部分[9]，这一点在各国所制定的节能建筑评价体系中都有充分的体现。

2 LEED评价体系与ASHRAE/IESNA 90.1标准

为了使绿色建筑的理念具有切实的可操作性，各国结合自身地域、技术特点，相继推出了包括美国的LEED评估体系、日本的CASBEE、英国BREEAM、德国生态导则LNB等在内的绿色建筑评估体系，我国也颁布了《GB50378—2006 绿色建筑评价标准》。这其中由美国绿色建筑委员会(USGBC: U.S. Green Building Council)推出的能源与环境先锋设计(Leadership in Energy and Environmental Design，LEED)标准是最为广泛接受的绿色建筑评价体系之一[10]。发展至今，LEED体系已基本涵盖所有类型的建筑物，可以评估建筑全生命周期中设计、建造、运行、维护、出租和改造等各个阶段的环境性能[11]。我国的《绿色建筑评价标准》是在参考美国的LEED和英国的BREEAM基础上，结合本国的国情制定的，在体系结构和评分指标上有很多的相似点(表1)[12]。

需要指出的是，由于本工程注册LEED认证的时间为2009年5月，故基于当时的新建建筑LEED NC2.2版本进行节能评估，其能效评估主要依据的规范为2004版美国暖通空调和制冷工程师协会(ASHRAE，American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)与北美电气照明协会(IESNA，Illuminating Engineering Society of North America)共同颁布的高层(两层以上)住宅与商业建筑节能设计标准，即ASHRAE/IESNA 90.1—2004。2009年LEED V3版本发布后，ASHRAE 90.1也由2004版本相应更新为2007版本。亦即电气照明设计必须同时满足LEED NC 2.2与GB50034的要求。LEED标准中对建筑光环境质量与照明节能给予了充分的关注，本文结合解放军绿色建筑示范楼工程实例，从照明能效优化、系统可控性以及光污染抑制几方面对电气照明设计要点加以分析对比，对照明设计过程中可借鉴的理念与措施进行重点阐述。

表1 LEED NC2.2 与GB/T 50378—2006评价指标体系对比Table 1 The comparison of the evaluation index between LEED NC2.2 and GB/T 50378-2006

2.1 电气照明能效优化

能效优化是LEED NC与GB50378共同关注的重点。作为权重最大的得分项，NC2.2中“能源与大气”得分的前提条件之一(EAP2)是设计须符合ASHRAE/IESNA 90.1—2004中对于围护结构、HVAC、热水、配电、照明等系统的强制性条款与指标要求。在此基础上，依据对整幢建筑进行能源成本分析结果，对比基准建筑能耗优化水平(10.5%～42%)，给予相应的得分(1～10分)[13]。具体对照明设计而言，首先必须满足ASHRAE/IESNA 90.1—2004 第9.4、第9.5节有关室内外灯具安装总功率、照明控制、灯具发光效率等条文规定，并尽量提高电气照明系统能效。我国的绿色建筑评价标准GB50378中同样将照明功率密度值(LPD，Lighting Power Density)不高于《建筑照明设计标准》GB 50034规定的现行值作为必须满足的控制项，不高于LPD目标值作为优选项。此外，GB50378中还规定室内照度、统一眩光值、显色指数等照明设计指标也须满足GB 50034的要求。

照明功率密度与照明控制方式是决定照明能耗的两个关键因素[14]，作为LEED NC2.2与GB50378在电气照明设计方面主要遵循的依据，在这两点上IESNA 90.1—2004与GB50034—2004有比较明显的区别。首先，在室内LPD限值方面，IESNA 90.1允许采用两种不同的方法来计算室内灯具允许安装功率：总面积法和逐个场所法。如表2所示，以某三层商业建筑为例，前者计算过程简单，只需按32类不同类型建筑选择相对应的LPD值，乘以照明区域总面积得到允许安装的灯具功率总和；后者则需分别统计不同使用功能场所面积，逐个求出允许安装灯具功率后求和。

表2 IESNA90.1总面积法与逐个场所法比较Table 2 The contrast of IESNA90.1 standard’s space-by-space compliance path and building area compliance path

由表2可见，IESNA90.1中的两种方法其结果较为接近，通常情况下采用总面积法时的允许值更小。需要指出的是，与GB50034强调每个区域的LPD值不超标不同，IESNA90.1更注重整个建筑的总安装功率，允许不同区域、不同场所之间相互“取长补短”，前提只要灯具功率总额不超标即可。另外，用于装饰、商品展示等目的安装的灯具，当采用逐个场所法时允许单独计算这一类灯具的功率限值，如装有花枝吊顶、壁灯等装饰灯具LPD不得超过11W/m2(1W/ft2)，且此部分灯具单独计算，低于标准允许值的功率不用于置换一般照明的不足，总面积法则不区分一般照明、装饰照明等。LEED NC2.2 要求必须满足总面积法计算总功率值。

为同时满足GB50034中的LPD目标值及IESNA90.1中灯具安装总功率要求，选用发光效率高的T5直管荧光灯、节能灯作为主要光源，前厅、餐厅等公共区域取消不必要的装饰设计，基本杜绝卤素灯杯等光源的使用。在满足上述规范要求的前提下，与基准建筑相比照明用电降低了75%[15]。

IESNA90.1—2004与GB50034相比，另外一个明显的区别在于IESNA90.1还规定了建筑立面泛光照明、室外停车场等室外照明LPD值，并作为强制条文执行。此部分内容在我国的《JGJ/T163—2008城市夜景照明设计规范》中有规定，但往往为建筑电气设计人员所忽视，设计及审图过程中往往也未严格把关。

2.2 照明控制策略

整体而言，IESNA90.1标准较GB5034在照明控制方面要求更加严格细致。LEED NC2.2要求必须执行IESNA90.1—2004 包括9.4节在内的强制条款，其中对于照明控制规定如下：面积大于465m2(5000ft2)的场所，除安全照明等必须24小时点亮的灯具外，须采用定时控制、占空传感器，或检测其他监控系统给出的“无人”信号的方式，实现无人时自动关闭室内照明；教室、会议室、员工餐厅、休息室等公共区域，人员离开后30min 内应自动关闭照明。除此之外，面积小于929 m2的场所，单个控制装置(手动控制或自动控制)所控制面积不得超过232 m2；面积超过929m2时单个控制装置控制区域不超过929m2。

对于室外照明，IESNA90.1要求除正常运行自动关闭的应急照明、安全照明和装饰霓虹灯外，所有外部照明必须设照度控制与夜间自熄控制。要求采用天文时钟控制、光电感应器控制装置等自动控制室外照明在白天和午夜自动关闭。出入口照明、室外小品重点照明等可不作此要求，但必须单独设置控制开关。

除此之外，LEED NC2.2中将室内照明系统可控性作为加分项，以此鼓励设计人员在满足视觉作业工作需求的同时，为用户提供灵活的控制方式。室内照明夜间自熄同样对LEED NC2.2中光污染抑制这一加分项有利。与之相对照，我国的绿色建筑评价标准中并未对照明控制作过多要求，《GB50034—2004 建筑照明设计标准》也仅建议有条件时采用照度自动关灯或人体感应、动静感应等自动控制方式。

为满足LEED NC2.2中对于照明控制相关条款要求，结合本工程做完外训楼的使用功能需求，经过技术比较，在多用户公共空间如会议室、餐厅等区域设置场景控制与照度控制，并与活动外遮阳实现联动；教室内则选用了基于DALI (Digital AddressLighting Interface) 数字编址照明接口协议的智能照明系统，并选用调光镇流器以满足多媒体教室光环境使用要求(图1)。相比EIB协议的实现方式，DALI系统具有简单灵活的优点，其拓扑结构简单，布线灵活，功能模块相对较少，对于本工程而言更为适用[16]。另外，在客房设钥匙取电开关，其他如独立办公室、寝室、楼梯间则按照GB50034 7.4.4～7.4.6条文要求设计开关控制。

图1 教室智能照明平面图Fig.1 Lighting layout plan of the classroom

图2 IESNA90.1室外灯具光源发光效率限值Fig.2 The luminous efficiency limit of exterior grounds lighting luminaire

除LPD限值与照明控制这两大项外，IESNA90.1中照明部分还强制要求紧急出口灯具功率不得超过5W，超过100W室外照明灯具功率其光源发光效率需不小于60lm/W(图2)，单管或三管荧光灯的串联接线(tandem wiring)等作了规定。由于上述条文执行起来相对简单，在此不一一赘述。

3 结论及建议

《GB50378—2006绿色建筑评价标准》与《GB50034—2004 建筑照明设计标准》实施至今，对于推动我国低碳建筑与绿色照明发展功不可没。伴随着当前国内绿色建筑如火如荼快速发展，逐步变以“定性的措施性指标”为“可量化的性能评价指标”，同时，将参评起点提高而不仅仅只是以规范为简单参照，是今后一段时间内中国绿色建筑评价体系可以考虑加以完善的两个方面[17],[18]。

对照LEED标准及其主要参照的ASHRAE/IESNA 90.1标准，对于电气照明设计后续的设计规范修订过程中，在以下几个方面值得借鉴。一是进一步严格照明功率密度限值。事实上，IESNA90.1每三年修订一次，至今已推出2010版。以总面积法为例，各类建筑的平均LPD由90.1—2004版中的12W/m2降至2010版中的10W/m2，降幅达16.6%。随着技术水平的发展，GB50034中的目标值实现起来已相对轻松，应考虑进一步从严要求。二是对于规范中精装修设计部分等语焉不详、以往执行不严的条文，进一步明确、细化。三是对于照明控制设计要求在规范中加以强调，特别是对于商场等照明能耗比例占到相当可观比例的公共建筑等。实践证明，采用照度、时间控制等方式，从全寿命周期成本而言效益明显，在规范中加以强制要求也并非不可行。即便是真如照明设计人员所言，按照IESNA90.1要求执行自觉更象是会计师而非设计师[19]，只要能真正推动电气照明更加“绿色”起来，这一“痛苦”也是可以接受的。

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