照明工程方案的综合评价

包 瑞，周 晖，刘 姝

(1.豪尔赛科技集团股份有限公司，北京 100070；2.北京交通大学，北京 100044)

引言

以美丽中国、绿色照明为内涵的发展理念正在扩大景观照明工程行业的应用范围和市场容量；以智慧城市、绿色建筑为推力正使LED为代表的智能、节能照明产品得到广泛运用，成为照明行业发展的新趋势。现阶段我国的照明工程评价主要参照《节能建筑评价标准》《绿色建筑评价标准》《健康建筑评价标准》等标准，其中对照明的评价主要依据《建筑照明设计标准》中的照明节能要求。2016年发布的《健康建筑评价标准》给出了健康建筑评价的方法，对照明光环境的舒适性[1]提出了光源色温、照度、显色指数、频闪以及光生物安全等更多的要求。近几年针对室内照明[2-4]、道路照明[5，6]、博物馆照明[7]和医院照明[8，9]等领域的照明评价研究也受到了较多关注。然而，目前并无成熟、独立的照明工程综合评价体系，这与照明工程越来越庞大、城市级照明工程系统超越建筑单体发展的现状和趋势是不相适应的。开展适合于多应用领域的照明工程综合评价研究，是照明工程行业发展的需要。

1 照明工程方案综合评价的原则

1)五个评价维度。对于照明工程方案的综合评价体系，本文将从节能性[10](Energy-saving)、适用性(Applicability)、舒适性[11-14](Comfort)、健康性[14](Health)和经济性(Economy)五个维度来进行设计分析和研究，简称为“EACHE评价法”。

2)三层评价指标。采用层次分析法[15]，第一层次评价指标为节能性、适用性、舒适性、健康性和经济性这五个评价维度；第二层次评价指标为实现这些评价效果的技术措施和领域，例如节能技术措施和指标从节能产品、光环境、配电系统和控制系统这四个方面进行二层次分类；第三层次是描述照明工程中具体产品或参数的评价指标。

3)归一化评价结果。本评价体系对五个维度的评价指标通过搭建数学模型进行数据化处理和量化评估，最终评价结果以归一化的量化数字来体现，便于不同照明工程之间的对比和分析。

4)充分利用已有研究成果。充分参考和利用有关国家和行业标准、规范中的要求，如标准值、参考值、限值、等级等，对第三层次评价指标进行量化赋值；充分利用有关学术期刊和文件资料中的研究成果，如不同节能设计措施的节能效果，确定不同评价指标的权重系数。

5)采用专家评议法。对缺少参考数据的措施或功能性评价指标及权重系数，采用专家评议法，在德尔菲法的基础上，确定不同评价指标的赋值和权重系数。专家评议法专家人数不低于7人。专家应具有照明行业10年以上从业经验，且具有高级及以上专业技术职称。

6)开放性指标。随着照明科技和社会的发展，尤其是LED照明在人体生理和心理方面的研究的不断深入，对照明工程的要求会进一步提高，LED照明应用和智能控制系统的研究也在不断进行中，未来也可能会对照明工程提出更多的评价指标，不同评价指标的权重也可能发生变化，因此评价体系中第三层次的评价指标应是开放性的。在不影响评价模型结构的前提下，各项评价指标的权重系数也可能根据不断发展的研究成果和不同技术发展阶段的专家意见对进行调整。这将使该综合评价体系具有更好的长期适应性。

2 照明工程节能设计方案的综合评价指标体系

2.1 指标的选取方法

评价系统中评价指标的选取方法如下：

1)收集、整理照明工程涉及到的照明、建筑等行业内的有关国家标准、认证技术规范、文件中的技术指标，尽可能使评价系统中覆盖更全面的评价指标；

2)根据五维评价的需要，考虑不同照明工程的产品、技术、位置、环境等因素，增加尚无标准要求但必要的评价项目，作为评价体系中的补充评价指标。

3)实际进行照明工程评价时，根据照明工程应用产品、技术、位置、环境等情况，选择评价系统中适用的指标，排除不适用的指标。

2.2 综合评价模型的建立

照明工程综合评价指标及其分层分类情况见表1。

经过以上的分层分类，照明工程节能设计方案的综合评价指标可以用以下数学模型表达。

1)第一层次五类指标均为必要性指标，因此，它们之间是加和的关系。

综合评价值：

(1)

表1 综合评价指标的分层分类和赋值Table 1 Stratified classification and assignment of comprehensive evaluation indexes

注:A2,1照度指标是实际照度满足参考值要求时的节能程度；B1,1照度指标是实际照度满足参考值要求时的符合程度或实际照度不满足参考值要求时的偏离程度

Y为综合评价值；ki为第i类评价值的权重系数；Xi为第i类评价值；a、b、c、d、e分别为节能性评价值、适用性评价值、舒适性评价值、健康性评价值、经济性评价值的权重系数；A、B、C、D、E分别为节能性评价值、适用性评价值、舒适性评价值、健康性评价值、经济性评价值。

2)第二层次四类节能技术也都属于必要性指标，因此，它们之间也是加和的关系。

节能评价值：

(2)

A为节能性指标；ai为第i类节能技术的评价指标的权重系数；Ai为第i类节能技术的评价值；a1、a2、a3、a4分别为节能产品、光环境、配电系统、控制系统节能技术评价指标的权重系数；A1、A2、A3、A4分别为节能产品、光环境、配电系统、控制系统节能技术评价值。

3)第三层次的评价指标，会随着照明工程所用产品的不同、配电系统的不同、所在城市环境的不同而选择不同的评价指标，因此，它们对于上一层次指标而言，它们之间是充分性的关系，在归一化的数学模型中表现为乘积的关系。

Xi=∏di,jXi,j=di,1Xi,1·di,2Xi,2·di,3Xi,3·…·di,jXi,j

(3)

其中Xi为第i类节能技术评价指标的值；di,j为第i类节能技术对应的第j个第三层次评价指标的权重系数；Xi,j为第i类节能技术对应的第j个第三层次评价值。

2.3 综合评价指标的计算

2.3.1 独立评价指标的赋值

对于每一个Xi,j：

1)当相关标准或规范中规定了指标的能效限值时，使用能效限值/实际值作为该指标的定量值；

以LED筒灯为例，对于A1,1的赋值，标准中给出了能效限值和节能评价值，则根据A1,1实际值满足的能效等级，选择该等级的能效评价值作为标准值。若该筒灯为能效二级，则A1,1=二级能效评价值/实际值。

2)当相关标准或规范中规定了指标的参考值或目标值时，以实际值相对参考值的符合性程度作为该指标的定量值。

3)当缺少标准依据时，使用专家评议法，由专家给出量化评分，再取平均值，经归一化后作为该指标的赋值。

专家评议时，遵循相同评分标准：显著不合理/增加耗能明显，赋值为1.4；不合理/增加耗能，赋值1.2；无明显节能效果，赋值为1；节能效果良好，赋值为0.8；节能效果显著，赋值为0.6。

使用相同评分标准，可以避免专家评议的结果过于分散，从而实现一次评议完成，避免了德尔菲法[16]对专家意见反复征集失去客观性的可能。

2.3.2 各评价指标的权重

本文中第一层分类指标权重和第三层指标权重采用的是主观赋值法，节能性指标权重采用的是客观赋值法。具体如下：

1)第一层分类指标权重。

经过专家评议,研究提出以下权重系数：

a=0.4,b=0.2,c=0.2,d=0.1,e=0.1

即式(1)为

Y=0.4A+0.2B+0.2C+0.1D+0.1E

(4)

2)节能性指标权重。

综合相关文献资料的数据，LED产品相对传统灯具的节能约为60%，光环境节能效果约为10%[17]，配电系统节能效果约为20%，控制系统节能效果约为30%[18]，a1∶a2∶a3∶a4=60∶10∶20∶30=6∶1∶2∶3，归一化后:

a1=0.50,a2=0.08,a3=0.17,a4=0.25

即式(2)为

A=0.50A1+0.08A2+0.17A3+0.25A4

(5)

3)第三层指标权重。

除特殊说明(例如：有标准或文献依据，或经过专家评议，认为某一项指标的权重明显高于其他同类指标)外，本文中为了简化处理，第三层指标的权重系数均默认为1。即式(3)可简化为

Xi=∏Xi,j=Xi,1·Xi,2·Xi,3·…·Xi,j

(6)

特殊说明：符合二级能效或节能评价值的指标，权重系数为0.8；符合一级能效的指标，权重系数为0.6；使用LED产品，D1,2权重系数为0.8；使用含汞气体放电灯，D1,2权重系数为1.2。

2.3.3 综合评价指标的计算

经过以上对于评价指标的选择、权重确认和赋值，将式(5)、式(6)代入式(1)，最终完成的综合评价模型为

(7)

根据以上综合评价模型进行归一化数据计算后得到的综合评价值的范围不同，照明工程可以划分为不同水平，表2是照明工程综合评价值代表的照明工程节能设计方案的技术水平。

表2 综合评价值及评价Table 2 Comprehensive evaluation value and evaluation conclusion

3 照明工程方案及综合评价案例

3.1 照明工程案例

本文选取具有代表性的传统照明工程案例——北京新保利大厦、LED照明工程案例——北京诺德中心和LED智能照明工程案例——北京三里屯通盈中心洲际酒店分别进行综合评价指标的计算，并进行对比分析。

案例一：北京新保利大厦照明工程，建筑总面积为109 997 m2，景观照明工程方案的主要参数有：采用三基色稀土荧光粉和效率为90.0%电子镇流器的T5防水荧光灯，光源功率为28 W，灯具功率为56 W/1.5 m，色温为3 000 K，光源初始光效为94 lm/W，2 000 h光通维持率为95%。根据GB/T 10682—2010《双端荧光灯 性能要求》和GB 19043—2013《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》，对于28 W 3 000 K T5荧光灯，初始光效1级为93 lm/W；2 000 h光通维持率为85%。根据GB 17896—2012《管形荧光灯镇流器能效限定值及能效等级》，对于T5-E，28 W T5荧光灯电子镇流器，镇流器效率符合1级89.8%。根据JGJ/T 163—2008《城市夜景照明设计规范》，夜景照明工程(大城市)中建筑物立面反射比为0.3～0.6，照度值为200 lx，亮度值为25 cd/m2，功率密度限值为8.9 W/m2。

案例二：北京诺德中心照明工程，项目总建筑面积约70万m2，使用节能LED灯具，光效达到85 lm/W，灯具功率为15 W/m。由于采用LED灯具替换传统灯具，部分标准值和节能要求参照使用T5的要求。

案例三：北京三里屯通盈中心洲际酒店照明工程，建筑最高点高为150 m，使用LED RGB灯具，采用CREE全彩三合一贴片光源，灯具光效为42 lm/W，灯具功率为10 W/m，使用智能控制系统对LED灯具进行分区、分时自动控制，降低光输出功率，从而达到更好的节能效果。LED灯具嵌入式安装在幕墙装饰凹槽内，出射光经德国拜耳抗紫外线PC3103混光板扩散，最终获得均匀的发光效果，有效控制灯光对周边建筑的污染。经测试，灯具在全亮状态下，表面亮度最大值约为230 cd/m2，现场感受灯光柔和舒适。采用DMX512总线制控制方式，利用TCP/IP协议网络技术，对LED进行控制，实现平时、节假日、重要活动等模式的转换。因此，通盈中心的照明设计中，不光考虑了节能技术，更对灯具的发光均匀性和人们的视觉感受进行了优化设计，使照明效果更柔和、舒适。

3.2 照明工程案例综合评价值对比分析

经过计算，三个典型照明工程案例的各项第一层次指标评价值和综合评价值见表3。

表3 三个照明工程案例的评价值Table 3 Evaluation values of the three cases

案例一的综合评价值为0.89。仅仅从这一评价值来看，比照明行业的平均水平和基本要求是存在一定优势的。节能性和适用性指标在0.8附近，说明该工程从照明需求和节电的角度，使用了先进的节能技术，达到了较好的照明节能效果。但是健康性指标在1.2的范围线附近，说明该工程在健康性方面存在较明显的不足，原因就是由于当时技术所限，项目使用的荧光灯产品含有有害物质汞。

案例二的综合评价值为0.74。在节能性指标上具有非常显著的优势，小于0.6，但同时舒适性指标停留在1.0的范围线上，表明该工程的舒适性设计仍有进一步提升的空间。

案例三的综合评价值为0.73。五个维度的评价值均不高于0.82，表明该工程在以上五个方面都处于照明工程行业内的优秀水平，具有较好适用性的同时，也具有较好的节能特性，同时在舒适性、健康性和经济性方面也有良好的表现。

3.3 “EACHE评价法”对照明工程案例评价结果讨论

1)由表3可见，“EACHE评价法”针对不同工程案例，将照明产品光效、照明功率密度、分区控制、舒适感受等各类评价指标通过标准值、参考值和专家评议等赋值方法进行量化处理，利用归一化的数据使不同照明工程的综合评价结果相互可比，消除了不同照明产品及对应标准之间评价指标(值)的差异。这种归一化的量化处理方法，可以应用于不同应用领域使用不同照明产品的照明工程，使该评价方法的适用性较广。

2)“EACHE评价法”综合了照明工程节能性、适用性、舒适性、健康性、经济性五个方面的评价结果。如图1所示，可以直观地观察到案例一因使用含汞荧光灯在健康性方面存在的明显缺陷，案例二因使用节能LED在节能性方面的突出表现，以及案例三通过控制表面亮度和眩光在适用性和舒适性方面存在的显著优势。这表明该评价方法能够区分出不同照明工程在技术及其他方面的优势和不足，能够以量化直观的方式对照明工程进行较为有效的评价。

图1 三个不同案例的五维评价结果比较Fig.1 Comparison of five-dimensional evaluation results of three different cases

3)在对三个案例进行综合评价的过程中，需要较为全面的照明工程产品、技术、设计和实际照明效果的信息和数据，根据所使用的照明产品和应用场景来选择评价时的标准值或参考值，各指标权重系数参考了有关文献的研究成果，必要时通过专家评议进行补充评价，由此建立起来的综合评价模型使评价结果更为客观、合理。

4 结论

本文研究提出了照明工程方案综合评价的指标，及各评价指标的权重和计算方法，建立了从节能性(Energy-saving)、适用性(Applicability)、舒适性(Comfort)、健康性(Health)和经济性(Economy)五个维度进行评价的模型，即“EACHE评价法”，并使用该方法对三个典型的照明工程案例进行了评价分析，结果表明EACHE评价法可以直观、量化地表现照明工程方案在不同方面的优劣，对于照明工程设计和验收的评价具有参考性意义。

本文所给出的照明工程方案综合评价体系的研究尚未完善，第三层次的评价指标并不完整。未来，照明将更多地融入我们的日常生活，成为智慧城市建设的一部分，从而承载更多的功能。照明工程方案综合评价还有待进一步深入研究，以适应照明行业的发展需要。