碳减排背景下浅谈绿色照明与照明系统的能效评价

杨少飞

(华诚博远工程技术集团有限公司，北京 100053)

0 引言

2021年国务院政府工作报告中指出，扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，制定2030年前碳排放达峰行动方案，优化产业结构和能源结构。在“双碳”战略的背景下，依据建筑电气节能领域相关的国家标准和规范，照明系统的节能成为了电气专业需要认真思考的一个问题。

1 碳排放与节能节电的关系

碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的组成部分是二氧化碳(CO2)，因此可以简单地将“碳排放”理解为“CO2排放”。 碳排放与我们的生活息息相关，据统计，地球变暖的因素中，50%是由CO2造成的，而大约80%的CO2来自化石燃料的燃烧。因此，碳排放与节能节电有着密不可分的关系。据美国的资料显示，每节约1kWh的电能，可减少大量大气污染物，具体可见表1。

每节约1kWh的电能可减少的空气污染物的传播量 表1

在我国，建筑业是经济的支柱产业之一，带动了上下游50多个产业的发展。但同时，全国建筑全过程碳排放总量占全国碳排放总量的比重达到51.3%。“双碳”战略背景下，实现建筑的节能减排尤为重要。这其中，照明节能有着巨大的节能潜力。

2 绿色照明的含义：节能、环保、安全、舒适

绿色照明是美国国家环保局于上世纪90年代初提出的概念。完整的绿色照明概念包含高效节能、环保、安全、舒适4项指标，缺一不可。高效节能意味着以消耗较少的电能获得足够的照明，从而明显减少电厂大气污染物的排放，达到环保的目的。安全、舒适指的是光照清晰、柔和及不产生紫外线、眩光等有害光照，不产生光污染。

GB/T 50378-2019《绿色建筑评价标准》中的第五章“健康舒适”对照明数量及质量、光生物安全性、LED产品的光输出波形(舒适性)作为控制项进行了规定；第七章“资源节约”将满足照明的功率密度现行值作为控制项，将采用节能型电气设备及节能控制措施作为评分项；第八章“环境宜居”中，将避免产生光污染作为评分项。 GB/T 50378完整的涵盖了绿色照明的四个含义。

需要指出的一点是，照明灯具的生产环节也体现了绿色照明的环保理念。在照明设备的生产材料方面，国家也在不断更新变革。继国家发展和改革委员会等五部门2011年发布了“中国逐步淘汰白炽灯路线图”后，照明产品又将迎来第二次重大市场变革。

环保部于2017年8月16日宣布生效的《关于汞的水俣公约》规定，从2021年起，中国将逐步淘汰公约中要求的含汞电池、荧光灯产品的生产和使用。VCM(氯乙烯，会产生含汞废水)生产行业实现单位产品的使用量在2021年降低50%(2010年的基础上)。到2032年，要关停所有原生汞矿的开采。公约将荧光灯产品和高压汞灯列入被限制和淘汰的产品，涉及的照明产品包括用于普通照明用途的紧凑型荧光灯，用于普通照明用途的直管荧光灯和用于普通照明用途的高压汞灯。这也将进一步推进了LED产品在国内的使用。

根据美国能源部《半导体照明在通用照明领域的节能潜力(Energy Savings Potential of Solid-State Lighting in General Illumination Applications)》报告预计，LED照明灯具正在慢慢的成为市场主流产品。表2所示即为美国能源部半导体照明市场发展预测分析表。

美国能源部半导体照明市场发展预测分析 表2

3 关于T/CECS 643-2019中的照明章节

在照明系统的能效评价方面可以参阅T/CECS 643-2019《公共建筑机电系统能效分级评价标准》(以下简称“标准”)。该标准对新建、改扩建公共建筑和既有公共建筑机电系统能效进行分级和评价。标准中涉及的建筑机电系统，主要包括暖通空调、给水排水、电气三个子系统。

根据标准的规定，公共建筑机电系统能效按照总得分进行分级评价，暖通空调、给水排水、电气分值均设定为0分～100分。对三个子系统进行评价后，总得分按暖通空调、给水排水及电气3个子项的权重进行取值。其中暖通的指标权重为0.55，给水排水的指标权重为0.15，电气的指标权重为0.30。公共建筑机电系统按总得分确定等级，且每个子项的得分不应低于50分，并分为下列3个等级：(1)一星级:机电系统总得分达到60～70分;(2)二星级:机电系统总得分达到71～85分;(3)三星级:机电系统总得分达到86～100分。

标准中照明部分的总得分为：照明产品评价10分、功率密度限制评价10分、合理进行照明控制4分、照明控制方式9分、光导管的利用2分。

综上，照明部分总分值为35分。占电气总得分的35%。结合电气的指标权重，照明占建筑机电系统能效评价的11.55分，占总体评价超过了10%。可见，标准对照明系统的能效评价给予了较高的比重。

4 照明产品的评价

标准对选用高效照明产品给予了10分。具体分值可以归纳为：光源的能效等级，2分；镇流器的能效等级，2分；灯具的效率，2分；灯具的功率因数，1分；LED照明产品能效，3分。

关于光源、镇流器和LED照明产品的能效，国家已对各类光源、镇流器和LED模块控制器等照明产品发布了能效标准。标准规定了光源及镇流器需满足相关产品标准的二级能效可得1分，达到一级能效可得2分。

梳理与照明产品相关的规范，包括但不限于以下规范：GB 17896-2012《管形荧光灯镇流器能效限定值及能效等级》，GB 19043-2013《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》，GB 19044-2013《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》，GB 19415-2013《单端荧光灯能效限定值及节能评价值》，GB 19573-2004《高压钠灯能效限定值及能效等级》，GB 19574-2004《高压钠灯用镇流器能效限定值及节能评价值》，GB 20053-2015《金属卤化物灯用镇流器能效限定值及能效等级》，GB 20054-2015《金属卤化物灯能效限定值及能效等级》，GB 38450-2019《普通照明用LED平板灯能效限定值及能效等级》，GB/T 24825-2009《LED模块用直流或交流电子控制装置 性能要求》。

关于灯具的效率，需满足GB 50034-2013《建筑照明设计标准》的规定。

关于灯具的功率因数，标准给出的依据参考了GB/T 31831《LED室内照明应用技术要求》、GB/T 24908《普通照明用非定向自镇流LED灯 性能要求》及GB/T 17263《普通照明用自镇流荧光灯 性能要求》的相关条文。值得注意的是，标准的要求略高于以上规范的要求，也就是在规范的下限基础上有所提高。

5 功率密度限制的评价

标准对LPD的评价标准分为3档：第一档满足GB 50034-2013《建筑照明设计标准》目标值，得4分；第二档在目标值基础上降幅5%～10%，得7分；第三档在目标值基础上降幅11%～20%，得10分。

据此可以分析，标准的条文鼓励利用高效的照明产品，根据使用场所，合理选择灯具类型及数量，严格控制LPD。值得一提的是在GB/T 50378《绿色建筑评价标准》的2019版本中，LPD评价的得分由2014版本中的8分调整为5分，且修改了2014版本中全部达到目标值和主要功能房间达到目标值的不同档位得分，统一为主要功能房间达到目标值。分值的降低也体现了，对于功率密度的限制，已经由原来的“加分项”逐渐转变为“基本项”的需求。

6 合理进行照明控制

本条的评价重点是照明的控制合理性共计4分，归纳如下：系统设计，1分；重点照明单独控制，1分；多种功能要求场所，1分；天然采光区域独立控制，1分。

照明控制的合理性主要体现在按使用条件和天然采光区域进行分区、分组的设置。例如，对于有外窗的区域，应尽量考虑到灯具于侧窗平行布置。对于教室、会议厅、多功能厅等场所按靠近讲台的方式控制。合理的照明控制有助于使用者按需求及时开关灯，避免无人管理的“长明灯”。照明控制可以提高管理水平，节省运行的管理人力，节约电能。

7 照明控制方式

本条共计9分，归纳如下：公共区域的自动开关控制，3分；非工作时间自动降低照度措施，3分；有天然采光区域随自然光的控制，3分。

本条需注意与前款提到的“合理进行照明控制”的区别。合理进行照明控制意在以区域进行划分，考察照明控制系统的合理性。本条评价的重点则是对已经确定的区域内照明控制方式进行评价。

标准对照明尤其是公共区域的照明，从自动控制、时间控制和自然采光区域照度控制三个维度进行了评价。采用的照明控制方式，直接影响到了照明系统的节能与正常使用二者间的平衡关系，照明节能的前提也应该在满足基本使用要求的前提下进行设计。

8 利用导光管系统

本条鼓励采用太阳能光源，使其对人工照明做一定的补充，共计2分。应根据地区的气候特点，综合考虑充分利用天然光，节约能源。

9 从设计及运行维护角度谈标准的应用建议

在了解了标准对照明系统的评价体系后，需要明确其对工程实践的指导意义。标准的应用范围是新建、改扩建的公共建筑和既有公共建筑机电系统能效进行分级评价。

本文从设计和运行维护两个角度进行剖析，这里提供一个现有项目应用T/CECS 643-2019照明章节进行设计阶段预评的参考。该项目位于北京，属于市属二级甲等医院，建筑面积65 000m2。照明负荷安装功率为449kW。照明灯具以LED光源为主。表3所示为该项目应用T/CECS 643-2019照明部分设计预评价得分表。

北京某项目应用T/CECS 643-2019照明部分设计预评价得分表 表3

从考虑照明系统的运行维护角度出发，对既有公共建筑机电系统能效进行分级评价时，其主要方法有查阅相关竣工图、产品样本、检测报告，并现场核实。对于照明系统的评价，国家也有相应的规范GB/T 51268《绿色照明检测及评价标准》作为依据。

10 LED灯具的现存问题：产品质量、色温与光生物安全性

前文提到了国家即将迎来的第二次照明产品变革，即LED光源将逐步占据更多的市场份额。然而对于LED产品在国内的推广，仍存有一下问题。

(1)国内目前LED灯具产品的质量良莠不齐，部分LED灯的谐波较大，远超过了相应产品标准的规定，导致其功率因数低，并没有充分发挥LED灯具较传统灯具的节能效果。

(2)大部分LED灯色温偏高，光线不够柔和，长时间处在这样的照明环境中，会使人感觉不适。

(3)LED产品在光生物安全等诸多领域还存在争议。根据GB 7000.1-2015《灯具 第1部分一般要求与试验》中，4.24光生物危害章节指出，光生物安全方面的要求包括辐射强度、辐射亮度等，并根据测试数据对产品进行危害分级，包括0类危险(RG0豁免级)、1类危险(RG1低危)、2类危险(RG2中危)和3类危险(RG3高危)共4个级别。灯具使用RG0无限制或RG1无限制级光源或完整装配后使用的灯具为RG0无限制或RG1无限制级时，蓝光危害不适用。然而，所谓RG0的灯具在国内仍没有相应的推广。

综上所述，在以节能为目的选择LED灯具时，应特别明确LED产品的质量要求。人员长期停留的场所应采用符合现行国家标准 GB/T 20145《灯和灯系统的光生物安全性》规定的无危险类照明产品。

11 《建筑电气系统能效评价标准》中照明部分的编制

目前由中国中元国际工程有限公司等主编的《建筑电气系统能效评价标准》，依托于国际电工委员会标准《IEC 60364-8-1 低压电气装置：能源效率》，旨在推进IEC标准的引入并对其进行符合中国国内能效评价体系的调整及转化工作。

《建筑电气系统能效评价标准》将从设计能效与运行能效两个维度对建筑电气系统进行综合评价。笔者有幸成为编制组的成员，并参与了其中照明部分的编制工作。对于照明系统的设计能效，除了T/CECS 643中的灯具参数外，对灯具的功率因数及LED灯具的质量也将作为评价重点之一。在设计能效评价方面，同时引入了IEC 60364-8-1中室内照明的自动控制覆盖度的概念(这一概念在国内也还未有相应的参考评价标准)。对于照明系统的运行维护能效，提出了采用设备替换功率的方法作为运行能效评价的指标之一，并在编制过程中给出了照明质量检测的详细条文解释说明。

12 结束语