公共建筑光环境提升技术实践

胡国霞

（华东建筑设计研究院有限公司，上海 200011）

0 引言

为加快实现“碳达峰、碳中和”的目标，我国绿色建筑发展按下“快进键”。根据统计，建筑照明能耗在建筑总耗能中约占30%~50%[1]，绿色建筑发展势必对建筑照明能耗提出更高要求。在追求建筑节能的同时，室内环境质量也逐渐成为建筑设计和改造的重要关注点。因此，提升公共建筑光环境舒适性和照明系统综合节能效益成为公共建筑光环境提升的重要研究方向。目前，LED作为第四代照明光源广泛应用于指示、显示、照明灯领域。相较于传统照明灯，LED灯工作电压低、电流小，具有较好的抗冲击和抗震性能，可靠性高、寿命长、控制方便、绿色环保。作为集诸多优势于一身的环保灯具，在“绿色照明”的大环境下，LED照明代表了照明行业的发展方向[2]。LED不仅可以提高照明效果，还可以大幅降低照明能耗，但其在实际项目的应用效果需要通过开展工程研究进行验证。本文以上海某公共建筑作为示范项目，开展了建筑光环境提升方面的研究，通过对设计方案论证、施工过程控制、实施节点把控、调试验收等方面进行精细化管理，示范工程满足了光环境提升的各项指标要求，达到了照明系统综合节能60%以上的目标。

1 案例概况

本示范项目位于上海世博片区，项目由一栋21层办公塔楼和4栋2~3层的商业裙楼组成的商业办公综合设施，地下3层，总建筑面积80 042.46 m2。本案例中选取该综合体内21层主楼的标准层办公室以及公共区域（走廊、电梯厅、卫生间）作为对象，开展建筑光环境提升示范研究，示范研究区域的建筑面积约4663 m2。

2 光环境提升方案

2.1 总体目标

综合考虑健康、舒适、节能、经济等因素，采用建筑照明一体化技术及高效照明灯具，并采用分时控制、分区域控制的多模式控制技术，提升建筑整体的光环境，实现舒适与健康的目的，并通过节能技术措施实现照明系统节能率不低于60%的目标。

2.2 不同功能房间的照度设计

建筑室内照明设计需要结合照明空间的功能需求实施，既要满足充足且均匀的照度，又要避免不合理照明带来的眩光，给在活动区域内的人提供一个舒适的照明环境。本案例中，按照不同区域内房间的照明需求，根据设计规范对相关房间或场所进行照明设计，房间和场所的照度、显色指数、统一眩光值、照明功率密度值选取如表1所示。

表1 典型房间照明设计

2.3 照明控制系统

（1）办公区域照明控制。采用智能照明控制系统可实现定时控制、照度控制、人体感应控制和智能面板控制，同时设置物联网关，基于蓝牙实现广播信息推送和数据信息交互，还可以实现定位数据的边缘计算。可以通过与灯光控制器、智慧灯具、智慧传感器等设备组成BLE Mesh网络，实现智能场景联动，同时，智能照明控制系统也是人员管理、资产追踪的核心设备，如图1所示。

图1 办公区域智能照明控制系统

（2）电梯厅照明控制。采用可调亮度色温一体化LED灯具以及智能控制技术，将电梯厅的暗槽灯带更换为亮度和色温可调的T5灯管，在满足照度要求的同时也使天花板更加清爽。独特的光学设计让光线更柔和，动态变化的色温让空间更舒适。区域配合基于时间管理的逻辑控制以及人体感应的传感器能从容应对高峰及空闲时间的照明需求，使节能更智能。照明设备可以根据需要进行调节，以适应各种照明场景需求，调光模块内含电能计量功能，可实时监测该区域的能源使用情况，为制定节能方案提供有效数据，以达到最佳节能效果，电梯厅实际效果如图2所示。

图2 电梯厅调光调色、人体感应控制灯带

（3）走廊照明控制。采用自动照明控制，正常工作时间全开，非工作时间改为减光照明，节假日无人时可只开少量灯。

（4）卫生间照明控制。洗手间均采用红外移动控制，人来开灯，人走灯具延时关闭。

2.4 建筑照明一体化模块/照明通风一体化模块

建筑与灯光的一体化设计就是将照明产品与建筑本体进行隐藏式设计，在满足灯光照明功能需求的同时，最大限度减少灯具对建筑装饰、吊顶、墙体的外在影响，实现将建筑与灯光融为一体的目标[3]。由于LED灯小巧、易控，因而可以极大满足建筑照明的定制化需求，因此，建筑照明一体化技术备受关注。

2.5 基于PLC的智能照明控制技术

本案例中采用了一套基于电力线通信技术的新型照明控制系统，解决了房间内照明控制器与灯之间进行低成本传输照明数据控制（亮度、色温、场景、开关等）的难题。与现有通信技术相比，该技术具有成本极低、体积小、免布线、距离长、抗干扰能力强等优点。新型电力通信解码芯片体积小、功耗低且无须天线，不受灯具外壳屏蔽的影响，方便嵌入各种灯具中。

本案例中，在建筑2层、3层安装相应的控制系统可以实现开关控制、亮度控制、场景控制、时序控制和远程控制，并可实现电能计量。

3 主要设备清单

本示范工程的主要设备清单如表2、表3所示。

表2 LED照明灯具设备清单

表3 电梯厅智能照明控制系统设备清单

4 效果评价

4.1 光环境现场测试

现场选取办公室、走廊、电梯厅和卫生间分别进行了测试，测试结果如表4所示。

表4 现场光环境测试结果

除走廊照明功率密度值略高，其他值均优于标准要求。

4.2 节电率计算

建筑照明节电率计算如下：

式中：ξL——建筑照明节电率；W0——年照明耗电量基准值，kW·h/（m2·a）；We——年实际照明耗电量，kW·h/（m2·a），为照明运行耗电量WLT与照明控制系统运行耗电WPt之和。

依据《绿色照明检测及评价标准》（GB/T 51268—2017），各场所的年照明基准电能耗值如表5所示。

表5 年照明基准能耗值

本示范项目耗电量基准值为19.30 kW·h/（m2·a）。

4.3 照明能耗测试及分析

本项目安装一套智能照明控制系统，能耗情况可根据智能照明管理系统进行持续监测和管理。

为分析计算本项目照明系统节能量，对物业办公室、21楼办公室用电进行测试，为分析效果，选择了不同的测试模式，如表6所示。

表6 实测照明用电量数据

4.4 项目节能效果

（1）办公室照明节能对比。为比对照度控制对照明能耗的影响，分别在21层选择其中2 d进行了对比，可以看出，办公区域仅照度控制就可以节能26%。

对于办公区域，本文选择物业办公室的能耗作为实测能耗的依据，截取连续3 d的测试数据进行分析。3 d（每天运行10 h）照明耗电量为26.83 kW·h，折合全年耗电量为2235 kW·h，实测单位面积照明能耗为7.98 kW·h/（m2·a），相较于办公区域照明基准值，节能率可达到71%。

（2）项目节能计算。测试表明，该项目实际应用效果良好，在满足光环境提升效果的同时，实现了节能率不低于60%的目标。建筑实际照明能耗如表7所示。

表7 建筑实际照明能耗

5 结语

公共建筑的照明系统能耗是建筑能耗的重要组成部分，应采取多种技术措施改善建筑的照明系统。提升建筑的光环境不仅可以满足照明系统的舒适性要求，还应达到节能降耗的效果，从而实现建筑的绿色低碳发展。本文以某公共建筑光环境提升工程为例，通过优化不同功能区的光照度、照明控制、采用先进软硬件配置，实现了建筑照明节能60%以上的目标。同时通过测试办公区域仅照度控制就可以实现节能26%，本示范项目对于类似公共建筑的建筑照明改造具有参考价值。