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摘要：文章以建筑電氣照明節能設計作為切入點，采取調查法與經驗總結法，敘述建筑電氣照明系統節能設計技術的主要應用方向，并結合筆者自身工作經驗，簡要闡述建筑電氣照明系統在光源燈具選擇、照明供電、照明控制方式、天然光源利用、無功補償設計五方面的節能優化設計要點，旨在改善電氣照明節能效果。

關鍵詞：建筑電氣；照明系統；節能設計

如今，能源緊張已升級為全球性問題，在建筑行業發展中，建筑電氣照明系統節能的水平關乎我國能源利用率。照明系統功率因數低、電壓波動大會引起較大的電能損耗。因此，在低碳經濟時代背景下，為緩解能源供需緊張程度，控制建筑工程的總體使用成本與碳排放量，應提高建筑電氣照明系統的節能水平。

1建筑電氣照明系統節能設計技術的應用方向

1.1調節系統功率因數

高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈逐漸取代了傳統的白熾燈，由此取得顯著節能效果。然而，此類燈具多為感性負荷，在運行期間消耗部分有功功率，進而降低了電能的實際利用率，如高壓汞燈功率因數在0.4～0.65范圍、金屬鹵化物燈功率因數在0.4～0.61范圍、高壓鈉燈功率因數在0.42～0.6[1]。這一問題，使建筑電氣照明系統在運行期間產生較大線損量，供電線路與發電器等電源設備的潛在能力未得到充分發揮。因而，對功率因數的調節控制，是電氣照明系統節能優化設計的主要方向。

1.2控制電壓波動

熒光燈等種類燈具易受到供配電系統電壓波動的影響，由此造成加大電能損耗量、縮短燈具使用壽命的后果，與節能設計理念相沖突。例如，在某建筑工程中，配置熒光燈作為照明設備，將電源電壓額定值設為220V，如果電源電壓波動值超過±5%、低于210V或高于230V時，系統電能損耗量增長至額定工況條件時的1.07倍，照明燈具實際使用壽命縮減至預期壽命的0.94倍。這也是建筑電氣照明系統節能設計期間亟待解決的一項重要問題。

1.3合理化控制電氣照明設備能耗量

當前在部分建筑電氣照明系統設計方案中，出于改善室內裝飾效果、控制工程造價等角度著想，所選用照明燈具、電力用具主要起到裝飾美觀作用，設備自身工作能耗較高，沒有起到理想的節能效果。過于側重追求電氣照明設備的美觀性與裝飾性，沒有妥善兼顧美觀裝飾和經濟實用兩項設計要素，這一問題需要得到設計人員的高度重視。

2建筑電氣照明系統節能優化設計技術的要點

2.1照明光源與燈具的選擇

在照明燈源與燈具選擇環節，要求設計人員優先使用高光效節能燈源，重點考慮自然采光問題，還應滿足實際的建筑照明需求。例如，在較低與較高高度的建筑物中分別使用金屬鹵化物燈和熒光燈，金屬鹵化物等有著照明效果穩定與使用壽命長的優勢，熒光燈有著光效高、顯色好、節能環保效果顯著的優勢。在辦公建筑與酒店等場所內使用LED燈源和嵌入式筒等來取代熒光燈，此類光源燈具有著光通量大、效能高的優勢。LED嵌入式筒燈的光通量為7800lm，而普通環型熒光燈與T8標準直管熒光燈的光通量僅為1250lm和1350lm。在建筑空間環境及周邊區域分布電磁干擾源、其他光源無法滿足使用需求的情況下，則采取普通照明白熾燈，不得因追求節能效果而影響到建筑照明系統的正常使用[2]。此外，對光源燈具的選擇，必須嚴格遵循《民用建筑電氣設計標準》（GB51348—2019）、《建筑照明設計標準》（GB50034—2013）等規范文件，要求設計人員全面掌握各類常用燈具的性能指標數據，根據建筑類型加以選擇。例如，在商場、大型會議室與禮堂等場所中，根據建筑照明設計標準要求，需要選用效能超過70lm/W的燈具，如選用效能為97.5lm/W的LED嵌入式筒燈、效能為87.1lm/W的T5熒光燈、效能為88.8lm/W的大功率LED燈。在具備頻繁開關燈要求以及調光要求的場所中，根據民用建筑電氣設計標準規定，可以配置LED等作為建筑電氣照明系統的主要光源[3]。

2.2照明供電優化設計

根據民用建筑電氣設計標準得知，建筑電氣照明系統供電節能效果的主要影響因素為電壓偏差、三相照明線路負荷不平衡與燈具設備，因而，在照明供電優化設計環節，設計人員應重點解決這三項問題。其中，對于電壓偏差問題，可采取在系統結構中額外設置有載自動調壓電力變壓器或是專用變壓器供電的措施。以有載自動調節變壓器為例，在照明供電期間可以自動檢測電壓值，在實際電壓值與額定值產生過大偏差時自動執行調壓動作，始終保持照明供時登福建筑電氣照明系統節能優化設計技術要點分析電電壓的穩定狀態。對于三相照明線路負荷不平衡問題，根據線路電流值來選擇適當的供電方式，如在電流值未超過60A時選取220V單相供電方式，在電流值超過60A時選取220/380V的三相四線制供電方式，同時，合理分配不對稱負荷，將最大相/最小相負荷電流與三相負荷平均值的偏差控制在15%以下。而對于燈具問題，以氣體放電光源為例，安裝電感鎮流器，并在不同相序線路中分接同一燈具的相鄰燈管。

2.3改善照明控制方式

在建筑電氣照明控制設計環節，設計人員預先做好項目資料分析與現場考察工作，對不同場所采取差異性的照明控制方式，在滿足建筑照明需求的同時，起到節能環保作用。例如，對于走道、大廳、樓梯間等建筑公共區域，應采取分區分組控制方式，將各處區域的自然采光條件與使用條件作為分區分組依據。對于自然采光條件較佳的區域，采取感知照明控制方式，設置一定數量的光傳感器，持續感知周邊環境光照亮度與自然采光條件，在自然光源可以滿足場所照明需求時關閉全部照明燈具，在采光條件不佳時啟動部分數量或全部的照明燈具，始終維持一個恒定的環境照度。對于一般照明可滿足照度均勻度要求的場所，則采取單燈控制方式，在場所內安裝若干座大功率、高光效的照明燈具。此外，還可在建筑電氣照明系統中安裝時間控制器，采取時間控制方式，對各處建筑區域分別制定時間控制方案，由時間控制器在特定時間段接通電路來開啟照明燈具，并在燈具開啟后由時間控制器統計燈具的持續工作時間，在統計值達到限定值后斷開電路，從而替代傳統的手動控制方式，避免手動控制不及時而增加照明系統實際運行時間、加大電能用量。

2.4充分利用天然光源

在傳統建筑電氣照明節能設計體系中，以控制系統運行負荷、合理配置光源、采取智能控制方式等作為主要設計思路，沒有對天然光源利用問題加以高度重視，電氣照明系統節能效果存在進一步增強的設計空間。因此，在應用節能優化設計技術時，設計人員應調整技術思路，在方案中采取光電效應間接采光或是光線導光采光等措施，做到對自然光源的高效利用，起到縮短系統運行時間、減少電能用量的節能效果。以光線導光采光措施為例，在建筑電氣照明系統中安裝采光裝置、導光裝置以及漫射裝置，通過采光罩等裝置將室外自然光線采集值光導照明系統中進行重新分配，再通過特質導光管傳輸至漫射裝置后均勻、高效的照射至室內環境當中，從而解決部分建筑室內空間自然采光條件不佳的問題。在一般情況下，相比于人工照明條件，光導照明系統可以將室內空間環境的視覺功效提升5%～20%，并具備直接傳輸自然光線的條件。

2.5無功補償設計

為解決建筑電氣照明系統的電路功率因數低下問題，可選擇采取并聯電容器的優化措施，以提高電路功率因數、減小線損量、充分挖掘電源潛力。例如，在某建筑工程中，初步設計方案中擬安裝100盞250W功率的高壓鈉燈，功率因數計算結果為0.44、供電電流為300A，線路電壓損耗與功率損耗量遠超過預期，因而在后續優化設計期間，選擇在電路上并聯設置適當容量電容器，起到提供容性無功功率、補償感性無功功率的作用。最終，將功率因數提升至0.8、供電電流降低至141A，線損量大幅降低，取得理想的節能效果，且線纜使用期間不易出現溫升過快現象。無功補償設計應注意以下問題。第一，補償電容器選用。不同型號電容器的容量存在差異，如果補償電容器選擇不當，將無法在運行期間提供足夠的容性無功電流，影響無功補償效果，可選用公式（1）來計算補償電容器的最佳電容量。（1）式中：P為電光源有功功率；f為電源頻率；U為供電電源電壓；φ1與φ2分別為補償前后的電壓電流相位值。同時，考慮補償電容器與所選光源的適配性問題。以氣體放電型電光源為例，雖然目標功率因數越高則節能效果越顯著，在電路并接補償電容器后受到電流畸變因素影響，會抑制功率因數的提高，使目標功率因數與實際功率因數間產生差值。第二，補償電容器安裝設計。根據建筑類型來選擇適當的補償電容器安裝形式，常見形式分為高壓集中式、低壓局部集中式、低壓集中式、單燈式四類。高壓集中與低壓集中適用于大規模集中式建筑電氣照明系統，低壓集中適用于辦公建筑、作業車間等實施照明單元分片、分路補償的場所，單燈式適用于任何照明場所，可以向燈具獨立提供無功補償的場所。

3結束語

綜上所述，在建筑電氣照明設計方面，節能優化設計技術的應用十分必要，是推動建筑業可持續發展、響應低碳經濟發展號召的體現。設計人員應掌握節能優化設計要點，遵循實際出發原則，充分考慮建筑工程特點與照明需求，制定科學合理的建筑電氣照明節能優化設計方案。

參考文獻：

[1]瞿敏敏.建筑電氣照明系統節能設計研究[J].光源與照明,2020(12):23-25.

[2]孫垚,蔡彬峰,鄭國平,等.隧道照明燈具安裝方式及參數節能影響研究[J].地下空間與工程學報,2020,16(S1):389-395,402.

[3]陳怡,張志義,包宇剛.適用于照明和可見光通信的寬輸入電壓范圍的分段式LED驅動電路[J].電工技術學報,2018,33(12):2812-2820.

作者：時登福 單位：山東華邦建設集團有限公司