建筑电气照明节能设计方法浅析

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摘要:随着社会经济与工业生产的发展，对于能源的需求越来越大，必须采取有效措施提高能源利用率。建筑电气照明占据居民日常生活中能源消耗的相当一部分，因此十分有必要对建筑电气照明节能技术进行深入研究。本文从建筑电气照明节能意义展开研究，提出建筑电气照明节能的设计原则和一种基于软件的节能控制方法。经过试验验证，本文所提出的方法，控制精度高，响应波动小，动态性能好，对于建筑电气照明节能效果显著，具备大规模推广应用的价值。

关键词:建筑电气;节能;控制系统

0引言

我国地大物博，人口众多，能源种类十分丰富，面临着能源短缺问题，因此节能减排已经上升为国家战略［1－2］。建筑电气照明的能源消耗占据广大群众日常工作和生活中能源消耗中的相当一部分，因此在保证照明质量的同时，也要对照明节能问题进行深入研究，对建筑电气的照明方案进行优化，实现能源的高效利用［3－4］。

1建筑电气照明节能的意义

照明作为建筑的一项基本功能，是建筑物实现其他功能的基本前提，照明功能必须与其他功能相互配合，才能够保证建筑物充分体现其作用。在建筑电气设计中展开节能设计，落实建筑电气照明节能方案，能够保证需要长期连续照明建筑的能源得到有效节约，实现建筑投资成本回收周期的缩短［5］。

2建筑电气照明节能设计原则

建筑电气照明节能设计的核心思想是节能，其设计还需要遵循以下原则展开。1)绿色环保原则:必须要以提高能源的利用效率为核心目标，从环境保护和能源高效利用的角度出发，制定照明系统的设计方案，实现经济、自然、人类的和谐匹配［6］。在满足居民日常工作、生活用电需求的同时，通过照明器材的选型和控制方式等手段，也要对照明系统的电能消耗进行合理的控制。在保证照明系统投资规模的前提下，得到较好的能源高效利用效果，并实现安全用电［7－8］。2)适用性原则:建筑电气照明的设计在于满足居民的照明需求，不能单纯追求节能目标而忽略居民的照明体验，这就需要照明系统设计师对建筑物的结构、电力负荷分布、照明要求等进行深入了解，以此为基础展开照明系统的设计。要保证照明的时长、照明色度、照明均匀度、照明对比度的功能性指标［9］。3)经济性指标:照明系统的节能设计必须结合时间的经济效益来进行，不能为了单纯地追求节能目标而进行高额投资，导致照明系统建设成本增加。照明系统设计师需要对整个照明系统进行综合分析，科学合理选择照明材料和照明设备，根据建筑物的实际结构，配置照明设备的数量和位置［10］。4)美观性原则:在建筑电气照明中，还需要考虑美观性因素，在确保节能性和功能性的基础上，进行美观性设计，做到节能和美观的平衡。照明系统设计师需要从全局考虑，兼顾多方面因素，结合实际情况完成建筑照明节能设计方案［11－12］。

3建筑电气照明节能控制系统

3.1系统硬件架构

建筑电气照明节能控制系统的硬件架构如图1所示。1)光感单元:在建筑电气照明节能控制系统的硬件中，光感单元是实现节能控制的一个重要部件，其主要功能是检测建筑物内的人员活动情况，然后根据实际情况在变化的时间点上设置合理的照明强度。光感单元会设定一个照明时间，当照明时间计时完成前2s会重新检测建筑物内的人员活动情况，如果检测到人员活动，则继续进行照明，反之则将照明关闭，从而实现建筑电气照明的节能。光感单元采用的器件型号为UYHWJK-09，能够实现远达150m的有效光感检测距离，配置为3+2路检测通道(3路常用通道，2路备用通道)，能够支持以太网(LAN)和串口(ＲS485和ＲS232)两种通信方式，通信协议为TCP/IP。2)控制单元:完成照明的控制功能，负责处理光感单元上传的建筑物内的人员活动情况，并进行相关数据处理，得到照明控制命令，最终通过脉冲单元输出。为了保证控制单元的运用效果，采用EIB控制系统，控制单元主要包括数据总线、控制执行器、其他零部件等，控制器采用灵敏度极高的材料，能够对信号进行高精度辨识，控制执行器采用继电器输出和NPN晶体管输出两种模式。3)驱动单元:驱动单元作为建筑电气照明系统的重要组成，负责提供照明系统的动力驱动，同时也是建筑电气照明系统中能量消耗最大的器件。在保证驱动单元功能的基础上，最大限度降低驱动单元的能量损耗，合理选择器件，选取电动机型号为HDI-027。4)脉冲单元:建筑电气照明系统中的脉冲单元负责将采集到的数据按照特定的规则进行脉冲输出，以实现对照明的有效控制，选用的脉冲单元型号为YU-09XI，其结构如图2所示。

3.2光照强度分析

通常情况下，建筑电气照明系统的节能措施是通过对光照度进行有效控制、合理配置相关运行设备的位置，同时对可再生能源进行高效利用。光照度控制是指控制电气照明的光通量，所谓光通量是指亮度的辐射通量，用来评价人的视觉光感，通过各个执行单元协同控制建筑物内的照明光通量，并根据相关传感器返回的数值，实时计算光通量的实际数值，达到规定的光通量后，由控制单元发出指令，关闭照明或部分关闭照明，不满足规定的光通量后，适当开启照明，进行光通量的调节，从而降低建筑电气照明系统的能量消耗。建筑电气照明系统的能量来自发电站，为了降低能量的损耗，可以缩短变压器与建筑的距离，减少能量在传输过程中的损失。可再生能源是建筑电气照明节能系统的研究热点，将可再生能源进行合理转化，以降低照明系统的能源消耗。建筑电气照明系统在进行照明的过程中，需要明确照明的时间需求、空间需求，以便进行细化的照明能源消耗统计。建筑物中的空间分布与门、窗、台阶等都存在关联关系，这就导致同样的空间格局所需要的照明量存在差异，所以不能够根据一种照明强度完成全部建筑的照明方案设计，必须对每一个建筑的照明强度进行单独分析计算，才能够保证照明效果的同时又达到能源消耗的降低。首先将建筑物进行虚拟化处理，形成一个三维的坐标系，其内部的墙体、门窗、陈设等都按照一定的规则进行转化，数据都进行归一化处理，具体的计算方法如下:式中，η为光通量;L1、L2、L3分别代表建筑内各个位置到光源的距离;λ为建筑内举架高度与光源高度的比值;S为建筑内的面积。任何照明光源的光束都是呈现发散式照射的，所以在进行光照强度计算的时候，将建筑空间认作半球体，光源发出的光与折射光垂直时，光照强度最强，约束条件为:Q(φ)=m1+m2cos(φ)+m3cos2(φ)+m4cos3(φ)(2)式中，φ为光源发出的光与折射光之间的夹角;m1、m2、m3、m4分别为建筑物内各个角落的位置。

4试验分析

在某建筑内对本文提出的方法进行验证，与基于BIM建模的建筑电气照明系统和基于KNA节能控制的建筑电气照明系统进行对比。每次测试照明强度无法保证完全一致，每次测试时间周期为24h，当三种方法全部完成测试，得到能量损耗试验结果如图3所示。根据试验数据，得到结论。在24h的测试周期内，基于BIM建模的建筑电气照明系统的无效照明时间最长，本文所提出的建筑电气照明节能系统的无效照明时间最短;在规定时间内基于KNA节能控制的建筑电气照明系统能量消耗最小，基于BIM建模的建筑电气照明系统能量消耗最大;三种建筑电气照明控制中，基于KNA节能控制的建筑电气照明系统稳定性最差，本文所提出的建筑电气照明节能系统稳定性最佳。综上分析可知，基于BIM建模的建筑电气照明系统显然不是建筑电气照明系统的最佳选择。当前情况下，我国对于建筑电气照明系统的稳定性要求高于建筑电气节能的要求。综合多方面因素考虑，本文所提出的建筑电气照明节能系统是建筑电气照明控制系统的最佳选择，兼顾多种影响因素，比本文所论述到的其他两种方法都更实用。

5结束语

在进行建筑电气照明节能设计时，需要根据建筑的实际特点，在建筑电气照明系统中设计光感单元、控制单元、驱动单元、脉冲单元等，构成一套完整的建筑电气照明节能控制系统，通过软件方法采集建筑区域内的实际情况进行计算，并对建筑内的照明进行动态调节，实现降低能源消耗。经过实际测试，对本文所提出的方法进行验证，既能够保证照明效果满足要求，又能够实现能源消耗的降低，具备大规模推广应用的价值，兼顾经济效益和社会效益。

作者:毛科学 单位:娄底市施工图审查服务有限公司