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关键词:站房照明 夜景照明 照度标准 节能
中图分类号:TU113.8
文献标识码:B
文章编号:1004-8537(2012)03-0106-05
引言
南京南站为京沪高铁五大枢纽站之一,是城市的重要建筑,象征着地方的门户。站房照明同时起着装饰建筑、美化环境、烘托气氛的作用。2011年6月,南京南站正式投入运营,这座历时数载,凝结着无数设计人,施工及管理人员心血的建筑杰作以其独特的照明设计风格吸引了众多关注(图1)。
在设计中,设计师们充分注重了建筑设计与照明设计的协调统一。实际上,早在建筑师进行建筑方案设计的时候,照明设计师虽未登场,照明设计已经在建筑师手中悄然开始了。怎样的旅客站房,既能在各种情况下保证旅客的安全,同时满足便捷舒适的交通需要,还能给人们留下深刻的印象和愉快的体验,而又能控制在较低的运营维护成本?当建筑师思考这些问题的时候,其实已在考虑照明设计,比如,采光的设计、分配各个区域的照度、如何运用光线表达空间形态、人们需要怎样的环境氛围和体验、建筑夜景将以何种面貌展现等等。
不过,建筑师的“照明设计”只是一个粗始轮廓。照明设计的特殊性在于照明设计是对光的运用,灯具只是塑造光的工具。没有任何一束光线或者一缕影子能体现在设计图中,所有最终图纸上所标识的灯具、连线、标注都似乎与光毫无关系。要保证完工后跟设计方案一致,实现建筑师心中的场景,就需要熟悉灯具并富有经验的照明设计师的精雕细琢。
总体照明设计特色
1 整体协调
(1)建筑化照明
强调照明是建筑的一部分,强调照明的目的在于创造光环境而不是用灯具装饰空间。无论是光还是灯具,都必须与建筑环境相协调,形成一个整体。灯光应努力体现建筑的特点,与建筑的硬质元素一起营造恰当的环境氛围。应尽可能隐藏灯具,努力做到见光不见灯。确实需要明装灯具时,应选用简洁、与建筑相协调的形式。
(2)注重照明的系统性
照明是一个完整的系统,应统一考虑自然光与人工光、静态照明与场景变化过程、照明与控制系统之间的相互关系,把它们作为一个整体来考虑。应充分利用建筑本身的自然采光材料,使之成为室内照明十分有利的因素。结合自然光的变化对人工照明进行相应的场景切换,是营造最恰当照明环境、节能的必要手段。同时,引入先进、有效的照明管理与控制系统也成为重要的考虑因素。
(3)室内照明与室外照明统一考虑
利用建筑外立面和屋顶的透光材料的特性,将室内照明和室外照明统一考虑。室内照明环境通过透明材料展示在室外,形成室外照明景观;室外照明灯光投射到室内,可以有效补充室内照明。
2 彰显文化
南京南站“古城新站”的建筑设计创意来源于对六朝古都南京这座城市历史文化的深厚理解。在设计创意时建筑立足于古城新站的特色主题,突出南京作为历史文化名城的文脉传承背景。建筑设计把文化性作为一个重要目标来考虑,照明设计也不例外。充分发掘照明中的文化属性,从照明氛围、明暗、光色等方面体现中国文化特色。对于建筑设计中体现文化性的元素,通过照明加以强调,使之得到更好的表现。
3 力行节约
照明设计主要从合理设定照度亮度、采用科学合理的照明方式、选择恰当的照明器具等方面综合考虑,通过精确计算和照明实验等手段,努力实现用最少的照明器具达到最佳的效果。同时通过利用自然光、选用高效光源、选用低能耗电器附件、选用高效照明器具等多个角度综合考虑,以期达到最优化的效果。
具体照明设计方案
1 总体概述
首先,照明设计应当满足使用者在各区域的照度需求,这不仅要按规范设定达到各个区域平均照度这样一个简单的静态指标,更要在相关标准的基础上,作适当调整,以应用于特定的建筑、功能和流线。
整体来看,入口、通廊一类重要的交汇点、人流密集的区域,照度可适当提高,而在室外、旅客休息的区域,照度可以适当降低。
出发流线:进站广厅和候车大厅中部通道,旅客以快速通过为主,人流量较大,需要较高的照度,以体现空间的高大明亮,让旅客在行进过程中更加舒适;候车大厅的两侧是候车区,旅客以停留等待为主,走动相对减少,照度相应稍低以适应旅客休息的需要:从候车区经过检票至室外的站台,按照相应的设计标准,照度逐步降低(图2)。
到达流线:旅客从站台下行至地下出站大厅,从室外到室内,照度逐渐升高。在出站厅内,中央区域的城市通廊照度较高,两侧的出站区照度稍低(图3)。
其次,除照度之外,灯具的布置方式也要适应不同的空间。进站广厅和中央候车大厅等高大空间,由于视野开阔,容易看到更多的灯具,因此需将灯具成组布置以扩大其间距,使顶面显得干净整洁。在净高稍低的大面积区域,则更注重考虑布置灯具的过程中不破坏吊顶造型的完整性(图4),避免形成过多的碎片。
2 重点设计
(1)室内部分
高架候车大厅是此设计方案中最复杂最重要的部分。位于建筑的顶层,地面标高22.4m。该层为旅客进站候车的场所,是旅客停留时间最长的空间。在空间形式上,主要可分为三大部分,即东西两侧的候车空间和中部的交通空间。两侧候车空间净空略低,天花高度约15m;中部交通空间较高,天花高度约21m。中部交通空间顶部设有南北通长的采光天窗,在空间序列上,建筑师将中华门、雨花台、南京南站这三点所形成南京南部城市中轴引入到站房设计之中。中华门独有的三重门的序列空间,被应用到候车大厅的设计之中,形成了造型独特三组藻井,空间仪式感强烈。
候车区域的照明采用间接照明与直接照明相结合的方式。间接照明由均匀分布在天花上的间接灯槽提供,此部分照明为整个候车区域提供均匀的、相对较弱的基础照明;在座位区增加筒灯直接照明,提高座位区的照度,满足座位区较高的照度要求。座位区的分布恰好与柱间相呼应,照明所形成的明暗交替与柱间配合,在大空间内形成一系列无形的小空间。
中部交通空间的照明形式主要为间接照明。利用天花的高差,在两侧低矮天花的造型内安装小型投光灯具,使中部天花形成连续的光带。光带的亮度由两侧向中间逐步退晕,使视觉效果更加生动。天花的反射光为中部空间提供大部分的基础照明。
中部屋顶的天窗在白天既起到了天然采光的作用,同时又是一个很重要的视觉元素。照明方案中布置了投光灯照亮天窗,一方面在夜间依然有一条发光的天窗,另一方面其反射光也是基础照明的一个补充,同时此部分照明也作为楼体室外照明使用,可谓一举三得。
中部交通空间布置的三个“藻井”是视觉的焦点,照明方案对此作了强调处理。采用顶部直接照明分别照亮幕墙钢架和内层的建筑构件,使其成为一个真正的发光体。藻井周围围绕部分软膜透光天花,结构比较复杂,要求灯具布置既要满足
地面照度和均匀度的要求,又要与屋顶构造很好的结合,同时,还需要能表现作为整个空间核心元素的藻井的建筑照明。
最初的设计方案是沿着藻井的三层结构,用在平行双梁之间的空隙安装三圈下射灯的布置,来表现藻井的层叠次序。并安装三圈线型LED投光灯,向上洗亮椽子,强化藻井的三层结构。整个大空间的吊顶,灯具环绕藻井和透光膜布置,并在藻井两侧区域各分布两列下射灯。
具有丰富车站照明经验的铁道部鉴定中心审查此方案时,认为该设计存在一些问题:在巨大的空间里,灯具的布置应简洁清晰,具有秩序感,如果天花灯具围绕屋顶的藻井和透光膜排列,则较为复杂,加上两侧单独的行列布置,就会显得凌乱。鉴定中心建议,采用3灯1组的形式,在顶面均匀布置。这样,灯组数量明显减少,并且具有一致的规律性。使整个条板吊顶显得干净整洁。在藻井区域,仅凭图纸很难判断,因此决定在现场试装,优化调整方案,并最终采用十字成组布灯,嵌装在平行梁交叉节点的方案。在其他区域,也对灯具布置作了相应整理,以保证天花灯具布置的规律性(图5~图7)。
(2)室外部分
本项目的建筑外观在整体上具有很强的现代感。简洁、庞大的体块结合大面积的玻璃幕墙、玻璃天窗,以及波浪形的站台雨篷,都透出极强的现代气息。而在细节处理上,建筑师又引入了一些传统建筑的元素,斗拱式的柱头便是很好的例子。在理解了建筑形式的基调的前提下,南京南站的夜景照明,照明设计师考虑通过灯光表现该建筑夜间恢弘庄重的形态和丰富的细节。整体形态上,勾勒出站房挑檐、站台雨棚形成的独特的天际线,并运用内透光体现建筑明亮高大的内部空间:落客平台和站台的立柱和斗拱,具有相当强的本土感和历史感,则是细节表达的重点。简明清晰的思路,简洁的照明手段,足以体现这座饱含地域特色及文化气息的建筑和南京六朝古都恢弘大气的神韵。
高空视点:对于本项目而言,从高空视点看到的建筑形象层次十分丰富。从地面向上依次为:地面、站台雨篷、候车空间上方屋顶、中部屋顶、天窗。照明方案力图充分利用这一层次关系,紧密结合建筑外形特征,为高空视点创造一个层次分明又不失大气的夜间形象。
天窗及中部屋顶的挑檐下将安装投光灯具照射其下方的屋面,形成退晕的光带。
站台雨篷的照明方案与室内照明类似,利用雨篷之间的叠加部分布置投光灯具,向下照射相邻雨蓬的屋面。照明形成的退晕关系,强化了层层波浪的效果。
平视点:本项目的东西立面被站台雨篷遮挡,因此平视点主要考虑南北立面。南北立面屋顶出挑较大,外侧有大柱支撑。照明方案拟用间接照明形式将屋顶底面照亮,使大柱成为剪影,形成光从室内延伸出来的视觉效果。柱顶安装小型灯具照射斗拱式柱头,严格控制照射强度,以期对柱头进行适当的刻画。
巨大悬挑的屋檐,亮度分布设计为两端亮、中间稍暗,突出强调悬挑30多米的檐角,使立面形成一种微妙却又宏大的变化,同时减少了中央区域的灯具数量,避免了在立面正中央立杆布灯(图8)。
3 方案优化
好的照明设计方案是项目成功的基础和前提,但设计方案的完成并非终结,从方案到最终效果的实现还有很大距离,这就需要不断的现场试灯、调整方案,将照明方案一步步优化。在此过程中,需要建筑师、照明设计师、电气设计师、建设单位(甲方)、部鉴定中心(铁道部主管建设和设计的部门)、施工单位共同努力,相互配合,缺一不可。
(1)制作样板
该部分是建筑设计过程中的一个重要环节,对于照明设计尤为突出。它有两方面的作用:首先,在认识层面上,无论室内灯光还是夜景照明,图纸、语言都无法精确描述,因此不能“看图说话、纸上谈兵”,需要样板作为讨论的基础,否则很可能是盲人摸象,各方对方案的认识无法一致:另外,在操作层面上,布灯和选型能否实现预想的方案效果,光凭计算和经验远远不够,特别是复杂的情况或重要的部分,样板和试灯能为比较和优化方案提供直观的技术支持。
在此建设项目中,建设单位和上级主管部门对制作样板试装灯具的认识充分,并提供了大力的支持,同时,由于甲方的支持和推动,施工单位也积极配合、快速反应。样板段试灯虽然看似增加了一些费用和时间,但极大加速了项目的顺利推进,也保证了照明的实际效果。这也是该项目成功的一个重要原因。
对站房建设的设计和工程方面,建设单位及其主管部门具有比设计院更为丰富的经验,他们在样板试灯、优化设计的过程中,提供了有效的建议和指导,让建设工程少走了不少弯路。
(2)试装调整
关键词:建筑电气;节能;照明设计
前言
当前,节能设计已经成为了建筑界发展的主要方向,这主要受到我国的节能理念的号召,并且已经将节能工作放到了首要位置,在人们的意识中已经深刻的认识到节能的重要性。在建筑工程中,电气节能是一项系统的综合的项目,要采取科学合理的方法来对建筑电气节能设计进行系统化的研究,为我国的建筑业提供发展的良机。
一、建筑电气照明节能设计的原则
1.绿色发展原则
当前在建筑电气照明节能设计中,绿色发展是及其重要的,其在满足建筑用户生活、工作、学习、生产的前提下又能很好地节约电能,减小耗能,又不对周边环境造成一定的影响。所以在建筑电气照明节能设计过程中,应在尽可能降低电能消耗的基础上,合理布置照明灯具及选择照明灯具的品种,如选用高效节能安全性能高的灯具,实现建筑电气照明节能和安全的目标。
2.经济效益原则
在建筑电气照明设计过程中,节能是一方面,经济效益也是其中重要的部分,必须加以考虑。要确保节能的长期受益大于节能设计的自身成本,让使用者可以明显的衡量出两者的中更经济的一方,以保证其购买使用。设计者在设计的过程中,要经过严密的预算与对比,确保节能设计的长期受益大于其本身价值,制作出对比方案,让使用者一目了然。本着节约的原则,确保使用者使用期间的能源支出经济支出达到最小,才是节约设计的本质目的。
二、建筑电气照明节能设计的策略
1.注重照明方案设计的合理性
照明设计计算说明:应按 《建筑照明设计标准》GB50034-2013 对各场所照明照度标准值、照明功率密度限值为依据,合理确定照明设计方案,不应随意提高标准。 依据《建筑照明设计标准》GB50034-2013 规定要求合理选择照度标准是照明设计的首要问题,过高标准会造成不必要的能源消耗,场所照度必须与所进行的视觉工作相适应。
设计师在进行照明方案设计时,应该针对场所的使用性质进行了解,照明方案进行相应的实践工作,确保照明方案能够具有优秀的实际使用性能,避免因为照明方案设计过程中繁多的照明方式而让设计师忽略了照明工程根本性的作用; 其次设计师在照明方案设计的过程中应该充分考虑到人体视觉对照明光线的具体触感,保证照明光线不会过于光亮或者过于薄弱而伤害到人体的视觉;最后设计师应该将照明工程的覆盖内容或者说照明工程的设计范围扩大到整体建筑的照明,不仅要考虑照明灯具本身的光线,也要充分考虑到建筑构造在灯光的照射下反射的光线,最大限度利用自然光线,保证照明设计方案的合理性、全面性以及整体性,同时也体现能耗最小的绿色概念。
2.加强对节能灯具的高效利用
节约电力能源,不仅要研发电气节能照明设计,还要将各种节能灯具配合节能照明设计一切运用。只有在使用电气照明节能设计的同时,配合使用高效的节能灯具,才能达到建筑电气节能照明设计的最大节能效果。否则,如不将建筑电气节能照明设计与高效灯具相结合,将会加大电能的损失。所以,节能照明设计配合高效节能灯具的使用是必须的,只有选对了高效节能灯具,才能使电气节能照明设备的设计成本降低,效果变强,一箭双雕。
3.注重照明方案设计内容中的照明方式
照明方式可分为一般照明、局部照明、混合照明。照明方式的确定对照明方案的整体性、美观性有着非常重要的升华作用,合理的照明方式也为采取相应节能措施创造条件。设计师应根据建筑物构造的具体需要以及建筑物的实际情况完成照明方式的设计工作,再有效的添加相应的节能措施,保证照明方式整体效果及环保节能要求。除此之外,设计师还可以在照明方式的设计过程中选择精巧细致或者别开生面的照明方式,有效的增强照明设计的美观性。另外,充分利用自然光线,照明光线与自然采光相结合的应用,也能改善工作环境,使人感到舒适,有利于健康。利用室内受光面的反射性,也能有效地提高光的利用率,如白色墙面的反射系数可达70%-80%,同样能起到节电的作用。
4.降低照明线路上的电能损失
由于电线上存在电阻,所以当电流通过的时候会有一部分电力被损耗。所以在选择电线的时候,要尽可能的选择电阻较小的电线来进行施工,并且,要通过减少导线的长度和增大导线的截面两个方法来减少线路的损耗。减小导线的长度。首先,应设计电路尽可能的走直线,少走弯路和特殊形状的路线,以减少导线的长度,并且少走回头的线路,以减少电能的损失。其次,要让变压器尽可能近的靠近符合中心,以减少供电的距离。最后,要让低压配电室尽可能的靠近竖井,并且由低压配电室提供的给每个竖井的干线,不至于产生支线沿着干线倒送的现象。增大导线截面。一是对于比较长的线路要加大导线的截面,以减少年运行费用,节约能源消耗。二是善于利用季节性负荷的线路,在用户不适用的时候,可以提供给长期用户作为供电线路使用,减少线路和电阻。
5.强化照明分时分区的目动控制
在进行建筑照明节能设计的时候,一定要加强对照明分时分区自动控制系统的分析与研究。在建筑照明系统中进行相关的运用,实现节能设计。此种控制系统,主要就是结合时节的变化,展开相应的划分。在白天的时候,能够自行关灯,节省电能。并且在照明程度降低到一定范围时,就能够自行开灯。通过这样的控制,实现照明节能。同时,在此控制系统,要求其感应器要一直对外界环境的照明程度进行感知。在实际工作中,一定要保证其具有很高的灵敏度,这样才可以保证其功能的发挥。除此之外,在一些特殊天气的情况下,可以适当地打开照明灯,在一定程度上实现了电能的节约。大概可以节能10%^-15%,促进了照明节能设计的可持续发展。
6.加强新技术的研究和引进
在建筑电气照明节能设计中,要充分重视新技术的作用和重要,加大新技术的研究力度,比如:对于一些光线较暗,而且又照不到的地方,就可以有效地利用光纤照明,达到照明节能要求。又比如:当前对于光纤照明和天然光的利用,就在很大程度上,推进了我国建筑电气照明节能设计水平。尤其对于高大的建筑而言,新技术的研究和应用就更加成为一种有效手段,由于高层建筑所要求的采光效果较高,而天然光的利用则正好可能达到其要求,并且因此,要加强对现代科技手段的运用,合理的利用天然光,改善人们的生活工作的环境,提高节能效果,增强人们的舒适感,加强对人们视觉的保护,确保人们身体健康,并且达到节能作用。
结语
综上,文章简要分析了建筑电气节能照明设计的原则及策略。一般而言,当前电能作为一种重要的能源得到了广泛的应用,也是我国能源消耗的主要组成部分。而在建筑用电过程中,除了空调用电以外,照明用电是主要的用电消耗方式。为了提高资源利用效率,节省电能资源,在建筑建设过程中要采用电气和照明节能设备,提高电能利用率,降低建筑用电量。在设计照明设备时,要尽量减少线路上的电能耗费量,提高系统功率,充分开发照明设备中的节能潜力。所以,在建筑设计过程中要对照明节能设备起到足够的重视。在科学技术快速发展的今天,各种新技术新设备都广泛的应用到建筑工程中,在建筑电气和照明设备方面也有各种新技术和新设备,将这些先进的技术和设备应用到建筑中,将对于我国的节能设计更加的有利。并且随着技术的发展,在未来的建筑业中将会有更大的发展空间。
关键词: 节能原则;自然光;高效光源;自动控制
中图分类号: S611 文献标识码: A
0 引言
二十世纪以来,建筑能耗的增长越来越快,人们对建筑功能及形式提出了的更高需求。但同时能源问题日益加剧,能源的合理利用问题刻不容缓,节能是缓解能源紧张的关键,是实现经济发展和社会进步必须的保障,缓解我国能源紧缺矛盾的关键[1]。如何高效的利用能源,保障长远经济效益,是我国建筑业发展的一项长期任务。
在民用建筑的电能损耗中,空调用电比重最高,约40%~60%,甚至更高,照明用电约占15%,给排水系统及电梯用电占10%~15%,以及供配电系统约3%[2],皆为建筑电气能源耗损。近年来,随着能源问题日益突出,城市拉闸限电等现象的加剧,建筑节能对电气的节能需求是越来越迫切。如今,建筑电气照明系统已经成为关系着我国民经济迅速发展的重要一环,意义重大。无论是配电系统,还是照明系统,其整个系统的节能,在既要满足建筑电气功能要求,又要保证安全舒适的前提下,尽可能地做到减少建筑电气耗能,是目前一大课题。
节能原则
上文已经提到,电能损耗中空调占到了绝大部分,其次就是照明系统。因此针对电气照明系统进行节能设计,将带来良好的能源节省效果。民用建筑的电气照明设计内容包括设计说明、光源选择、灯具布置、照度计算、安装方式、调光控制等。作为建筑电气设计工程技术人员,在熟知照明设计规范的前提下,还必须有对照明系统的优化节能意识,这首先应确定节能的原则[3]:
满足建筑物的功能要求,不能因为节电而降低标准,即在整个照明设计过程中,应满足其照度、色温、显色指数;满足建筑物的一些特殊工艺要求,如娱乐场所的一些电气设施、用电展厅的工艺照明及电力用电等,即需在整个系统在最佳运行情况下谈节能。
考虑实际经济效益,节能应考虑综合经济效益,因节能而过高地消耗投资,增加运行费用并不可取。设计应达到一个让因节能而增加的投资能在较短的时间内获得回收。
要节省无谓消耗的能量,节省无谓消耗的能量是节能的一大着眼点。首先应分析哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关或影响比重较小的,甚至在整个系统中可以近似忽略的,再考虑采取合理的措施节能。
节能方案
2.1电气照明设计优化方案
首先,我们应根据节能原则,在保证电气照明质量的前提下,尽可能节约照明用电。照明节能主要是通过采用高效节能照明产品、提高质量、优化照明设计等手段达到节能的目的,即不牺牲质量的节能。在建筑电气照明设计时,首先要根据各种建筑物的不同功能来确定相应的照明方案,一般可分为光照设计和配电设计两部分。光照设计又可分为数量化设计和质量化设计,数量化设计就是根据照明场所的功能和活动要求,在充分利用自然光照的基础上给予人工光照。在相应的设计过程中应进行方案比较,从技术、经济和节能等多方面进行综合考虑,不断的优化设计方案以达到节能的目的。
2.1.1 天然光的应用
据统计,我国白天照明用电占总照明用电的50%以上[4]。利用天然光照明,不仅能节约电能,而且自然光为人类提供了更好的工作光源,不仅提高工作效率还能保证工作人员的健康。国家标准《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)指出:有条件时,宜利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明,可见,低碳环保的自然光是办公环境照明的发展趋势。一个很好的自然光使用案例就是自然光光导照明系统在多层办公楼中的应用,这种系统也称光导采光系统,它主要是由采光区域,光导管和漫射区域组成。白天以天然采光为主,当天然光不够时,辅以恒定的人工照明,使窗户射入的天然光和室内的人工照明适当合理地协调,形成良好的照明环境,大大地节约能源。
2.1.2 人工光照设计
人工光照设计就是确定照明方式和照明种类,按照现行规范所规定的功率密度值的要求进行数据化处理计算,并确定合理的照度标准,不同场所应有目的地进行照明,且将同一房间照明进行分区等,以便在选择照度时区别对待。在有许多大进深和开间的写字楼内的办公室,首先应充分利用自然光,避免片面追求形式和不适当选取照度标准以及照明方式,坚持在不降低照明质量的前提下,有效控制照明功率密度值,优先采用分区的照明方式,要求高照度的场所可设局部照明;在工作位置经常变动的房间,设法采用灯具位置能调整的灵活的照明方案。在现行规范规定的基础上照明设计还需要质量化设计,即以人的感受为依据,考虑人的视觉和使用的人群、用途、建筑的风格、尽可能多的收集周边环境(所处的环境、重要程度、时间段)等多种因素,同时在达到照明质量要求的前提下,尽可能做到节约用电。
2.1.3 照明配电系统
在照明配电系统中,同一电压等级配电级数不宜超过两级。变电所应靠近用电负荷中心,略偏向电源侧,以缩短线路供电距离,减少线路损耗。电力设备无大功率冲击性负荷时,照明和电力宜共用变压器;照明安装功率较大时,宜采用照明专用变压器[5]。应选择低损耗配电变压器。系统除了电能总计量外,还应设置低压分项计量装置,并合理提高线路的功率因数。供给气体放电灯的配电线路宜在线路或灯具内设置电容补偿,功率因数不应低于0.9。照明三相配电干线的各相负荷应尽量分配平衡。合理选择电力电缆、导线截面。在满足发热、电压损失、机械强度的条件下,应按经济电流密度来选择其截面,从而达到降耗和经济的目的。
2.2 节能设备和器材选用方法
2.2.1 采用高效节能光源
应根据不同工程的使用要求,合理选用高效节能型光源。白炽灯曾因为便宜,安装维护简单等特点而被广泛使用,但其致命的弱点是发光效率太低,因此目前常被各种发光效率高、光色好、显色性能优异的新光源取代。在满足照明质量的前提下,应选用细管径直管荧光灯、紧凑型荧光灯。对灯具悬挂位置较高的场所的一般照明,宜采用高压钠灯、金属卤化物灯或镇流高压荧光汞灯,其综合费用低、视觉质量高,同时也节约能源[6]。除特殊情况外,不宜采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯,灯具悬挂位置较低的场所照明宜采用荧光灯。此外,在选用的同时还应考虑电光源的寿命、显色性、启动及再启动等主要性能。
LED 是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。具有寿命长、光效高、无辐射、低功耗、颜色丰富、起点快捷、可调光、耐震动、耐气候性能好、使用安全等众多优势[7]。目前外型与一般传统灯泡一样的 LED 灯泡已研制成功,这种发展迅速的光源,将会在未来的研发过程中在室内外照明中具有广阔的前景。
2.2.2 照明节能灯具设计及电器附件
照明灯具的选择对于发挥照明光源的最大潜力起着至关重要的作用。常用的灯具有控照型(或开敞型)和带保护罩的格栅式、透明式、棱镜式、磨砂式等,其效率各不相同,如磨砂或棱镜保护罩式反射率为55%,格栅式为60%,透明式为65%,控照式(或开敞式)为75%[8],且同一种形式的灯具反射板采用不同的材料其反射效率也不同,可见,通过照明灯具的设计及合理的选用也是实现照明节能的一个很有效的手段。
气体放电灯工作时需要附加镇流器、启动器等附件,均有能耗产生,气体放电灯的镇流器影响最大。提高镇流器的质量和效率,对照明节能很有意义,节能型电感镇流器和电子镇流器取代传统的高能耗电感镇流器是必然趋势。
照明设备控制方式优化
随着电子技术的发展,照明控制技术也在不断地发展。现代照明控制技术的发展趋势是将照明控制技术和智能控制、智能建筑联系起来,开发计算机智能照明控制系统。照明设备节能控制方式可分为手动控制与自动控制两大类。
3.1 照明手动控制
手动控制可利用手动控制开关对办公楼内的灯具进行分区、分组控制。在充分利用自然光的前提下,可适当增加设置照明开关点,以达到分区、分组控制灯具的目的。另外,采用节能开关可使灯具控制灵活、方便、节能,办公楼楼梯间、内走道等处,除应急照明外,宜采用节能自熄开关,如声控开关等。室外有关的照明灯具应采用光控开关等进行节能控制。
3.2 照明自动控制
未来,使用电子技术来指导照明已经成为不可阻挡的趋势。在条件允许的情况下可采用照明节电器、智能照明控制系统等方案。照明节电器是根据照明线路电压的波动情况、照明负载的性质,对灯具实行智能稳压供电,在任何时刻给灯具提供一个稳定、节电、不会影响照明效果的供电电压。且用户可根据需求,自行设置输出电压,对照明负载的运行时间和供电方式进行编程,最大限度地降低照明灯具的电能消耗。此外还有照明稳压节电器,使用后仅智能稳压所实现的节电效果一般就可达 20%以上[9],同时还可大大延长照明灯具使用寿命。智能照明控制系统是一种智能化的装置,其系统可是独立设置,亦可融入建筑设备自动化系统之中。该系统有以下几个典型特征:一是对被控对象分组编号,对于设计功能要求一样的照明灯可以统一管理,借助同一根运输线进行供电。二可引入智能控制开关实现对照明灯相关属性进行控制。通过计算机集成系统,可使照明系统在全自动状态下运行,此项技术的研究与发展将为建筑电气照明系统提供不可小觑的节能实力。
小结
近年来,电气照明系统的节能越来越受到人们的重视,其节能应在工程设计阶段就充分考虑选用合理的设计方案、节能设备和附件,同时利用一些合理和先进的照明设备控制方式来降低照明系统运行能耗,以达到符合低碳环保的“绿色照明”的目标。
参考文献:
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生态环境也产生了一定的影响,阻碍了我国国民经济的发展。建筑工程项目中的电气照明,
需要消耗的电能非常多。针对这一实际情况,在建筑工程项目电气照明设计的过程中,应当
采取有效的节能措施来降低能源的消耗,缓解我国电力企业在供电方面承受的压力,实现建
筑工程项目建设中节能减排的目标,促进我国经济的发展。
关键词:建筑电气;照明节能设计;技术
中图分类号:F407文献标识码:A
前言
就目前来看,随着我国经济发展速度的加快,能源的需求与消耗处于一个逐渐上升的趋
势,人们开始重视能源的节约利用。建筑工程项目中的电气照明,需要大量电能资源的支撑,
如何有效的节约建筑工程项目中电气照明消耗的电能,是建筑电气照明设计人员需要重视的
一个问题,这对于电能资源的有效节约有着非常重要的作用。一些建筑工程项目在建设过程
中,电气照明设计环节中的工作人员没有充分重视电能资源的节约,在建筑电气照明设计的
过程中没有采取相应的节能措施,导致大量的电能资源浪费。
一、建筑电气照明设计方案的合理确定
1.1选择合理的照明方案
建筑电气照明设计人员在选择照明方案的时候,应当根据建筑工程项目建设的实际情况
以及实际效果进行考虑,而不是将重点放在建筑电气照明设计的形式上。在安装了空调的房
间内进行电气照明设计的过程中,应当根据空调安装的位置对照明设备的位置进行合理的确
定,使两者能够有效的整合在一起。
建筑电气照明设计人员在对建筑工程项目进行分区设置的时候,可以采用电气混合照明
的方式,电气混合照明在颜色分辨率要求与标准较高的照明空间里也可以对其进行使用。建
筑物内,墙面上使用的粉刷涂料应当尽量选择比较浅的颜色,这样能够达到最佳的照明效果。
我国相关标准与规范中明确提出,建筑电气照明设计人员在对照明方案进行选择的过程中,
要保证照明方案中照明系数处于一个比较高的数值。
1.2选择合理的照度标准
建筑电气照明设计人员在确定建筑内部照度的时候,应当严格按照国家相关规定中的标
准进行合理的选择,还要根据建筑物内部中照明的实际情况与需求对功率密度进行确定。建
筑电气照明设计人员在实际操作过程中,可以参考国家在建筑电气照明方面的技术标准,结
合建筑物内部电气照明的具体情况,对建筑照度进行确定。
1.3选择合理的照明方式
建筑电气照明设计中,照明方式直接影响着建筑物内部整体的照明效果,电气照明设计
人员必须根据不同场所中对于照明的不同需求,选择相应的照明方式。一些场所在同一个区
域内,对于照明的需求也不相同,电气照明设计人员也要根据具体的情况进行分析与思考,
结合实际需求选择相应的照明方式,这样能够有效的降低能源的消耗。很多建筑物内部对于
光线亮度的要求比较高,但是照明设备的使用频率却比较低,为了降低电能能源的消耗,可
以在这样的建筑物内部中采取高低搭配的照明方式,在不要高亮度的时候开启一般照明设
备,在需要高亮度的时候则可以开启高亮度照明设备。
二、推广高光效光源的使用建筑工程项目建设人员在对电气照明进行设计的过程中,
应当按照国家相关照明标准与要求选择适当的照明光源,能够有效的提高电气照明的效率与
质量,主要体现在以下几个方面:
2.1灯具安装的高度
一些建筑内部面积比较大,一般都会将光源安装在比较高的地方,严重影响了光源的维
护与更新。针对这一实际情况,电气照明设计人员可以在空间面积较大的建筑中采用使用寿
命较长的光源,例如:陶瓷金属卤化物灯、高压钠灯等,在确保建筑物内的照明强度符合建
筑标准与要求的同时,还能够减少光源更新、维护产生的麻烦。
2.2建筑内部中低处安装的灯具
建筑电气照明设计人员在一些需要在低处安装灯具的建筑内,可以选择荧光灯。荧光灯
在建筑照明中的应用较为广泛,它的优点主要是使用寿命长、照明效率与质量高以及显色性
能强。一些直管类型的荧光灯的价值比较低廉,对于装修要求不太高的住户可以推荐其采用
这种灯具,经济实惠。
2.3合理控制热辐射光源的使用
热辐射光源的使用寿命比较短,在建筑内部中的使用会增加光源更新、维护而带来的麻
烦,影响建筑内电气照明使用的持续性与安全性,所以,在现代建筑工程项目建设中已经逐
渐被使用寿命较长的光源所代替。热辐射光源的启动速度非常快,所以在一些对于光源启动
速度要求、标准十分高的建筑内部中被广泛应用,例如:白炽灯;但是要尽量降低热辐射光
源的使用数量。
三、高效率节能灯具的采用
建筑电气照明中的每一光源都具备自身的特点,建筑电气照明设计人员在对这些光源进
行选择的时候,应当根据建筑内部中实际照明需求,对其进行合理的搭配,这样能够保证照
明效果达到最佳化。所以,建筑电气照明设计人员应当偏向于采用一些效率高的节能灯具,
有效的将照明过程中所产生的能源消耗控制在最低值,实现电气照明的节能目标。建筑工程
项目中的设计人员,在实际的电气照明设计环节中应当准确的对建筑内部中的占空比进行计
算,在计算的过程中要以建筑内部的实际高度与面积为主要依据,根据计算出来的结果选择
相应的照明灯具。电气照明设计人员还要重视建筑内部空间墙面上反射系数的计算,通过墙
面反射系数对照明灯具进行选取与调整,这样能够有效的降低能源消耗。
四、气体放电光源启动设备的选用
高强度气体放电灯中的镇流器功率消耗,一般为额定功率的15%,而荧光灯用电感镇
流器中的功率消耗,一般为额定功率的20%。电子镇流器的节点效果要高于电感镇流器,
电子镇流器自身的功耗与电感镇流器相比,降低的范围处于50%~70%,节能效果十分
显著。所以,气体放电光源的使用可以配备节能型电感镇流器与电子镇流器,但是建筑电气
照明设计在选用电子镇流器的时候,要充分的重视高次谐波会给供配电系统造成的影响,根
据具体的影响状况采取相应的解决措施,运用合理的措施对高次谐波进行有效的抑制与防
范,是谐波含量符合国家相关规定中的要求与标准。
五、建筑电气照明节能的设计
天然光源是建筑照明中非常重要的资源,所以建筑电气照明设计人员应当充分重视天然
光源的使用。天然照明系统的原理:建筑电气照明设计人员应当借助相关的采光装置接收自
然光线,将这些光线导致电气照明系统的内部,经过导光装置的特殊处理之后,自然光源就
能够通过电气照明系统底部中的漫射装置导入建筑内需要光线照明的位置。绿色照明是天然
照明系统中最主要的一个特点,能够充分的代替白天建筑内需要使用的电力照明,不需要消
耗任何的电能资源,也不需要进行维护、更新,实际使用效益与经济效益非常的高,而且自
然光源所产生的热量要远远低于电力光源的热量,降低了升温状况下空调的消耗,具有重要
的环保意义。
七、结语
建筑工程项目电气照明设计人员应当重视建筑电气照明中电能资源的节约,根据建筑工
程项目建设的实际情况,采取相应的节能措施,这样不仅能够提高建筑工程项目建设效率,
还能够有效的节约电能资源,降低国家电网企业供电压力。
参考文献
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(06).
Abstract: Electric lighting is a higher energy-consuming project in public buildings such as office buildings. During the design phrase of building electric lighting, to apply a series of energy efficient designs and measures is one of the effective methods to lower the energy cost of architectural lighting in office buildings. Energy efficient design for electric lighting is to use optimized designs, choose energy saving equipment and materials and take some reasonable and advanced control methods in lighting equipment so that the consumption of architectural lighting works in office buildings will drop in their function.
关键词:办公楼;电气照明;节能;设计
Key words: office building;electric lighting;energy efficiency;design
中图分类号:TU113.6 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)08-0074-02
0引言
国家标准《公用建筑节能设计标准》(GB50189-2005)第1.0.2、1.0.3条及其条文说明中指出,在公共建筑(特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等)的全年能耗中,大约有50%~60%消耗于空调制冷与采暖系统,20%~30%用于照明。从目前情况分析,这些建筑的围护结构、采暖空调系统,以及照明方面,共有节约能源50%的潜力。因此“电气照明节能”是一个众人关注的课题,并且这一课题贯穿于电气照明工程建设的设计、施工、运行、管理全过程。显然,对于电气照明系统节能控制,应在系统构成的初始阶段即工程设计阶段,就要充分考虑节能技术的应用,在设计方法上要以节能降耗作为工程设计的一个重要目标和终旨。在工程设计中做好电气照明设计方案的优化,正确选用节能设备和器材,对照明设备采用节能控制方式,从而达到电气照明工程的节能目标。
1电气照明设计优化方案
当前电气照明节能设计所遵循的原则是,在保证电气照明质量的前提下,尽可能节约照明用电。照明节能主要是通过采用高效节能照明产品、提高质量、优化照明设计等手段达到受益的目的,即节能但不牺牲质量。在建筑电气照明设计时,首先要根据各种建筑物的不同功能来确定相应的照明方案,一般分为光照设计和配电设计两部分,而光照设计又分为数量化设计和质量化设计,数量化设计就是根据照明场所的功能和活动要求,在充分利用自然光照的基础上,进行人工光照设计。在设计过程中应进行方案比较,从技术、经济和节能等多方面进行综合考虑,通过不断优化设计方案来减少电能损耗。
1.1 天然光的应用据统计,我国白天照明用电占总照明用电的50%以上。利用天然光照明,不仅能节约电能,而且在自然光下工作,人们不易疲劳,可提高工作效率,也能保证工作人员的健康,是未来办公环境的一种发展趋势。国家标准《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)第6.2.3条指出:有条件时,宜利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明。自然光光导照明系统在多层办公楼中的应用就是很好的案例,这种系统也称光导采光系统,它主要是由采光区域,光导管和漫射区域组成。白天以天然采光为主,当天然光不够时,辅以恒定的人工照明,使窗户射入的天然光和室内的人工照明适当合理地协调,形成良好的照明环境,大大地节约能源。当然自然光照的应用要与建筑其他相关专业共同讨论决定。
1.2 人工光照设计人工光照设计就是确定照明方式和照明种类,按照现行的建筑照明设计标准所规定的功率密度值的要求进行数据化处理计算。根据视觉作业要求确定合理的照度标准,不同场所应有目的地进行照明。同一房间内可分为工作区、交通区、非重要区等,以便在选择照度时区别对待。写字楼内设众多办公室,其中许多是大进深、大开间的办公室。一般情况下,应充分利用自然光,避免片面追求形式和不适当选取照度标准以及照明方式,坚持在不降低照明质量的前提下,有效控制照明功率密度值,优先采用分区一般照明方式。要求高照度的场所可设局部照明;在工作位置经常要变动的房间,设法采用灯具位置能调整的灵活的照明方案。国标GB50034-2004采用房间或场所一般照明的照明功率密度作为照明节能的评价指标,并且规定了照明功率密度的现行值和目标值。现行值是标准实施之日起执行,目标值执行日期由主管部门决定。如第6.1.2条为强制性条文,条文规定:普通办公室照度标准值为300lx时,其照明功率密度现行值不应大于11W/m2,目标值不应大于9W/m2。在此基础上照明设计还需要质量化设计,就是以人的感受为依据,考虑人的视觉和使用的人群、用途、建筑的风格、尽可能多的收集周边环境(所处的环境、重要程度、时间段)等多种因素,在达到照明质量要求的前提下,尽可能做到节约用电。
1.3 照明配电系统照明配电系统中同一电压等级配电级数不宜超过两级。变电所应靠近用电负荷中心,略偏向电源侧,以缩短线路供电距离,减少线路损耗。电力设备无大功率冲击性负荷时,照明和电力宜共用变压器;照明安装功率较大时,宜采用照明专用变压器。应选择低损耗配电变压器。系统除了电能总计量外,还应设置低压分项计量装置。办公楼宜按租户或单位设置电能表。分用户计算电量,有利于节约电能。合理提高线路的功率因数。供给气体放电灯的配电线路宜在线路或灯具内设置电容补偿,功率因数不应低于0.9。照明三相配电干线的各相负荷应尽量分配平衡,三相负荷不平衡度超过一定值,不仅会使各相电压偏差过大,还会使线路电压损失加大,增加电能损耗。合理选择电力电缆、导线截面。在满足发热、电压损失、机械强度的条件下,应按经济电流密度来选择其截面,从而达到降低能耗和运行费用的目的。
2节能设备和器材选用方法
2.1 高效节能光源的应用应根据不同工程的使用要求,合理选用高效节能型光源。国标GB50034-2004第3.2.3条规定:一般情况下室内外照明不应采用普通照明白炽灯。白炽灯虽有很多优点,如显色性好,起点简单快捷,调光方便等,但其发光效率太低,不适应节能减排的要求,工程应用中限制并逐步淘汰白炽灯是必然趋势。
2.1.1 荧光灯的选用荧光灯按类型分为直管形、紧凑型和环形等。国标GB50034-2004第3.2.3条规定:高度较低房间,如办公室、教室、会议室及仪表、电子等生产车间宜采用细管径直管形荧光灯。直管形荧光灯选用管径小于或等于26mm的细管径灯管,细管径荧光灯光效更高,更节能、节材,环保。必须选用稀土三基色荧光灯,其光效更高,显色性好(显色指数Ra>80),寿命更长。选用功率较大的灯管,功能性照明场所应选用不小于约1200mm长灯管。除装饰要求特殊外,不应选用600mm长的灯管,这种小灯管耗电要增加35%~40%。对大多数办公室照明场所,宜选用中色温荧光灯。中色温的荧光灯光效比高色温灯更高,也有利节能。紧凑型荧光灯接近点光源,主要用于办公楼、写字楼内装饰要求较高的场所,如会议室、接待室等。紧凑型自镇流荧光灯具有高光效、寿命长、启动快、电耗小的优点,适合于取代白炽灯。无极型荧光灯最主要特点是使用寿命长,主要适用于难以更换光源的场所。
2.1.2 LED光源的选用LED是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。其主要特点是:寿命长,有的可大于100000h;光效高,有的可超过150lm/W;无辐射,低功耗,颜色丰富,起点快捷,可调光,耐震动,耐气候性能好,使用安全。目前外型与一般传统灯泡一样的LED灯泡已研制成功,这种可调亮度的灯泡只需要6W的电力,就可取代60W的传统灯泡。大功率LED光源在写字楼等公共建筑中的应用,还限于建筑内楼梯间、走道标志灯、应急疏散标志灯和要求装饰性的厅堂照明等处。LED是一种发展迅速的光源,随着研发的推进,将会在室内外照明中广泛应用。
2.2 灯具及其附属装置选择在满足眩光限制和配光要求条件下,应选用高效节能灯具,并多选用直接照射型灯具。一般办公室可选用格栅式荧光灯灯具,有防水要求的房间可选用带防水保护罩荧光灯灯具,设备间等场所可选用开敞式荧光灯灯具。选择时应按国标GB50034-2004第3.3.2条规定:开敞式荧光灯灯具的效率不应低于75%,保护罩的不应低于65%,格栅式的不应低于60%。镇流器是气体放电灯不可或缺的电器附件,照明工程镇流器的类型和技术参数选择,对照明系统的节能和质量均有重大影响。国标GB50034-2004第3.3.5条规定:直管型荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。电子镇流器的能效高,使荧光灯起动可靠,可调光;噪声小,大大降低灯的频闪效应。但功率小于或等于25W的放电灯用电子镇流器时,在设计中应充分考虑谐波的影响。
3照明设备节能控制方式
照明设备节能控制方式可分为手动控制与自动控制两大类。
3.1 照明手动控制手动控制可利用手动控制开关对办公楼内的灯具进行分区、分组控制。在充分利用自然光的前提下,可适当增加设置照明开关点,以达到分区、分组控制灯具的目的。国标GB50034-2004第7.4.5条规定:每个照明开关所控光源数不宜太多。每个房间灯的开关数不宜少于2个(只设置1只光源的除外)。一般地,较小房间每开关可控1~2个光源,中等房间每开关可控3~4个光源,大房间每开关可控4~6个光源。办公室装设有两列或多列灯具时,宜按与侧窗平行的灯列分组控制;会议厅、报告厅、多功能厅等场所,宜按靠近或远离讲台的灯列分组控制。采用节能开关使灯具控制灵活、方便、节能;办公楼楼梯间、内走道等处,除应急照明外,宜采用节能自熄开关,如声控开关等。室外有关的照明灯具采用光控开关等进行节能控制。
3.2 照明自动控制在条件允许的情况下可采用照明节电器、智能照明控制系统等方案。照明节电器根据照明线路电压的波动情况、照明负载的性质,对灯具实行智能稳压供电,随时给灯具提供一个既稳定、又能节电,还不会影响照明效果的供电电压。用户可根据需求,自行设置输出的节电电压,对照明负载的运行时间和供电方式进行编程,最大限度地降低照明灯具的电能消耗。采用照明稳压节电器后,仅智能稳压所实现的节电效果一般就可达20%以上。同时由于照明灯具工作在较低的电压下,其使用寿命也可大大延长。智能照明控制系统是一种智能化的装置,有的系统是独立设置,有的则被纳入建筑设备自动化系统(BAS)之中。通过计算机集成系统,可使照明系统在全自动状态下运行。系统预先设置若干基本工作状态,根据预先设定的时间、采集现场的光环境参数,自动地使照明灯具在各种工作状态下转换。天气晴朗或阴暗时,室内灯会自动调亮或调暗,以保持预设定的室内光照度。工作区内,系统自动调节灯光,光照度会自动调节到人眼工作时的最舒适水平。靠窗的区域,智能照明系统会利用自然光,从而大大地节约了照明系统电能。由于智能照明系统能够通过高效的管理,根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行效果预先进行光照度设置,不需要的照明时,灯光会自动熄灭,并采用软启动和软关断技术,使得灯具的使用寿命延长,有效地降低了照明系统的运行费用。照明系统在采取这种智能化控制之后,就可以不受光源和灯具的限制,在计算机平台上对整座大楼的照明情况进行控制和管理。这就能在保证照明质量、提高照明效率的情况下,达到预期的节能目标,为整个大楼节约大量的电力资源。
3.3 智能照明节能控制系统案例图1为某办公楼四层智能照明节能控制系统图。该系统是一种由现场数据总线构成的分布式控制网络照明控制系统。系统中所有部件都内置微处理器,网上每个部件都赋有一个地址,通过一根五类四对双绞屏蔽数据通讯线将所有部件按链方式联接组成一个控制系统。系统部件主要包含一个主控模块和若干控制类、执行类模块以及扩展功能类模块。
系统采用时间设定控制、光线明暗控制、红外线感应等控制方式,接通和断开办公楼室内照明灯具,从而达到电气照明的节能控制目的。系统可以对室内多种电光源进行调光或开关控制,对各类灯具有完善的控制能力。调光驱动器接收总线上的信号,通过控制继电器和可控硅元件来调节照明灯具的开关和亮度,同时也向总线上回此灯具的开关和亮度状态。调光控制有利于节约电能,亦可实现工作区的最佳照度控制,确保了优良的照明质量。
4结论
电气照明系统是建筑物内的能耗大户,在工程设计阶段就应采用一系列节能设计措施,采用优化设计方案、选用节能设备和器材、采用一些合理和先进的照明设备控制方式来降低办公建筑照明工程运行使用中的能耗。这些措施在诸多的工程案例中都得到验证,这充分说明电气照明系统的节能在工程设计阶段就要重视,并采取行之有效的节能设计措施是可以达到预期的节能目标的。
参考文献:
[1]国家标准.《建筑照明设计标准》GB50034-2004[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.