建筑绿色照明设计研究.docx

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建筑绿色照明设计研究

建筑绿色照明设计研究

Buildinggreenlightingresearch

QIANYuyong（InternationalCenturyDesignOfArchitecturalCo.Ltd）

Date:

August 25,2015

Abstract:

Thearticleexpoundsthedesignideaofgreenlighting,emphasizedtheimportanceofbuildingtheuseofnaturallight,comparativesummaryofthecurrentrelativelypopularallkindsofgreenlightsource,especiallymadeasummaryontheadvantagesanddisadvantagesoftheLEDlightsource.Combinedwiththeactualcasethegropeforgreenlightingcontrolmodeandthesummary,emphaticallyintroducestheapplicationofintelligentlightinginthebuilding.

Keywords:

GreenlightingNaturallightGreenlightsourceLEDGreenlightingcontrolIntelligentlighting

摘要：

文章阐述了绿色照明的设计理念，强调了建筑物自然光的利用的重要性，对比总结了目前较为流行的各种绿色光源，尤其对LED光源优缺点做了总结。

结合实际案例对于绿色照明控制方式进行了摸索及总结，着重介绍了智能照明在建筑中的应用。

关键词：

绿色照明自然光绿色光源LED绿色照明控制智能照明

1引言

1991年1月美国环保局（EPA）首先提出实施"绿色照明（GreenLights）"和推进"绿色照明工程（GreenLightsProgram）"的概念，很快得到联合国的支持和许多发达国家和发展中国家的重视，并积极采取相应的政策和技术措施，推进绿色照明工程的实施和发展。

1993年11月中国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程，并于1996年正式列入国家计划。

该计划在“九五”和“十五”的10年中开展了大量工作，取得了丰硕成果，实现照明终端节电达590亿kWh，减排CO25000多万吨。

目前照明用电约占全国总用电量的12%，国家十分重视照明领域节能，绿色照明已被列入我国中长期节能十大课题之一。

1绿色照明的设计理念 

国家现行《建筑照明设计标准》GB50034-2013，第2.0.1条给出了绿色照明的定义：

“节约能源、保护环境，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明。

”

按照规范定义，我认为绿色照明应包括节能、高效、安全和舒适四个关键指标。

节能高效意味着消耗较少的电能获得足够的照明，并通过减少电厂大气污染物的排放达到环保的目的；安全舒适则要求光照清晰，柔和及不产生紫外线、炫光等有害光照，不产生光污染。

相对而言，节能和舒适性是绿色照明设计中更为关键的要求。

作为一名建筑电气设计人员，在平时的设计中应将绿色照明的设计理念贯穿于整个设计过程中，通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制器和控光器件等），来改善和提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。

2自然光的利用

2.1自然光的作用

光给我们温暖，我们充分享受着自然光带给我们色彩斑斓的世界，光照对人视觉功能的发挥着极为重要的作用，因为没有光就没有颜色和明暗的区分，也不会看到世间的美好。

光不仅是人对视觉、物体形状、空间色彩的生理的需要，而且是美化环境必不可缺少的物质条件。

人类向往光明，而建筑从根本上说是为了满足人生理，心理的需求而建造的，因此自然光在建筑中运用的正是人对自然光的需求。

自然光是无污染绿色洁净能源，也是取之不尽、用之不竭的能源，如果运用得当，从建筑技术角度讲，可以节约照明，机械用电，减少建筑能耗，改善空间的物理环境，增加人的舒适感。

2.2利用现代科技手段充分运用自然光

目前，利用自然光的方法通常有：

导光管法、光导纤维法、棱镜组多次反射法、平面反向镜反射法、光电效应法、光—热—电—光转换法等。

以下对于常用的导光管法和棱镜组多次反射法作简要介绍：

a）导光管法

用导光管将太阳激光器收集到的光线传递到建筑中需要采光的地方，如图1所示，能在室内的阳光下休息、在室内的阳光下办公、在室内的阳光下看书学习、在室内的阳光下用餐……而且导光筒可以安装在屋顶、地表、侧墙任何能采到光的地方。

导光筒顶上的采光器能过滤掉了阳光中很大部分的有害成份紫红外线，同时对太阳光中的具有放射性的射线也进行了排除，给人类提供了安全阳光新概念，不用担心在阳光下皮肤会变黑和灼伤、人体缺钙，也不用为夏天强烈的紫外线辐射而担心。

它的工作原理是将室外的自然光线通过采光罩引入通风系统，经特殊制作的光导管道传送从系统底部的漫射装置把自然光均匀漫射到室内每一个角落。

b）棱镜组多次反射法 

用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。

如美国加州大学的贝克利实验室提出用于解决一座十层大楼的采光问题的方法，澳大利亚用这种方法把光送到房间10米进深的部位进行照明，英国用于解决地下和无窗建筑的采光等，都受到了比较好的采光效果。

但在设计时需注意的是，自然光导光系统只能用于一般照明，不可用于应急照明。

当采用自然光导入系统时，宜采用智能照明控制系统对人工照明进行自动控制。

在具体的设计时，需对建筑采光、自然光在建筑中的作用进行综合分析，建立建筑物的采光设计模拟，计算大量数据后方可实现。

图1自然光的实际利用-导光管法

3绿色照明的实施途径

除了对自然光的利用作为绿色照明首要考虑因素外，绿色照明还可以从光学系统和配电系统两方面来考虑实现节能。

3.1照明光学系统的节能要素

a）选择高效光源和高效镇流器（包括灯变压器、驱动电源装置）；

b）选择高效灯具；

c）科学、合理的照明设计标准、方案；

d）建筑因素，包括室形（房间高与长、宽的关系）、室内各表面的反射比。

3.2照明配电系统的节能要素

a）合理的配电系统：

包括系统配置、线路截面、线路功率因数等；

b）符合标准的电能质量：

包括电压偏差、三相不平衡度、谐波限制、稳压措施、恒功率等；

c）照明控制方式：

包括开关灯、自动开关灯（门联锁、动静红外感应等），智能照明控制等。

4绿色高效光源的选用

　　绿色照明的实施途径中高效光源的选用是首要因素，一般根据光源的光效、色温、显色指数、寿命和价格选择高效节能光源。

目前设计中常用到的光源有荧光灯、金卤灯、LED灯、高压钠灯等，以下对于各种光源优缺点及使用场合作相应总结。

4.1一般室内空间高度小于4.5m的房间，如办公室、商店、教室、公共场所等选用细管径直管形三基色T5荧光灯为主，以达到光效高、寿命长、显色性好的品质要求。

4.2室内空间高度大于4.5m且对显色性有一定要求时，宜采用金属卤化物灯，如体育场馆、高大工业厂房、商业场所等。

因金卤灯高显色性、长寿命、光效高的特点使其替代了荧光高压汞灯。

4.3高压钠灯的发光特性与灯内的钠蒸气压有关，标准高压钠灯光效高，显色性较差，适用于显色性无要求的场所，如室外道路照明等。

对显色性要求较高的场所，选用显色性改进型高压钠灯，高压钠灯可进行调光，光输出可以调至正常值一半，系统的功耗减少到正常值的65%。

4.4采用自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯（40～100W），节能率为30%~75%。

4.5讲到绿色光源，不得不提半导体发光二极管（LED），LED已有40多年的历史，是继第二代（气体放电灯）光源以后第三代新型光源，其发展速度之快，早已超过人们的预计。

以下重点介绍一下LED光源：

4.5.1LED主要优势和特点有：

a）光效迅速提高，目前为止，产品的实用光效可达70~90lm/W，据报导，美国实验室数据达230lm/W，预计在未来3~5年，实用光效有可能达到150~200lm/W。

b）启动性能好，快捷可靠，响应时间为毫秒级，可实现全光通输出。

c）调光方便，可控性强。

d）耐震动，耐气候性良好，寿命长。

e）不含汞，环保性能优。

f）LED在一定光束角内定向辐射，用于射灯，筒灯等灯具时，有利于提高下射光通比。

g）用于景观、装饰、广告、信号等场合，有多种彩色光LED，其良好的启动和调光性能，易实现多彩、动态变化的数字化控制，在商业性、娱乐性场所极具渲染性。

4.5.2LED目前存在的主要问题有：

a）目前LED芯片主要依赖进口，大功率（1W及以上）芯片还没有国产化，芯片缺少自主知识产权，我国已拥有很大规模的LED封装产业，但封装技术、材料和工艺，还存在一定差距。

b）缺乏统一标准，包括LED灯具系统、驱动电路等，产品水平良莠不齐，各家产品规格各异，互换性差，维修困难。

c）LED灯具的测试方法不统一，一些参数的测试还待研究，如显色性的测量与气体放电灯也不一定相同。

d）LED灯具产品技术上不成熟，还存在不少问题，如①散热问题；②目前多数LED色温偏高，在室内场所，光效不够柔和，不利于眼镜保护；③LED用作室内功能性照明，如何设计灯具的配光和控光系统，也是一个新课题；④LED照明的驱动电路，也需进一步优化和标准化。

e）价格过高也是推广应用LED照明的又一障碍。

f）缺乏平稳有序的发展态势。

短短几年，几千家企业挤入LED照明，有一些企业在模仿中制作，低水平重复，靠夸大入市，误导了使用单位。

4.5.3目前LED仍在不断发展之中，其未来应用前景是光明的，是典型的绿色高效光源。

不过就现在来看其优势及问题共存，所以在什么场合适宜，什么场合不适宜选用LED对于设计人员来说尤其重要，以下结合平时工程设计实际列举部分场所：

a）住宅或类似场所的楼梯间、走道装设节能自熄开关灯采用LED灯最合适，频繁点亮，响应迅速，节能效益可观。

b）疏散照明灯、疏散标志灯以及其他标志灯，还有部分备用照明灯适宜用LED。

c）商场重点照明的射灯，博展馆类建筑的射灯，以及公共建筑的筒、射灯适宜用LED。

d）酒店客房需调光的床头灯、床头上方阅读灯、夜灯、衣柜灯、吧台灯、开门灯、进门过道灯以及卫生间洗浴灯等适宜用LED。

e）局部照明灯，采用安全特低电压的检修灯适宜用LED。

f）视觉条件要求不太高的一般建筑的辅助场所，如走道、卫生间，一般用途的库房，风机水泵房等适宜用LED。

g）但对于一些功能性照明，要求显色性高，色温相宜，眩光控制好，均匀性好，以保证良好的视觉环境，同时要求有很高的照明能效的场所，如办公室、教室、控制室等，目前还不适宜应用LED来替换。

这类场所目前主流还是使用三基色直管荧光灯，其光效高，视觉效果好。

除了选用绿色高效光源，要想做到真正的绿色照明，还需很好的选用高效灯具，合理选择照度标准，使用低能耗、性能优的光源附件（如电子镇流器、节能型电感镇流器），同时选用高效合理的控制方式等。

由于其中内容较多，对于绿色照明的其他实施途径此处不一一展开，以下重点探讨一下绿色照明控制方式。

5绿色照明控制

绿色照明的实施途径中采用合适的照明控制方式是关键环节之一。

5.1常规的照明节能控制措施有：

a）照明系统采取分区、定时、感应等节能控制措施。

公共建筑具有天然采光条件或天然采光设施的区域，采取合理的人工照明布置。

在天然光到达的区域的照明，采用同一分支回路配电或分开关控制，以便根据室外光线合理控制室内相应区域的照明。

b）大面积照明的场所，按照最小功能区域划分照明配电分支回路，以便根据实际使用情况合理控制照明装置，节约能源。

c）建筑公共区域（如地下车库、走廊、楼梯间、门厅或道路等）的照明应采取节能控制措施，可采取感应延时、光控延时、声控延时控制或定时控制等一种或多种集成的控制方式。

d）旅馆的每间（套）客房应设置节能控制型总开关。

e）门厅、大堂、电梯厅等场所，采用夜间定时降低照度的自动控制装置。

f）除设置单个灯具的房间外，每个房间照明控制开关不宜少于2个。

g）当房间或场所装设两列或多列灯具时，按下列方式分组控制：

1生产场所宜按车间、工段或工序分组；

2在有可能分隔的场所，宜按每个有可能分隔的场所分组；

3电化教室、会议厅、多功能厅、报告厅等场所，宜按靠近或远离讲台分组；

4除上述场所外，所控灯列可与侧窗平行。

5.2除了以上常规照明节能控制方式外，对于管理要求较高的建筑，一般会将照明进行集中后台控制，节约现场管理人员成本，常用的方式有楼宇自动化控制（即采用接触器接入BAS系统控制）和智能照明控制。

接触器控制和智能照明控制两种照明控制方式各有特点，表1为两种方式比较总结。

比较项目

方案一（接触器控制）

方案二（智能照明控制）

系统功能

可以实现较为简单的模式控制，主要包括时间表控制和分组控制，一般为大面积区域控制

可以实现较为复杂的模式控制，包括时间表控制、分组控制、亮度控制、调光控制、红外感应控制等

可操作性

一般，在控制室集中控制

强，除在控制室集中控制外，还可以在操作方便的地方灵活设置面板开关，实现各种模式控制

扩展性

难，需要重新接线

容易，修改控制模式只需修改软件，不需重新布线

接口协调量

大，与BAS均为硬线接口

小，与BAS为通信接口

光源寿命

电压波动影响寿命

采用软件启动延长寿命

节能效果

运营过程中较难实现节能效果

可通过调光降低能耗

工程投资

较低

较高

表1照明控制方式比较

通过比较，采用智能照明控制可以实现灵活的控制方式，同时对灯具也有一定的保护作用，延长光源寿命，不过也有工程投资较高等问题，所以在实际设计过程中应根据工程实际及建设方意见来选择合适的控制方式。

6智能照明系统

智能照明系统已成为当今绿色照明控制的主流技术和发展趋势，它有一套独立的控制协议，相对BAS系统来说比较简单，由于系统独立，不受其他系统干扰，完全能满足对照明控制的需求，价格也越来越有竞争力。

目前智能照明控制系统多数采用现场总线技术，具有分布式智能控制的特点和开放性；而且产品具有多种接口单元（RS232、以太网等）和功能强大的接口程序，许多系统或软件均可方便地与之集成。

因此，采用智能照明控制系统会使设计更简单，安装更快捷，使用更灵活，管理更方便。

一个优秀的智能照明系统可以提升照明环境的品质，改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量。

表2某商业中心公共部位智能照明控制功能表

表2为之前已设计完成某商业步行街公共照明，采用智能照明控制的功能表。

a）对于T1~T4开灯时段定义为：

T1:

9:

30~10:

00（营业前30min）；

T2:

10:

00~18:

00（营业至日落）；

T3:

18:

00~22:

00（日落至闭店）；

T4:

22:

00~9:

30（闭店后）；

b）对于照明回路A~H定义为：

A：

基础照明（步行街吊顶上的筒灯、金卤灯等灯具，不包含应急照明）的50%。

（照明回路A、B间隔布置）

B：

基础照明（步行街吊顶上的筒灯、金卤灯等灯具，不包含应急照明）的50%。

（照明回路A、B间隔布置）

C：

应急照明。

D：

用于调节“室内步行街端头等无采光顶或透明幕墙的特殊部位”的照度（与回路A、B、C间隔布置）。

F1：

采光顶吊装金卤灯的50%。

（照明回路F1、F2间隔布置）

F2：

采光顶吊装金卤灯的50%。

（照明回路F1、F2间隔布置）

G1：

装饰灯（T5吊顶灯带）。

G2：

装饰灯（廊桥侧板灯带、步行街侧板灯带）。

H：

导向标识、广告灯箱。

c）符号说明：

●代表开灯，其他空格代表关灯。

由以上实际案例可以看出，采用智能照明控制系统，通过软件编程可以把智能建筑中各种照明回路按经营需要在控制室进行集中自动控制，节约大量的人力物力，提升建筑智能化水平，实现绿色照明控制。

此外，对于车库照明、夜景照明、景观照明等也可以接入到系统中来。

目前，智能照明控制系统已经广泛地应用于建筑领域，室内、室外及各种场合，系统可以把智能建筑中与与电气控制相关的建筑环境、空调环境和视觉环境无缝地集成为一个控制监视系统，并综合考虑建筑物中与人员相关的各种环境因素，同时实现了建筑的安全性、舒适性和智能化。

7结束语

　　建筑绿色照明要求照明节能并不是降低照明标准，而是要满足对照明质量和视觉环境条件的更高要求，对于建筑电气设计也提出了更高的要求。

绿色照明不单有利于经济效益，更是着眼于资源利用和环境保护的重大课题。

通过绿色照明节能，从而减少发电量，降低燃煤量以减少SO2，CO2以及氮氧化合物等有害气体的排放，对世界环境与发展都具有深远意义。

　　参考文献  

[1]中国建筑科学研究院，GB50034-2013，建筑照明设计标准，北京：

中国建筑工业出版社，2013.

[2]江苏省绿色建筑工程技术研究中心，DGJ32/J173-2014，江苏省绿色建筑设计标准，南京：

江苏凤凰科学技术出版社，2014.

[3]任元会，照明设计新技术发展与应用，建筑电气，2012（7）.

[4]贾佳，建筑设计中自然光的运用，科协论坛，2013（4）.

[5]陈益民、许勇，针对绿色建筑的绿色照明设计要求及案例分析，绿色建筑，2013

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