任元会:认真实施绿色照明,积极推进照明节能
kitelly
kitelly Lv.4
2010年12月03日 11:10:47
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一、全面理解绿色照明1 意义和进程 节约资源和保护环境是世界各国共同关注的重大课题,关系到人类社会经济的可持续发展。 照明与资源和环境关系密切,照明领域的节能日益引起各国重视。1991年美国环保署提出“绿色照明”的概念和实施办法,很快得到联合国及很多国家的支持和响应。 我国从1993年开始思想和技术准备,于1996年正式制订和发布《中国绿色照明工程实施方案》,在随后的十年中得到认真而有效的实施。

一、全面理解绿色照明
1 意义和进程
节约资源和保护环境是世界各国共同关注的重大课题,关系到人类社会经济的可持续发展。
照明与资源和环境关系密切,照明领域的节能日益引起各国重视。1991年美国环保署提出“绿色照明”的概念和实施办法,很快得到联合国及很多国家的支持和响应。
我国从1993年开始思想和技术准备,于1996年正式制订和发布《中国绿色照明工程实施方案》,在随后的十年中得到认真而有效的实施。
2 宗旨和目标
绿色照明的宗旨是推动节约能源、保护环境和提高照明质量,以适应和服务于我国社会进步和现代化进程。
主要目标是:
· 推广应用高效照明产品;
· 推进照明节电,实现照明节电10%的目标,预期到2010年照明节电累计1032亿kW·h;
· 通过节电,减少温室气体排放,到2010年累计减排二氧化碳4130万吨碳;
· 提高高效照明产品的质量和水平,扩大生产能力和出口量;
· 提高公众节能环保意识,更清楚了解高效照明系统的好处。
3 进行的主要工作
(1) 制订标准:主要有
· 《建筑照明设计标准》(GB50034-2004);
· 双端荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金卤灯等4种光源的能效限定值及能效等级;
· 双端荧光灯、高压钠灯、金卤灯等3种镇流器的能效限定值及节能评价值;
· 《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)。
(2) 提高节能、环保意识,进行宣传、培训工作
· 举办建筑照明设计培训班,2001-2005年共办30期,培训了设计人员三千多人;
· 举办大宗用户照明节能培训班,同期内共办15期,培训了企业主管节能人员和技术人员一千多人;
· 编制出版了各种绿色照明手册、指南十多种。
(3) 推广高效节能光源,进行试点示范。
4 主要成果
(1) 绿色照明工程实施十年(1996~2005)累计节电590亿kW·h,相当于二氧化碳(碳计)减排1700万吨,二氧化硫减排53万吨。
(2) 促进了高效光源的研制和推广应用,我国荧光灯与普通白炽灯生产量的比例从1995年1∶6.25变化到2005年1∶1.5,更高光效的三基色荧光灯、陶瓷金卤灯相继出现,新的LED光源快速发展。
(3) 我国《节能中长期规划》将绿色照明工程列入十大重点节能示范工程之一,为照明节能长期开展提供了政策依据。
(4) 《建筑照明设计标准》及《城市道路照明设计标准》颁布实施,LPD限值作为强制性条文,对提高照明系统能效起了重要的作用。
二、照明节能的技术措施
1 因地制宜,合理确定照度标准

(1) 《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)规定的照度标准值比1990年及1992年提高较多,已经达到或接近当今国际照明委员会 (CIE)的标准,反映了当前经济发展的需要。
但是我国幅员广大,东西部之间、城乡之间、不同建筑档次之间差距很大,要求不同,GB50034-2004的4.1.3和4.1.4条规定了照度标准提高一级或降低一级的条件,设计师和建设方应从实际要求出发,合理确定照度标准。
(2) 《城市道路照明设计标准》(CJJ45-2006)按不同道路规定了亮度和照度标准值,对每级道路规定了高低两档标准值,应按城市的性质、规模,以及交通控制系统和道路分隔设施完善程度选择高档或低档照度。
(3) 当前存在的主要问题
一些公共建筑,特别是商场,经营者力图提高照度以利于招揽顾客,使照度超过标准过多,甚至到营业时感到电费成本过高,再来降低照度。
一部分城市夜景照明、道路照明,领导者出于招商引资、发展旅游和提高市民生活质量、改善城市形象的需要,过多地提高了亮度(照度)标准。
应当遵循设计标准,因地制宜,提高技术和艺术水平,本着节能、环保、实用、经济、美观的原则,理性确定切合实际需要、又节约用电的照度水平。
2 合理运用照明方式
为了满足作业的视觉要求,应分别情况,采用一般照明、分区一般照明或混合照明的方式。单纯使用一般照明的方式,对节能不利。
对于精细作业场所,通常应区别不同作业面的视觉要求进行设计,对高精度作业面增加局部照明,而不应采取过高的一般照明来满足。
同一场所不同作业精细程度照度要求不同时,应分区段设计不同照度。
3 正确把握和处理照明质量和能效的关系
(1) 绿色照明的宗旨是要在保证照明质量、为生产和生活创建良好的光环境前提下节约照明用电。但是照明质量和能效是一对矛盾,如限制眩光过高要求,显色性过高要求,都将降低照明效率。
(2) 功能性照明场所,如生产场所、办公室、教室等,应采用直接光照明,不应采用反射照明,一般情况,不宜采用带透射比不高的漫射型灯具。
(3) 恰当把握使用场所的显色性要求,GB50034-2004规定,长期工作和停留的场所,光源的显色指数(Ra)不小于80。当前,三基色荧光灯、陶瓷金卤灯的Ra均大于80,而且光效比卤粉荧光灯、石英金卤灯更高,应推广应用。
但更高的显色要求(Ra>90),则将降低光源光效,只在有特别要求的场所(如医疗手术、颜色调配等)应用。
4 正确处理照明工程适用、节能环保、经济和美观的方针,接不同条件,分清主次,兼顾和协调四者之关系
当今在国民经济快速发展的形势下,有些人在追求美的同时,却滋长了一些过度虚华的浮躁心态,不寻求技术经济性能,忘却了节能环保的大政方针。这些年来出现了不少奢华的建筑,华而不实的景观照明工程,而符合要求的节能建筑却很少。
人们需要美,美的建筑装饰,美的景观照明,但必须考虑以下两个因素:
一是要根据不同条件(不同城市环境、不同功能建筑)区别对待;
二是要把美观和适用、节能环保、经济等因素结合和统一起来。
5 正确选用优质高效照明器材是提高照明能效的关键因素
从图1表示的照明系统能量转换可看出影响照明能效的各个环节。


图1 照明系统能量转换示意图

从图1可知,影响照明能效的主要因素有:
(1) 电光源的发光效能,即每瓦电发出的光通量(lm/W);
(2) 镇流器(或配套变压器)的能效;
(3) 灯具效率,即灯具光输出比;
(4) 房间的室形指数(RI),由房间的长(L)、宽(W)和灯具离工作面高度(h)决定,


(5) 房间各表面——墙、顶棚、地面的反射比;
(6) 按灯具光强分布状况设计的灯具布置。
除此以外,关系照明节能的其他要素还有:
(1) 电压质量;
(2) 照明灯的控制和调节;
(3) 天然光的利用及与人工照明的结合;
(4) 太阳能及其他可再生能源的利用及与照明结合。
下面分别对光源等照明器材的选择进行剖析。
6 合理选择照明光源
(1) 选择光源的原则
① 发光效率高,节能、环保效果好;
② 显色指数满足要求;
③ 寿命长;
④ 起点方便、快捷;
⑤ 性能价格比优。
(2) 光源选择具体要求
① 严格限制低光效的普通白炽灯应用:这已成为全世界各国节能 减排的共同要求。
一般应使用荧光灯,主要是自镇流荧光灯代替白炽灯;在一些开 关频繁、要求调光、有特殊装饰要求的场所,以及商场重点照明等,宜选用卤素灯。
限制白炽灯应用,当前重点是宾馆和家庭两类场所:对宾馆主要靠设计师、装饰工程师和建设单位共同努力,增强节能观念和责任来解决;对家庭主要靠政府运用价格政策引导。
② 在工业厂房和道路照明中,不应使用荧光高压汞灯,特别不应使用自镇流汞灯,应选用金卤灯或高压钠灯代替。
③ 较低矮场所应采用荧光灯,较高的场所应采用金卤灯或高压钠灯,高压钠灯用于显色要求不高的室内场所和道路照明。
对于功能性照明场所(如办公、教室、工业生产房间等)应采用直管荧光灯,而不应采用紧凑型荧光灯,后者主要用于有装饰要求的场所。对于更换光源很困难的场所,可选用寿命更长的无极荧光灯。
(3) 采用直管荧光灯应坚持以下四项要求:
① 任何情况下,应采用细管径(管径≤26mm)灯管,即T8、T5等类型,取代T12灯管,有明显的节能环保效果。
② 任何情况下,都应采用三基色荧光灯,不应再选用卤粉荧光灯。三基色灯管具有光效高、显色好、寿命更长的优势。虽价格贵(约贵一倍),但由于其光效高,不仅节能效果好,降低了运行成本;而且由于使用灯数减小,节省了灯具及镇流器的费用,反而使照明系统的总初建费用降低。
③ 采用大功率灯管:在功能照明场所(除外装饰性要求),应选择不小于4呎(近似1200mm)长灯管,即T8型36W、T5型28W,其光效更高。
当前,有一种不恰当的设计,办公室等类场所喜欢用2呎长灯管(T8-18W,T5-14W),因为3管灯具尺寸为600×600mm,认为和建筑天花板协调;殊不知,2呎灯管光效较低,镇流器损耗更大,综合两个因素,4呎管比2呎管的系统效率高20%~25%,初建投资也低得多。应当极力改变这种错误的方案。
④ 一般情况宜采用中色温灯管:光源的色表(用相关色温表示)选择,除建筑色彩特殊要求外,一般可根据照度高低确定:简单说,高照度(>750lx)宜用冷色温(高色温),中等照度(约200~1000lx)用中色温,低照度(≤200lx)用暖色温(低色温)。因为暖色温光在低照度下使人感到舒适,而在高照度下就感到燥热;而冷色温光在高照度下感到舒适,在低照度时感到昏暗、阴冷。多数场所的照度在200~750lx之间,用中色温光源更好;而且中、低色温的荧光灯光效比高色温灯更高,也有利节能。
设计师应改变过多使用冷色温灯管的习惯。
(4) 发光二极管(LED)的应用前景:LED是近年来兴起的一种新型光源,有四十多年历史,在近十多年来,氮化镓(GaN)生长、制造技术突破,蓝绿色LED的出现,相继解决了白光LED,使LED进入照明领域成为可能。
LED具有寿命长、颜色丰富、单色性好、耐震等优点。1999年成功用于交通信号灯,随即在广告牌、园林及建筑景观照明、建筑标志灯、空军机场标志灯等领域获得广泛采用。近二、三年,白光LED结合太阳能电池在村、镇道路照明也有大量应用,如北京市已使用了8万多杆。
LED发展快速,前景广阔,必将逐步进入照明领域,成为一种优质、节能环保的新光源。但还有一系列问题,如提高光效、封装、散热以及灯具配套等,有待继续解决,不应过分夸大和炒作。
7 合理选择镇流器
镇流器是气体放电灯不可少的附件,但自身功耗比较大,降低了照明系统能效。镇流器之优劣对照明质量和照明能效都有很大影响。其选择要求叙述如下。
(1) 镇流器选型:按《建筑照明设计标准》规定,直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器;高压钠灯、金卤灯应配节能型电感镇流器。总之,不能再采用传统的功耗大的普通电感镇流器。
(2) 镇流器的能效因数(BEF):BEF值是衡量其能效优劣的参数,但是BEF值很不直观,要经过换算,才能看出其能效之高低。BEF值表达见式(2):

式中:μ—— 镇流器的流明系数;
Ρ—— 线路输入功率,等于光源额定功率和镇流器功耗之和,W。
我国制订了3种气体放电灯的镇流器的能效标准,是采用BEF值评价。
(3) 直管荧光灯电子镇流器(以下简称EB)和节能型电感镇流器(以下简称SLB)的能效比较:由于EB是用几十千赫的高频电流供给灯管,使灯管的光效比工频时提高约10%,加之其自身功耗更小,所以配EB比SLB具有更高的系统能效。
表1为欧盟CELMA组织关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分,这个规定很直观,也比较科学,切合实际,而且和我国的GB50034-2004的规定很贴合。

表1 CELMA关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分

光源
额定功率
(W)
灯的实际功率
(W)
不同能效等级的系统输入功率(W)②
A1
A2
A3
B1
B2
C③
D③
50Hz
高频
时①
可调光电子镇流器
低损耗电子镇流器
电子
镇流器
超低损耗电感镇流器
低损耗电
感镇流器
普通电
感镇流器
高损耗电感镇流器
15
15
13.5
9
16
18
21
23
25
>25
18
18
16
10.5
19
21
24
26
28
>28
30
30
24
16.5
31
33
36
38
40
>40
36
36
32
19
36
38
41
43
45
>45
58
58
50
29.5
55
59
64
67
70
>70

① “高频时”是指T8荧光灯电子镇流器在20~60kHz高频电流下灯管实际功率(W)。
② 表中“系统输入功率”为灯管功率和镇流器功耗之和。
③ C级普通电感镇流器,欧盟已于2005年11月21日起禁止使用;D级早于2002年5月21日起禁止使用。

表1中的B1、B2级相当于我国的SLB,而C级、D级相当于我国的普通电感镇流器,均属淘汰或不推荐使用的产品。
从表1看,36W灯管的B1级比A2级多耗电约14%,而18W灯管的B1级比A2级多耗电达26.3%。
(4) 两类镇流器的谐波和功率因数比较
① 谐波:GB/T 15144-2005《管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求》规定,其谐波的限值应符合GB 17625.1-2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》的要求。该标准的C类(照明设备)的谐波电流限值列于表2。
2 C 类设备(照明)的谐波电流限值(灯的有功功率大于 25W

谐波次数
基本频率下输入电流以百分数表示的最大允许谐波电流含量(%)
2
2
3
30λ
5
10
7
7
9
5
11~39
3

注:1 功率不大于 25W 的放电灯, 3 次谐波不应超过 86% 5 次谐波不应超过 61%
2 λ为电路功率因数。


从表2看,25W以上的灯管配EB之谐波比较大,但还可接受;而25W及以下的,其3次谐波限值高达86%,3次谐波在中性线呈3倍叠加,使中性线电流达到相线基波电流之258%,则是难以承受的,必须引起设计师的高度重视。


建议照明设计时应采取以下措施之一:

a、一座建筑内不要大量选用≤25W灯管(包括T5-14W和T8-18W配EB者);

b、如必须选用,设计中应注明镇流器特殊订货要求,规定其谐波限值;

c、采取滤波措施;

d、按可能出现的3次谐波值设计照明配电线及中性线导体截面。


采用SLB时,一般说,谐波比较低,这是SLB优于EB之处。

② 功率因数:SLB的缺点之一是功率因数(COS)低,需要设计无功补偿;而25W以上灯配EB时,其功率因数(λ)很高,可达0.95以上;但≤25W灯配EB时,则由于谐波大,而导致功率因数(λ)下降,甚至可能降低到0.55~0.6,而且不能采用电容补偿,只能用降低谐波的办法解决。

(5) EB和SLB的其他性能比较

① EB的优点有重量轻,铜和钢材耗费少;使用高频时,频闪效应小,噪声低;可以实现调光。

② SLB的优点是寿命长;相对说价格较低。

综合以上比较可看出,电子镇流器更具发展前景,尤其是配用荧光灯应用将越来越广泛。


8 合理选择灯具

灯具对用安全、照明质量(眩光、照度均匀度、亮度分布等)和照明能效有很大影响,应该重视灯具的选型。

(1) 灯具防触电分类及接地要求

按G.B7000.1-2002《灯具一般安全要求与试验》(等同IEC60598.1:1999),灯具防触电分类为4类:

0类:外壳与带电体之间依靠基本绝缘;

Ⅰ类:除基本绝缘外,还有附加安全措施,即外露导电部分接地(接PE线);

Ⅱ类:除基本绝缘外,还有附加安全措施,如双层绝缘或加强绝缘;

Ⅲ类:防触电依靠安全特低电压(SELV)。

因此,GB50034-2004规定:“采用Ⅰ类灯具时,其外露导电部分应可靠接地”,是和GB7000.1-2002完全统一的。

民用建筑中很多灯具(如格栅灯、筒灯、花灯等)多为0类,其防触电安全度有限,如基本绝缘失效,则只能依靠环境条件。而新修订的IEC60598.1:2003标准作了重大修改,即取消了0类,随即我国标准GB7000.1也作了相应修改,并早已报批。如经批准颁布,自实施日起,将不能生产和使用0类灯具,而Ⅱ、Ⅲ类灯具毕竟较少,将来大多数灯具属Ⅰ类,照明设计中多数应配置PE线。

(2) 灯具效率

从图1看,灯具效率是照明系统能耗中一个重要环节。而灯具效率又取决于灯具属直接型还是浸射型或间接型、有无漫射罩或格栅等;还取决于反射面材料的反射比、反射面形状、出光口尺寸、光源尺寸等多种因素。

GB50034-2004规定了几种灯具的最低效率,但这仅是从宏观要求规定的最低限值,而不是最优值,设计中应从实际条件出发,选择更高效率的灯具。

(3) 合理选择灯具配光

合理的灯具配光,有利于提高光的利用系数。应根据房间体形,即按室形指数(RI)值选择:低矮而大的房间RI值大,如RI>1.5左右时,应选择宽配光灯具;RI很小时,宜选窄配光灯具。

(4) 正确处理灯具美观与节能的关系

在公共建筑中,应根据具体条件处理美观要求,既要和建筑整体装饰相协调,又要正确处理与节能的关系,以寻求良好的光环境和较高的照明能效。


三、认真实施“照明功率密度”( LPD )限值

1 标准规定LPD限值的意义

GB50034-2004规定了七类建筑108项常用的房间或场所的LPD值,CJJ45-2006也规定了4种城市道路12项LPD值,并作为强制性条文(除居住建筑外)发布,必须严格执行。

LPD限值是国家依据节能方针从宏观上作出的规定。因此要求照明设计中实际的LPD值应小于或等于标准规定的LPD最大限值。如果相等,说明是“合格”的设计;如超出,则是“不合理”设计。因此要求设计师努力优化方案,力求降低实际LPD值,使之小于,甚至大大小于规定的LPD值,做到“良好”或“优秀”的节能设计。

有的设计师不进行照度计算,运用标准规定的LPD限值来代替照度计算,确定灯数,是不正确的,违背了节能的原则。

2 设计中降低实际LPD值的措施

(1) LPD值和哪些因素有关?

LPD的表达式见式(3):

(3)

用利用系数计算维持平均照度(Eav)按式(4):

(4)

一个房间选择的光源(含镇流器)的平均光效表达式见式(5):

(5)

以上式中:

Σ Ρ——房间内装设光源(含镇流器)的功率和,W;

S ——房间面积,m2;

Σ φ——房间内装设光源发出的光通量之和,lm;

U ——利用系数;

K ——维护系数;

ηs——房间内光源(含镇流器)的平均光效,lm/W。

综合(3)、(4)、(5)式,经演算后得:

(6)

从式(6)可知:LPD和照度值Eav或正比,和及U成反比。要降低实际LPD值,设计中应取合适的照度,应尽量选用光源、镇流器和灯具效率高的产品,并优化设计方案。

(2) 降低LPD的措施

① 最主要的措施是本文第二部分所论述的措施,即选择高效光源、镇流器和灯具等,是最关键要素。如难以达到LPD限值时,可采取下列措施。

② 设计的照度计算值可低于规定的照度标准值,但不应低于其90%。

③ 作业面邻近周围的照度可以低于作业面的照度,一般允许降低一级(但不低于200lx)。如办公室的进门处及不可能放置作业面的地带,均可降低照度。

④ 通道和非作业区的照度可以降低到作业面照度的1/3或以上,这个规定符合实际需要,对降低实际LPD值有很明显作用。

⑤ 对于装饰性灯具,可以按其功率的50%计算LPD值。

⑥ 条件允许时,可适当降低灯具安装高度,以提高利用系数。

3 以办公室为例,分析实施LPD限值的可行性

有的设计师提出标准规定的LPD值难以达到,或者说面积较小的房间难以达到。事实上,规定的LPD值是宏观控制指标,留有一定余地。在正常条件下都能达到。例如,60~80m2的标准办公室和教室,最优方案和实际LPD可达到标准规定的LPD(现行值)的65%~70%。

以办公室为例,照度标准Eav为300lx,规定的LPD限值为11W/m2。如果选取T8三基色荧光灯36W,4000K,光通量为3350lm,选用电子镇流器,线路输入功率(最佳值)为36W。算出 =93lm/W,代入式(6):


经整理,U=0.37。就是说,只要利用系数U不小于0.37,就可满足LPD要求。


对于3.6×6m小办公室,灯高2.8m时,RI=1.1,

3×4m小办公室,对高2.8m时,RI=0.84。


按以上RI值,一般格栅灯都能达到。


四、结束语

(1) 全面系统理解绿色照明的概念,抓住节能环保这个核心。

(2) 节约能源,保护环境,减少温室气体排放,是全球各国共同关注的重大课题,联合国环境基金组织、欧盟、美、澳、加等国都提出几年内逐步淘汰能效低的普通白炽灯,把照明节能纳入了全球减排的大目标。

(3) 设计师要在整个设计过程中,紧紧把握节能的大方针,运用节能新技术,积极推广应用新型优质高效照明器材,严格执行相关标准,把握适用、节能、经济和美观的建设方针,力戒奢华之风气,克服华而不实的浮躁心态,以高度的社会责任感,为节能环保做出自己的贡献!


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wyg59420
2010年12月11日 17:54:00
2楼
很好:lol :lol :lol :time: :time:
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