大学校园照明节能技术应用简析

冯国君

摘 要：随着经济的发展和人民生活水平的提高，能源过度消耗已经成为制约发展的重要问题。照明用电作为与我们日常生活息息相关的用电消耗，已占据全球能源总消耗的19%，具有用电负荷高、负荷分布广、节能空间大等特点，所以照明节能技术的研究和应用符合国家节能战略，有着重大的现实意义，近年来受到广泛的研究和关注。

关键词：照明节能；智能灯光控制；LED光源

文章依据现有国家标准，并结合了某校新校区校园建设提出一套较完整的建筑照明技术应用方案，并对节能效果进行初步分析和评价。下面将从光源选择、布置配电、智能控制和管理维护等方面作了介绍。

1 光源选择

目前市场上的灯具按光源分主要有三类：热辐射光源、气体放电光源和半导体光源。其中热辐射光源以白炽灯和卤钨灯为代表，由于光效太低已经很少使用；气体放电灯主要包括高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等，具有光效高，寿命长等优点，一般用于室内大空间和室外照明；半导体光源包括荧光灯和LED灯，荧光灯目前广泛应于室内照明领域，LED灯是一种新兴的高光效光源。本项目选择卤钨灯、金属卤化物灯（金卤灯）、荧光灯和LED灯四种光源作为灯具的主要选择类型，并针对其不同的特性分析对比应用于不同场合。根据各种光源的优势和缺点可知，LED灯和荧光灯的选择成为近年来争议的焦点。

根据国际知名灯具厂商提供资料，目前相同功率的LED灯价格约为荧光灯的2～3倍，但是LED灯具有光源效率高、不使用镇流器、功率因数高、使用寿命长等节能优势，相同照度下节约电能消耗30%～40%，预计一年内即可节省前期增加的开支，所以这里采用LED灯作为主要光源之一。

针对学校不同场所的照明要求，对灯具选择归类如下：卤钨灯泡显色指数高，主要应用于特殊医学实验室等对辨色有特殊要求房间的局部照明；大功率金卤灯一般功率较大，且光效较高，主要应用于体育馆，体育场等室内室外大空间场所；LED灯管光效较高，普遍应用于教室、宿舍、图书馆等学习场所；荧光灯管显色指数优于LED灯管，用于实验室等场所照明。

2 灯具布置与配电

前面已经谈到，照明节能必须在不影响照明质量的前提下。尤其在学校建筑照明中，满足照度要求是一切照明设计的基础。可以采取以下措施提高维护系数：（1）在不设吊顶的大教室或图书馆自习区等空间灯具采用吊链安装。（2）装修时墙面和顶棚采用高反射比涂料。（3）库房、宿舍等区域采用裸LED灯管，教室采用高漫反射格栅灯盘。

采取以上措施在保证照度和眩光值要求的同时有效减少了灯具的安装数量，达到节能的目标。此外，在照明配电设计中，通过合理设置配电箱位置、适当增加配电线径、三相平衡配电等措施有效减小线路损耗，达到节约电能的目标。

3 智能照明控制系统

3.1 系统选择

目前照明节能控制技术主要分为两大类，分别通过调光技术和智能感应开关技术实现。

（1）调光技术。调光技术主要通过串电阻调压和可控硅调压两种方式实现。其中串电阻调压本身并不能实现电能的节约，目前基本不再使用；而可控硅调压是通过控制晶闸管开关来实现对灯具两端电压和频率的控制，能够较好的满足灯光控制要求。但是这种方法也有很多缺点：首先系统复杂，成本过高，不适合大范围应用；其次采用可控硅导致电流波形畸变，人为引入了谐波和无功损耗；此外灯具两端频繁的电压变化会导致灯具使用寿命缩短。

（2）智能感应开关技术。智能感应开关技术指通过声/光感应模块、人体红外感应模块等收集环境信息，并进行智能分析对灯具进行分组开关控制，在满足使用要求的情况下避免电能的浪费。目前国际主流的解决方案是基于KNX协议的智能灯光控制系统。其硬件组成由设在中控室的智能灯控主机、分设在每个照明配电箱内的智能灯光控制器、不同种类的感应模块和智能灯光控制面板构成，以i-Bus总线相连，并在KNX协议框架下互相通信进行交互工作。智能灯光控制系统能够通过合理分组开关灯具实现节能的目标，本工程采用这种形式对公共区域进行照明节能控制。

3.2 实现方案

针对大学不同公共区域的不同使用特点，文章选取图书馆和公共走廊、楼梯间等典型区域的智能照明方案进行介绍。图书馆自习区对照度要求较高（300lx），传统管理方法往往无论是否有人自习都打开所有灯，这样虽然满足了照度要求，但是电量浪费严重。具体思路为：对自习区和公共走道进行分回路控制。利用每个自习分区的红外感应探测器（探测直径6m）判断是否有人自习，当区域无人自习时，切断自习区照明保留走道区照明，此时满足走廊照度要求（100lx）。当有学生进入该区域自习时红外感应探测器动作发出信号打开自习区域照明，满足学习照度要求（300lx）。学生也可以用墙上的智能控制面板进行多种模式的选择控制。公共走廊和楼梯间等区域的照明节能设计与图书馆类似。走廊采用专用红外感应探测器（探测范围：3m×20m），当有人进入走廊时智能灯光控制器点亮走廊照明。此外，中控室的智能灯光控制主机可以对整个大楼各个区域的照明进行分区、定时控制，能够有效节约无人使用区域的电能，达到很好的节能效果。

4 管理与维护

前面提到的都是设计方案，对于建筑照明节能来说，管理和维护环节也非常重要。为了方便节能管理，本设计方案在主要功能建筑设置了能源管理系统，利用设在中控室的能源管理主机采集分设在每个照明箱的智能电表数据，分区汇总电量使用情况、功率因数、计算波峰波谷和损耗，通过考核、限制、鼓励等方式培养用户节电使用习惯，达到更高的节能水平。另外，定期更换老化灯具和器件，对灯具表面进行清灰，可以有效提高式（1）中的维护系数指标，维持照度水平达到节能目标。

5 结语

文章结合某新校园建设从光源选择、灯具布置与配电、智能灯光控制和管理维护四个方面详细介绍了具体的节能措施，其中光源选择和智能灯光控制的采用与现有照明设计相比节能效果明显，综合节能效果达到50%以上，不仅能够实现节能减排目标，而且能够在一年内节省回因节能增加的投资成本，具有现实的应用价值，为今后相关新建项目提供了一种新的思路。

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