城市建筑夜景照明的电气节能设计

王凯

摘要：现阶段，随着人们的节能环保意识逐渐提升，在社会发展的各个方面都体现出节能减排和降本增效的理念。在城市建设发展过程中，建筑夜景照明的电气节能设计逐渐受到工程设计人员的关注。因此，本文主要从灯具及开关电源的选择、灯具照明功能密度值、照明控制方式、电能计量方式、配电箱位置等角度探究城市建筑夜景照明的电气节能设计，以供参考。

关键词：城市建筑;夜景照明;照明电气;节能设计

Abstract： At this stage， with the gradual improvement of people's awareness of energy conservation and environmental protection， the concept of energy conservation and emission reduction and cost reduction and efficiency increase is reflected in all aspects of social development. In the process of urban construction and development， the electrical energy-saving design of building nightscape lighting has gradually attracted the attention of engineering designers. Therefore， this paper mainly from the selection of lamps and switching power supply， lighting function density value， lighting control mode， electric energy metering mode， distribution box position and other angles to explore the electrical energy-saving design of urban building nightscape lighting， for reference.

Key words： urban architecture; nightscape lighting; lighting electricity; energy saving design

引言

在社会经济快速发展的驱动下，我国城市化发展进程逐渐加快，再加上新技术和新工艺的产生，城市名片也呈现出多样化的趋势。在城市建设中，建筑夜景成为一个城市容貌的象征，对人们的日常生活和夜间经济都起到重要的作用。在建筑夜景照明建设中强调节能设计措施，从节省投资、低碳运维角度入手，满足时代发展需求的同时，还能避免资源浪费。

一、灯具和开关电源的选择

城市建筑夜景照明的灯具，通常会根据建筑物的外形特征与城市的人文风貌，来选择照明手法和灯具类型，目前一般采用光效高的LED灯具。城市建筑夜景照明采用的灯具一般为地面投光灯和建筑外轮廓灯，地面投光灯一般为Ⅰ类灯具，采用基本绝缘和保护接地等方式。DC 24V灯具属于Ⅲ类灯具，防触电保护采用安全特低电压。对于人手可触摸的场所，除了采用安全特低电压供电的同时，还应增加防触电和防烫伤等保护措施。

对于照度标准选择而言，由于灯具种类较多，照明手法和被照面材质都存在一定的差异，因此在照明项目实施过程中应进行全过程的管控。例如，某城市开展的夜景照明项目，在照明规划和设计过程中，就首先结合上位规划，对照明设备的利用效率进行计算。

其中E为该区域的平均照度，Φ为光源光通量，N为光源数量，U为利用系数，A为被照面面积，K为灯具的利用系数。

除了采用利用系数法，对于复杂的照明场所，还可以使用Dialux等专业软件进行照度计算，并结合电气节能设计要求，选择合适的照明设备。

另外，灯具开关电源的选择也很重要。开关电源自身具备一定的电气特性，内部元器件采用DC供电方式，考虑到波形畸变及谐波干扰等因素，为了减小谐波电流、降低配电系统损耗、提高电网质量，应优先选择带有PFC（Power Factor Correction，功率因素校正）的开关电源，校正后的功率因数不应小于0.9，且电源自身应具备短路、过载、过压、过温等保护功能。

二、照明功能密度

城市夜景照明的目的不仅要保证城市居民夜间能够安全出行，视觉舒适，而且还要满足能源节约、环境保护等要求。对于照明灯具而言，节能的关键指标在于功率密度值（LPD），立面照明LPD主要是根据某一立面上的灯具总功率和立面面积的比值进行计算;并不是所有的建筑都采用立面照明方式，例如天然暗区域环境中，不建议采用大面积照明;假如玻璃幕墙和外立面的透光面积较大、外墙被照射的反射比小于0.2的建筑，可以优先采用内透光的照明方式。对于民用建筑的立面照明对应的照度和LPD限值，可参照表1内容。

在对灯具进行节能设计的过程中，除了严格控制功率密度值以外，某些特殊场所还可以考虑节能型灯具的选用，比如小型太阳能灯具、风光互补灯具、可再生能源供电灯具等等。

三、合理选择照明控制方式

一般建筑夜景照明的LED调光控制流程为总控中心—主控器—分控器—灯具，总控中心与载体的主控器之间的通讯链路，一般通过无线和有线两种方式连接，前者针对建筑分散性较大的情况进行设计，后者针对大体量的建筑群体，抗干扰要求较高，需要信号同步稳定传输的情况进行设计。

按照控制对象的分类，照明控制系统还可以分为强电控制和弱电控制;前者在于配电回路控制，可以通过智能控制模块、遥控制模块、定时器、接触器等元器件，对配电回路进行通断控制，以实现平日、节日、重大节日等模式的切换，减少开灯时间，降低能耗，进而保证灯具的使用寿命;并可以将电能计量、回路电流、故障报警等电气运行参数，实时传递给总控中心。后者重点在于灯具调光控制，通过DMX512、DALI、可控硅、1-10VDC等多种控制方式，对灯具的亮度及色彩进行调节和控制;其中DMX512控制协议使用的最为普遍，可以实现256级的灰度变化，超越了传统的模拟调光系统，给照明行業带来丰富多彩的照明效果。

從联动方式上，强电控制又分为手动和自动两种控制方式。其中手动控制主要是依靠电气的二次回路元器件来实现，包括直连智能模块的手动控制按钮和接触器控制两种模式;第一种不需要其它元器件，照明负载直接接至智能模块，适用于较小的单相照明负载，第二种是在配电箱中安装交流接触器、继电器、控制按钮等，适用于各种单相、三相的大型负载控制。自动控制主要是对城市建筑夜间照明区域需要控制的内容进行科学合理的组合，应用现代化软件和硬件设备，连接计算机控制系统、通信网络技术和地理信息系统等，对整个城市建筑夜景照明系统进行遥控操作，能够实现照明定时开关、场景变化等，不需要人为手动控制，该控制方式适用于所有建构筑物以及对照明管理有远程控制需要的建筑中。自动控制是智慧城市建筑发展的关键技术，也是目前应用频率最高的控制方式，通过具有独立性的系统，对灯光系统的各类参数实施检测，并根据灯光组合场景变化和照度进行调节和控制，还可以根据不同时间段、季节光照度实现智能化调节，提升城市夜景照明的观赏价值，还能实现电气节能。同时利用自动控制技术的信息化特点，自动检查设备故障，并将故障报警信号反馈总控中心，该方式一般适用于地标型建筑或区域性建筑群照明。

四、优化电能计量方式

电能计量方式是否具有准确性，将对电力供应方和用户的经济效益造成影响。因此，针对城市建筑夜景照明来说，需要在建筑内部设置电能计量信息化管理系统，能够实现电力计量结果整合和打印，而且该系统还具备维护功能，用户能够对系统信息进行统计、分析等等操作。同时，系统还具备灯具分区、分组的报表统计和数据查询等功能，计量工作人员能够通云端实现电能数据信息查询，具有方便、快捷性。另外，还能对电能表实现远程监控，也就是对电能计量管理的信息系统设施操作权限，方便用户进行管理和操作。

五、优化配电箱位置

对于城市建筑夜景照明电气节能设计来说，供配电系统是其中一个非常重要的环节。在夜景照明项目的实施过程中，为了保证配电设计的效果，减少线路阻抗，才能尽量降低电能损耗。因此，在夜景照明配电时需要科学合理的选择配电箱的位置，减低线路阻抗，可以选择以下手段：第一，考虑线路阻抗和导线截面积之间存在的负相关关系，假如供电距离较长，需要考虑到保护灵敏度，适当提升导线截流量。第二，考虑线路阻抗和导线电阻率之间存在的正相关关系，尽可能选择截面积较大、电阻率小的导线，避免线路压降对供电造成的影响。第三，在对线路阻抗进行控制时，还需要考虑导线的长度，线路阻抗和导线长度呈现正相关关系，可以对导线供电距离进行适当缩短，而且在配电系统设计时避免出现电路回供情况。

在选择照明配电箱的最优安装位置时，应优先采用负荷矩算法，可根据下式

计算出理想中的负荷中心坐标，再根据现场安装条件，确定最佳配电箱位置，以保证配电箱出线回路的整体负荷矩之和最小。

在对照明配电箱进行电气节能设计规划时，首先应计算照明负载及线路产生的电能损耗，确定最佳的敷设路由，而且还要对线路损耗实施集中管理和控制。由于线路自身存在电阻，会导致电流传输过程中出现电能损耗问题，可以利用进行计算，其中为三相线路有功损耗（kW），为三相线路计算电流（A），为线路电阻（Ω）。对于单相照明回路，则可以用公式进行计算，其中为单相负荷线路电压损失百分比，P为有功功率，L为线路长度，C为cosφ=1时的计算系数，S为线芯标称界面。另外，为了对配电箱的位置进行合理的划分，需要监督和管控线损能耗问题。例如，某城市夜景改造项目工程，由于其配电箱位置不合理，干线线路出现重复配置情况，增加施工成本的同时，也增加了线路损耗。因此，对其配电箱位置进行改造设计，根据线路损耗最低标准，，对线路阻抗值进行计算，其中为导线截面积，为导线长度，为电阻率，设计人员结合当地气象环境和负载情况，选择适当截面的铜芯导线，使得供电距离最短，能够有效实现电气节能设计。

总结

总之，城市建筑夜景照明工程的建设，不仅能对城市景观起到改善作用，将城市的风貌和智能化水平呈现出来，还能为人们生活提供便利。将电气节能设计理念融入到城市建筑夜景照明中，在一定程度上能够响应新时代低碳环保、节能减排的要求，缓解电力供应压力，促使城市经济增长和可持续发展。

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