照明设计与节能

　　摘要：本文阐述了照明设计在节能领域的重要作用。从照明标准参数设定、管理、设计计算及光源选择等几个方面阐述如何实现照明的节能设计。
　　关键词：照明，节能，光源选择
　　人们总是在追求高品位的生活环境，这与舒适的照明环境是分不开的，但照明需要耗电。在我国，正在大力提倡节能减排。目前照明耗电大体占全国总发电量的10%-12%,早在2001年，国家经贸委与联合国开发计划署和全球环境基金共同实施了“中国绿色照明工程促进项目”，目的是通过发展和推广效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品，力争在2010年实现照明节能的10%；2004年的GB50024-2004《建筑照明设计标准》已把照明功率密度（LPDP）限值提到了强制性条文的程度。如何在设计中实现节约能源、保护环境的绿色照明，对于一个能源相对短缺国家，也是一种不可忽视的节能手段。照明节能设计可以从以下几点开始：
　　一、 照明的节能设计
　　1、 严格执行照明功率密度（LPD）限值
　　这是照明设计的基础：LPD计算式：LPD=∑(PL+PB)/S，其中PL为光源功率；PB为镇流器或变压器功率，S为房间或场所面积。GB50024-2004《建筑照明设计标准》（以下简称国标）明确规定了各种不同场所的最大允许限值。CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》（以下简称行标）规定了各类道路的最大允许LPD限值，设计时要严格遵守。在有装饰灯具的场所，可将装饰性灯具的功率按50%计入LPD值计算中。照明设计一定要保证LPD值不得大于国标和行标规定的限值。
　　2、 合理选择照度标准值
　　国标和行标中规定了各类场所的照度标准值。不同的照度标准值决定着不同的灯具耗电功率。按照不同作业场所的需要，选定不同的作业面或参考平面，合理地确定不同的照度值。
　　当前设计中，设计师们会注意功率密度值的把关而常常疏忽了设计照度值与照度标准值的比较，这两个偏差要在－10%~+10%之间，节能灯和高光效灯具的应用大大降低了功率密度值，很经常在设计中，设计师只关注照明功率密度，而照度设计值会超标，无形中浪费了能源。
　　3、 照明设计中自然光的利用，高反射材料的推广
　　照明设计中应充分利用自然光，主要是太阳光的充分利用。如：办公场所与建筑设计配合，充分利用现代高科技材料，实现办公楼等场所透光隔热效果；道路的照明设计中，在需要灯光的时候才开启路灯。同时建议建筑设计师尽量运用高反射比的材料，减少吸光材料的运用。
　　
　　4、 充分考虑照明的管理,强力推行节能开关
　　照明设计中应合理分配照明的回路，选择经济合理的控制方式。让照明分区控制，分时控制，或按照度设定值自动调控。同时分单位计量，落实到单位，把节能意识灌输到人，就可以从管理上把握照明的节能。在设计中大力推行节能开关，如感应开关、照度开关、红外开关、特别是可调照度红外感应开关的应用，可在很大程度上实现能源的充分节能和利用。
　　5、 照明的设计精确计算：
　　5.1利用系数法计算平均照度:一般用于灯具均匀布置的场所计算其平均照度，室内和室外均适用。计算式如下：
　　Ｅav=NφUK/A；
　　Ｅav为工作面上维持平均照度，
　　φ为光源光通量，
　　Ｎ为场所光源数量，
　　Ｕ为利用系数，
　　Ｋ为维护系数，
　　Ａ为房间面积。
　　这是工程设计计算中常用的，维护系数比较好选定，见下表：

　　利用系数则与环境的材料反射比有很大的关系，在设计中尽量与建筑配合选定反射比比较高的材料,可以让光源得到更充分的利用。利用系数表见下表：

　　5.2点光源的点照度计算，对于一特定地点照度计算，是各光源的照度在本点的分方向矢量和，计算出本点的各方向的照度值．当光源尺寸与光源到计算点之间的距离相比小得多时可视为点光源，圆盘形发光体的直径不大于照射距离的1/5，线状发光体的长度不大于照射距离的1/4时，按点光源进行照度计算误差不大于5%，距离平方反比定律和余弦定律适用于点光源产生的点照度计算。很多文章分析来分析去，归根到底还是照度值在各个方向的矢量和。最基本的公式是:
　　En=Iθ/R2Eh=Iθcosθ/R2Ev=Iθsinθ/R2
　　En为点光源在与照射方向垂直的平面上产生的照度（lx）
　　Iθ照射方向的光强(cd)
　　R为点光源至被照面的计算点距离（m）
　　θ为被照面的法线与入射光线的夹角
　　S
　　
　　H(Eh)θR(En)
　　(Ev)P
　　
　　6、 灯具布置的集中性和局部照明的运用
　　在一些一般性功能的照明场所，在满足照度均匀度要求的情况下，应尽量选择功率较大的同类节能灯具，这样可能减少线路铜材料消耗，也可以减少线路上的电损耗，又省钱，达到一定的节能效果。同时灯具布置尽量靠近工作面，合理地选择灯具的遮光角度；对需要加强照明的运用局部照明等，充分利用照明。
　　二、 节能灯具的选型和推广
　　照明设计中灯具的选型非常关键，灯具的选择以光源的选择最重要，可以根据不同的场合，选择不同的光源，目前在我国节能型光源大致分以下几种:
　　1、 电子节能灯：又称省电灯泡、电子灯泡、紧凑型荧光灯或一体式荧光灯等，是指将荧光灯与镇流器组成一个整体的照明设备。节能灯的的尺寸与白炽灯相近，与灯座的接口也和白炽灯相同，节能灯的光效比白炽灯高得多，同样照度条件下，节能灯消耗的电能要少得多。设计中在各个场所可直接替换白炽灯，在LED大功率节能灯还未成熟期状态下可以大力推广。
　　2、 直管荧光灯:在办公，教室、商场等场所，当选用直管荧光灯时应无条件选择细管径（有Ｔ８或Ｔ５型）、稀土三基色直管荧光管。这些灯具不仅光效好、节能好而且使用寿命更长，在LED节能日光灯还未成熟期状态下可以大力推广。

　　3、 无极灯:无极灯分为高频和低频无极灯，是由发生器、耦合器、灯泡组成，通过发生器的电磁场以感应的方式耦合到灯内，使灯泡内的气体雪崩电离，形成等离子体，等离子受激原子返回基态时辐射出紫外线，灯泡内壁的荧光粉受到紫外线激发而产生可见光。该产品有如下优点:
　　a、灯泡内无灯丝、无电极，产品使用寿命达60000小时以上。
　　b、发光效率高，比高压钠灯、高压汞灯节能50%以上。
　　c、显色指数达80以上，采用优质三基色荧光粉，颜色不失真。
　　d、宽电压工作，电压在185V-255V可正常工作。
　　e、工作频率为2.65MHz，安全没有频闪效应
　　f、光衰小，20000小时后光通维持率可达80%
　　g、瞬时启动再启动时间均小于0.5秒，可以频繁开关的场所和调光
　　h、启动温度低，适应温度范围大，零下40度，均可正常启动和工作。
　　i、功率因数可高达0.95以上。
　　j、安全可靠性，绿色环保、真正实现免维护、免更换。
　　高频无极灯可以广泛用于城市道路照明、景观绿化照明、工厂、学校、图书馆、温室、植物棚、礼堂、大厅、会议室、大型商场、大型厂房、体育馆、运动场、隧道、交通复杂地带（路灯、标志灯、桥梁灯）、地铁站、火车站危险地域照明、水下灯等，特别适用于高危和换灯困难且维护费用昂贵的重要场所。
　　4、 LED灯:又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强。LED发热量低，无热辐射性，冷光源，可以安全触摸。有利于环保LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。LED作为照明光源的缺点有：一、能量效率不高，光通量不够，光衰太大。二是LED发出的光与自然光仍有一定的差距。三是价格较高。这是影响LED照明普及的主要原因。但是，其发光性能的多样性，能任意变幻出绚丽的色彩，以及近年来技术的改良，制造成本正在下降，为LED在照明领域的应用提供了有利条件。目前已广泛应用于数码幻彩、护栏照明、广场照明、庭院照明、投光照明、水下照明等，任意变幻出绚丽的色彩。大功率的LED灯已在不断研制生产中，技术瓶颈要能克服的话，应该在不久的将来，会在我们中国大地上掀起新一轮的节能风暴。目前在我国市场上已有LED筒灯，LED日光灯，LED景观灯系列，还有一些太阳能的路灯。特别是LED太阳能路灯，技术成型时应该大力支持和推广；当然因为路灯的特异性：很多为高杆灯，路途远等，要是光源或其他配件损坏更换起来费用昂贵，所以一定要到产品稳定时才能大力推广。
　　5、 传统光源:传统光源因价格低，在以前乃至目前照明领域起着一定的作用，传统与新型节能光源的衔接还需要一定的经济支持和时间，下面简单介绍一下传统光源，有以下几种:：
　　5.1白炽灯:白炽灯具有很多的优点：简单、成本低廉、亮度容易调整和控制、显色性好（Ra=100）等等，但存在着许多致命的缺点：如使用寿命短、发光效率低（仅有12％－18％可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失）、色温低（2700-3100K）。从节能角度来看一般情况下不应采用白炽灯，但可用于严格要求防止电磁波干扰的场所。
　　5.2钠灯:利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。钠灯又分低压钠灯和高压钠灯。低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和`589.6纳米的两条双D谱线上，它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555纳米），故其发光效率极高，目前已达到200流每瓦（lm／W），成为各种电光源中发光效率最高的节能型光源。但低压钠灯单色性太强，显色性很差，放电管过长。高压钠灯克服了以上缺点，其工作蒸气压大于0.01兆帕。高压钠灯又分普通型（标准型），其发光效率为130lm／W，显色指数Ra＝25；改进型，其发光效率为75lm／W，显色指数Ra＝60；高显色型，其发光效率为45～60lm／W，显色指数Ra＝80～85。产生的是黄光。由于高压钠灯接近于单色的光源，分辨颜色不容易，以前它只适用于显色不太重要的地方，可应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培等场所，目前在被其他光源逐步替代。
　　5.3卤素灯泡:卤素灯泡有卤化钨（碘化钨或溴化钨）。其灯丝的使用寿命几乎是白炽灯的4倍，同时由于灯丝可以工作在更高温度下，从而得到了更高的亮度，更高的色温和更高的发光效率。金卤灯又是一种卤素灯，在汞和稀有金属的卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯。它的主要特性和优点有：超高光效可达100流明/瓦、日光色色温接近6000K、高显色性、显色指数高于90、热启动能力、可调光等
　　金卤灯产品系列有125-18,000W，并且有三种产品形式：双端金卤灯、单端无外泡壳、单端有外泡壳，因为其显色效果好，目前用于体育场馆、展览中心、展示厅、商店橱窗、游乐场所、商业街、广场、机场、停车场、工厂、高层照明、道路、隧道、建筑夜景照明、水族照明、宠物照明、投影仪光源等显色要求较高的场所，高显色性能是这一系列灯型在市场上占有一定的份额。
　　5.4高压汞灯是由石英电弧管，外泡壳（通常内涂荧光粉），金属支架，电阻件和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞与惰性气体。放电时，内部汞蒸气压为2-15个大气压，因此称为高压汞灯。高压汞灯，发白光，色温4100K左右，自镇流高压汞灯，不需要外接镇流器，其光效是白炽灯的2倍，寿命是白炽得灯的10倍，早期被广泛应用于室内外的工业照明，庭院照明，街区照明等领域。目前照明规范规定不宜用荧光高压汞灯，不应用自镇流高压汞灯，主要是因为环保、光效和使用寿命达不到要求。
　　随着新的技术不断涌现，将来会有更高效更显色的光源出来。比如大功率的LED要能克服其各种弱点，无疑是另一种强势节能盛宴，随之照明规范会不断地更新。同时灯具的遮光角，灯具总体效率，灯具的反射比以及灯具的眩光值也很重要。灯具选型时要从方方面面地关注节能，选择节能产品，节约能源，当然，节能灯具的研制和推广需要经济支持和各方面的重视，一种新型光源出来其推广的阻力最关键是价格和性价比。节能本意不是说越暗越好，照明的设计是要用到点上，用到需要的地方。照明设计是照明节能的源头，做好设计人员的本职工作为国家节能事业贡献设计人员的力量。

《照明设计与节能》

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