包 瑞，周 暉，劉 姝

(1.豪爾賽科技集團(tuán)股份有限公司，北京 100070；2.北京交通大學(xué)，北京 100044)

引言

以美麗中國、綠色照明為內(nèi)涵的發(fā)展理念正在擴(kuò)大景觀照明工程行業(yè)的應(yīng)用范圍和市場容量；以智慧城市、綠色建筑為推力正使LED為代表的智能、節(jié)能照明產(chǎn)品得到廣泛運(yùn)用，成為照明行業(yè)發(fā)展的新趨勢?，F(xiàn)階段我國的照明工程評價(jià)主要參照《節(jié)能建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》《健康建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，其中對照明的評價(jià)主要依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的照明節(jié)能要求。2016年發(fā)布的《健康建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》給出了健康建筑評價(jià)的方法，對照明光環(huán)境的舒適性[1]提出了光源色溫、照度、顯色指數(shù)、頻閃以及光生物安全等更多的要求。近幾年針對室內(nèi)照明[2-4]、道路照明[5，6]、博物館照明[7]和醫(yī)院照明[8，9]等領(lǐng)域的照明評價(jià)研究也受到了較多關(guān)注。然而，目前并無成熟、獨(dú)立的照明工程綜合評價(jià)體系，這與照明工程越來越龐大、城市級照明工程系統(tǒng)超越建筑單體發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢是不相適應(yīng)的。開展適合于多應(yīng)用領(lǐng)域的照明工程綜合評價(jià)研究，是照明工程行業(yè)發(fā)展的需要。

1 照明工程方案綜合評價(jià)的原則

1)五個(gè)評價(jià)維度。對于照明工程方案的綜合評價(jià)體系，本文將從節(jié)能性[10](Energy-saving)、適用性(Applicability)、舒適性[11-14](Comfort)、健康性[14](Health)和經(jīng)濟(jì)性(Economy)五個(gè)維度來進(jìn)行設(shè)計(jì)分析和研究，簡稱為“EACHE評價(jià)法”。

2)三層評價(jià)指標(biāo)。采用層次分析法[15]，第一層次評價(jià)指標(biāo)為節(jié)能性、適用性、舒適性、健康性和經(jīng)濟(jì)性這五個(gè)評價(jià)維度；第二層次評價(jià)指標(biāo)為實(shí)現(xiàn)這些評價(jià)效果的技術(shù)措施和領(lǐng)域，例如節(jié)能技術(shù)措施和指標(biāo)從節(jié)能產(chǎn)品、光環(huán)境、配電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)這四個(gè)方面進(jìn)行二層次分類；第三層次是描述照明工程中具體產(chǎn)品或參數(shù)的評價(jià)指標(biāo)。

3)歸一化評價(jià)結(jié)果。本評價(jià)體系對五個(gè)維度的評價(jià)指標(biāo)通過搭建數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理和量化評估，最終評價(jià)結(jié)果以歸一化的量化數(shù)字來體現(xiàn)，便于不同照明工程之間的對比和分析。

4)充分利用已有研究成果。充分參考和利用有關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中的要求，如標(biāo)準(zhǔn)值、參考值、限值、等級等，對第三層次評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化賦值；充分利用有關(guān)學(xué)術(shù)期刊和文件資料中的研究成果，如不同節(jié)能設(shè)計(jì)措施的節(jié)能效果，確定不同評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

5)采用專家評議法。對缺少參考數(shù)據(jù)的措施或功能性評價(jià)指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)，采用專家評議法，在德爾菲法的基礎(chǔ)上，確定不同評價(jià)指標(biāo)的賦值和權(quán)重系數(shù)。專家評議法專家人數(shù)不低于7人。專家應(yīng)具有照明行業(yè)10年以上從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，且具有高級及以上專業(yè)技術(shù)職稱。

6)開放性指標(biāo)。隨著照明科技和社會(huì)的發(fā)展，尤其是LED照明在人體生理和心理方面的研究的不斷深入，對照明工程的要求會(huì)進(jìn)一步提高，LED照明應(yīng)用和智能控制系統(tǒng)的研究也在不斷進(jìn)行中，未來也可能會(huì)對照明工程提出更多的評價(jià)指標(biāo)，不同評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重也可能發(fā)生變化，因此評價(jià)體系中第三層次的評價(jià)指標(biāo)應(yīng)是開放性的。在不影響評價(jià)模型結(jié)構(gòu)的前提下，各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)也可能根據(jù)不斷發(fā)展的研究成果和不同技術(shù)發(fā)展階段的專家意見對進(jìn)行調(diào)整。這將使該綜合評價(jià)體系具有更好的長期適應(yīng)性。

2 照明工程節(jié)能設(shè)計(jì)方案的綜合評價(jià)指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)的選取方法

評價(jià)系統(tǒng)中評價(jià)指標(biāo)的選取方法如下：

1)收集、整理照明工程涉及到的照明、建筑等行業(yè)內(nèi)的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證技術(shù)規(guī)范、文件中的技術(shù)指標(biāo)，盡可能使評價(jià)系統(tǒng)中覆蓋更全面的評價(jià)指標(biāo)；

2)根據(jù)五維評價(jià)的需要，考慮不同照明工程的產(chǎn)品、技術(shù)、位置、環(huán)境等因素，增加尚無標(biāo)準(zhǔn)要求但必要的評價(jià)項(xiàng)目，作為評價(jià)體系中的補(bǔ)充評價(jià)指標(biāo)。

3)實(shí)際進(jìn)行照明工程評價(jià)時(shí)，根據(jù)照明工程應(yīng)用產(chǎn)品、技術(shù)、位置、環(huán)境等情況，選擇評價(jià)系統(tǒng)中適用的指標(biāo)，排除不適用的指標(biāo)。

2.2 綜合評價(jià)模型的建立

照明工程綜合評價(jià)指標(biāo)及其分層分類情況見表1。

經(jīng)過以上的分層分類，照明工程節(jié)能設(shè)計(jì)方案的綜合評價(jià)指標(biāo)可以用以下數(shù)學(xué)模型表達(dá)。

1)第一層次五類指標(biāo)均為必要性指標(biāo)，因此，它們之間是加和的關(guān)系。

綜合評價(jià)值：

(1)

表1 綜合評價(jià)指標(biāo)的分層分類和賦值Table 1 Stratified classification and assignment of comprehensive evaluation indexes

注:A2,1照度指標(biāo)是實(shí)際照度滿足參考值要求時(shí)的節(jié)能程度；B1,1照度指標(biāo)是實(shí)際照度滿足參考值要求時(shí)的符合程度或?qū)嶋H照度不滿足參考值要求時(shí)的偏離程度

Y為綜合評價(jià)值；ki為第i類評價(jià)值的權(quán)重系數(shù)；Xi為第i類評價(jià)值；a、b、c、d、e分別為節(jié)能性評價(jià)值、適用性評價(jià)值、舒適性評價(jià)值、健康性評價(jià)值、經(jīng)濟(jì)性評價(jià)值的權(quán)重系數(shù)；A、B、C、D、E分別為節(jié)能性評價(jià)值、適用性評價(jià)值、舒適性評價(jià)值、健康性評價(jià)值、經(jīng)濟(jì)性評價(jià)值。

2)第二層次四類節(jié)能技術(shù)也都屬于必要性指標(biāo)，因此，它們之間也是加和的關(guān)系。

節(jié)能評價(jià)值：

(2)

A為節(jié)能性指標(biāo)；ai為第i類節(jié)能技術(shù)的評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；Ai為第i類節(jié)能技術(shù)的評價(jià)值；a1、a2、a3、a4分別為節(jié)能產(chǎn)品、光環(huán)境、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；A1、A2、A3、A4分別為節(jié)能產(chǎn)品、光環(huán)境、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)評價(jià)值。

3)第三層次的評價(jià)指標(biāo)，會(huì)隨著照明工程所用產(chǎn)品的不同、配電系統(tǒng)的不同、所在城市環(huán)境的不同而選擇不同的評價(jià)指標(biāo)，因此，它們對于上一層次指標(biāo)而言，它們之間是充分性的關(guān)系，在歸一化的數(shù)學(xué)模型中表現(xiàn)為乘積的關(guān)系。

Xi=∏di,jXi,j=di,1Xi,1·di,2Xi,2·di,3Xi,3·…·di,jXi,j

(3)

其中Xi為第i類節(jié)能技術(shù)評價(jià)指標(biāo)的值；di,j為第i類節(jié)能技術(shù)對應(yīng)的第j個(gè)第三層次評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；Xi,j為第i類節(jié)能技術(shù)對應(yīng)的第j個(gè)第三層次評價(jià)值。

2.3 綜合評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算

2.3.1 獨(dú)立評價(jià)指標(biāo)的賦值

對于每一個(gè)Xi,j：

1)當(dāng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中規(guī)定了指標(biāo)的能效限值時(shí)，使用能效限值/實(shí)際值作為該指標(biāo)的定量值；

以LED筒燈為例，對于A1,1的賦值，標(biāo)準(zhǔn)中給出了能效限值和節(jié)能評價(jià)值，則根據(jù)A1,1實(shí)際值滿足的能效等級，選擇該等級的能效評價(jià)值作為標(biāo)準(zhǔn)值。若該筒燈為能效二級，則A1,1=二級能效評價(jià)值/實(shí)際值。

2)當(dāng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中規(guī)定了指標(biāo)的參考值或目標(biāo)值時(shí)，以實(shí)際值相對參考值的符合性程度作為該指標(biāo)的定量值。

3)當(dāng)缺少標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)時(shí)，使用專家評議法，由專家給出量化評分，再取平均值，經(jīng)歸一化后作為該指標(biāo)的賦值。

專家評議時(shí)，遵循相同評分標(biāo)準(zhǔn)：顯著不合理/增加耗能明顯，賦值為1.4；不合理/增加耗能，賦值1.2；無明顯節(jié)能效果，賦值為1；節(jié)能效果良好，賦值為0.8；節(jié)能效果顯著，賦值為0.6。

使用相同評分標(biāo)準(zhǔn)，可以避免專家評議的結(jié)果過于分散，從而實(shí)現(xiàn)一次評議完成，避免了德爾菲法[16]對專家意見反復(fù)征集失去客觀性的可能。

2.3.2 各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

本文中第一層分類指標(biāo)權(quán)重和第三層指標(biāo)權(quán)重采用的是主觀賦值法，節(jié)能性指標(biāo)權(quán)重采用的是客觀賦值法。具體如下：

1)第一層分類指標(biāo)權(quán)重。

經(jīng)過專家評議,研究提出以下權(quán)重系數(shù)：

a=0.4,b=0.2,c=0.2,d=0.1,e=0.1

即式(1)為

Y=0.4A+0.2B+0.2C+0.1D+0.1E

(4)

2)節(jié)能性指標(biāo)權(quán)重。

綜合相關(guān)文獻(xiàn)資料的數(shù)據(jù)，LED產(chǎn)品相對傳統(tǒng)燈具的節(jié)能約為60%，光環(huán)境節(jié)能效果約為10%[17]，配電系統(tǒng)節(jié)能效果約為20%，控制系統(tǒng)節(jié)能效果約為30%[18]，a1∶a2∶a3∶a4=60∶10∶20∶30=6∶1∶2∶3，歸一化后:

a1=0.50,a2=0.08,a3=0.17,a4=0.25

即式(2)為

A=0.50A1+0.08A2+0.17A3+0.25A4

(5)

3)第三層指標(biāo)權(quán)重。

除特殊說明(例如：有標(biāo)準(zhǔn)或文獻(xiàn)依據(jù)，或經(jīng)過專家評議，認(rèn)為某一項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重明顯高于其他同類指標(biāo))外，本文中為了簡化處理，第三層指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)均默認(rèn)為1。即式(3)可簡化為

Xi=∏Xi,j=Xi,1·Xi,2·Xi,3·…·Xi,j

(6)

特殊說明：符合二級能效或節(jié)能評價(jià)值的指標(biāo)，權(quán)重系數(shù)為0.8；符合一級能效的指標(biāo)，權(quán)重系數(shù)為0.6；使用LED產(chǎn)品，D1,2權(quán)重系數(shù)為0.8；使用含汞氣體放電燈，D1,2權(quán)重系數(shù)為1.2。

2.3.3 綜合評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算

經(jīng)過以上對于評價(jià)指標(biāo)的選擇、權(quán)重確認(rèn)和賦值，將式(5)、式(6)代入式(1)，最終完成的綜合評價(jià)模型為

(7)

根據(jù)以上綜合評價(jià)模型進(jìn)行歸一化數(shù)據(jù)計(jì)算后得到的綜合評價(jià)值的范圍不同，照明工程可以劃分為不同水平，表2是照明工程綜合評價(jià)值代表的照明工程節(jié)能設(shè)計(jì)方案的技術(shù)水平。

表2 綜合評價(jià)值及評價(jià)Table 2 Comprehensive evaluation value and evaluation conclusion

3 照明工程方案及綜合評價(jià)案例

3.1 照明工程案例

本文選取具有代表性的傳統(tǒng)照明工程案例——北京新保利大廈、LED照明工程案例——北京諾德中心和LED智能照明工程案例——北京三里屯通盈中心洲際酒店分別進(jìn)行綜合評價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，并進(jìn)行對比分析。

案例一：北京新保利大廈照明工程，建筑總面積為109 997 m2，景觀照明工程方案的主要參數(shù)有：采用三基色稀土熒光粉和效率為90.0%電子鎮(zhèn)流器的T5防水熒光燈，光源功率為28 W，燈具功率為56 W/1.5 m，色溫為3 000 K，光源初始光效為94 lm/W，2 000 h光通維持率為95%。根據(jù)GB/T 10682—2010《雙端熒光燈 性能要求》和GB 19043—2013《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》，對于28 W 3 000 K T5熒光燈，初始光效1級為93 lm/W；2 000 h光通維持率為85%。根據(jù)GB 17896—2012《管形熒光燈鎮(zhèn)流器能效限定值及能效等級》，對于T5-E，28 W T5熒光燈電子鎮(zhèn)流器，鎮(zhèn)流器效率符合1級89.8%。根據(jù)JGJ/T 163—2008《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》，夜景照明工程(大城市)中建筑物立面反射比為0.3～0.6，照度值為200 lx，亮度值為25 cd/m2，功率密度限值為8.9 W/m2。

案例二：北京諾德中心照明工程，項(xiàng)目總建筑面積約70萬m2，使用節(jié)能LED燈具，光效達(dá)到85 lm/W，燈具功率為15 W/m。由于采用LED燈具替換傳統(tǒng)燈具，部分標(biāo)準(zhǔn)值和節(jié)能要求參照使用T5的要求。

案例三：北京三里屯通盈中心洲際酒店照明工程，建筑最高點(diǎn)高為150 m，使用LED RGB燈具，采用CREE全彩三合一貼片光源，燈具光效為42 lm/W，燈具功率為10 W/m，使用智能控制系統(tǒng)對LED燈具進(jìn)行分區(qū)、分時(shí)自動(dòng)控制，降低光輸出功率，從而達(dá)到更好的節(jié)能效果。LED燈具嵌入式安裝在幕墻裝飾凹槽內(nèi)，出射光經(jīng)德國拜耳抗紫外線PC3103混光板擴(kuò)散，最終獲得均勻的發(fā)光效果，有效控制燈光對周邊建筑的污染。經(jīng)測試，燈具在全亮狀態(tài)下，表面亮度最大值約為230 cd/m2，現(xiàn)場感受燈光柔和舒適。采用DMX512總線制控制方式，利用TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對LED進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)平時(shí)、節(jié)假日、重要活動(dòng)等模式的轉(zhuǎn)換。因此，通盈中心的照明設(shè)計(jì)中，不光考慮了節(jié)能技術(shù)，更對燈具的發(fā)光均勻性和人們的視覺感受進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使照明效果更柔和、舒適。

3.2 照明工程案例綜合評價(jià)值對比分析

經(jīng)過計(jì)算，三個(gè)典型照明工程案例的各項(xiàng)第一層次指標(biāo)評價(jià)值和綜合評價(jià)值見表3。

表3 三個(gè)照明工程案例的評價(jià)值Table 3 Evaluation values of the three cases

案例一的綜合評價(jià)值為0.89。僅僅從這一評價(jià)值來看，比照明行業(yè)的平均水平和基本要求是存在一定優(yōu)勢的。節(jié)能性和適用性指標(biāo)在0.8附近，說明該工程從照明需求和節(jié)電的角度，使用了先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，達(dá)到了較好的照明節(jié)能效果。但是健康性指標(biāo)在1.2的范圍線附近，說明該工程在健康性方面存在較明顯的不足，原因就是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)所限，項(xiàng)目使用的熒光燈產(chǎn)品含有有害物質(zhì)汞。

案例二的綜合評價(jià)值為0.74。在節(jié)能性指標(biāo)上具有非常顯著的優(yōu)勢，小于0.6，但同時(shí)舒適性指標(biāo)停留在1.0的范圍線上，表明該工程的舒適性設(shè)計(jì)仍有進(jìn)一步提升的空間。

案例三的綜合評價(jià)值為0.73。五個(gè)維度的評價(jià)值均不高于0.82，表明該工程在以上五個(gè)方面都處于照明工程行業(yè)內(nèi)的優(yōu)秀水平，具有較好適用性的同時(shí)，也具有較好的節(jié)能特性，同時(shí)在舒適性、健康性和經(jīng)濟(jì)性方面也有良好的表現(xiàn)。

3.3 “EACHE評價(jià)法”對照明工程案例評價(jià)結(jié)果討論

1)由表3可見，“EACHE評價(jià)法”針對不同工程案例，將照明產(chǎn)品光效、照明功率密度、分區(qū)控制、舒適感受等各類評價(jià)指標(biāo)通過標(biāo)準(zhǔn)值、參考值和專家評議等賦值方法進(jìn)行量化處理，利用歸一化的數(shù)據(jù)使不同照明工程的綜合評價(jià)結(jié)果相互可比，消除了不同照明產(chǎn)品及對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)之間評價(jià)指標(biāo)(值)的差異。這種歸一化的量化處理方法，可以應(yīng)用于不同應(yīng)用領(lǐng)域使用不同照明產(chǎn)品的照明工程，使該評價(jià)方法的適用性較廣。

2)“EACHE評價(jià)法”綜合了照明工程節(jié)能性、適用性、舒適性、健康性、經(jīng)濟(jì)性五個(gè)方面的評價(jià)結(jié)果。如圖1所示，可以直觀地觀察到案例一因使用含汞熒光燈在健康性方面存在的明顯缺陷，案例二因使用節(jié)能LED在節(jié)能性方面的突出表現(xiàn)，以及案例三通過控制表面亮度和眩光在適用性和舒適性方面存在的顯著優(yōu)勢。這表明該評價(jià)方法能夠區(qū)分出不同照明工程在技術(shù)及其他方面的優(yōu)勢和不足，能夠以量化直觀的方式對照明工程進(jìn)行較為有效的評價(jià)。

圖1 三個(gè)不同案例的五維評價(jià)結(jié)果比較Fig.1 Comparison of five-dimensional evaluation results of three different cases

3)在對三個(gè)案例進(jìn)行綜合評價(jià)的過程中，需要較為全面的照明工程產(chǎn)品、技術(shù)、設(shè)計(jì)和實(shí)際照明效果的信息和數(shù)據(jù)，根據(jù)所使用的照明產(chǎn)品和應(yīng)用場景來選擇評價(jià)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值，各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)參考了有關(guān)文獻(xiàn)的研究成果，必要時(shí)通過專家評議進(jìn)行補(bǔ)充評價(jià)，由此建立起來的綜合評價(jià)模型使評價(jià)結(jié)果更為客觀、合理。

4 結(jié)論

本文研究提出了照明工程方案綜合評價(jià)的指標(biāo)，及各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和計(jì)算方法，建立了從節(jié)能性(Energy-saving)、適用性(Applicability)、舒適性(Comfort)、健康性(Health)和經(jīng)濟(jì)性(Economy)五個(gè)維度進(jìn)行評價(jià)的模型，即“EACHE評價(jià)法”，并使用該方法對三個(gè)典型的照明工程案例進(jìn)行了評價(jià)分析，結(jié)果表明EACHE評價(jià)法可以直觀、量化地表現(xiàn)照明工程方案在不同方面的優(yōu)劣，對于照明工程設(shè)計(jì)和驗(yàn)收的評價(jià)具有參考性意義。

本文所給出的照明工程方案綜合評價(jià)體系的研究尚未完善，第三層次的評價(jià)指標(biāo)并不完整。未來，照明將更多地融入我們的日常生活，成為智慧城市建設(shè)的一部分，從而承載更多的功能。照明工程方案綜合評價(jià)還有待進(jìn)一步深入研究，以適應(yīng)照明行業(yè)的發(fā)展需要。