蔣 勇， 陳弈冰

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長沙410012）

0 引言

近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與科技進(jìn)步，人們對智能建筑及光環(huán)境的要求以及節(jié)能環(huán)保的需求也越來越高，照明的智能化控制已成為主流趨勢。 長期以來，我國的照明用電占總發(fā)電量的比例偏高，目前我國照明用電量占總發(fā)電量的10%以上，而在英國，照明用電僅占5%。 究其原因，主要有兩方面的因素。 一方面，智能照明系統(tǒng)一直被忽略，大多數(shù)建筑目前仍采用傳統(tǒng)的照明控制方式，即手動(dòng)開啟照明系統(tǒng)、調(diào)節(jié)光的輸出，使其達(dá)到照度標(biāo)準(zhǔn)；雖然部分智能大廈采用樓宇自控（BA）系統(tǒng)來監(jiān)控照明，但只能實(shí)現(xiàn)簡單區(qū)域的控制、定時(shí)開關(guān)和預(yù)設(shè)場景控制，照明環(huán)境不能隨外界環(huán)境變化而得到調(diào)節(jié)，不能達(dá)到智能照明系統(tǒng)的基本要求。另一方面，部分早期修建的建筑，內(nèi)部仍然采用老式燈具，此類燈具光效偏低，能夠應(yīng)用的控制手段單一，難以滿足智能照明系統(tǒng)改造的要求。

本文以長沙市某酒店內(nèi)部綠色照明改造為例，在實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀的原則下，論述了改造方案及措施，并對節(jié)能效果進(jìn)行了分析。

1 項(xiàng)目概況

1.1 綠色照明

綠色照明的宗旨是提高照明質(zhì)量，節(jié)約資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益，實(shí)施綠色照明是建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的一項(xiàng)重要措施。

綠色照明可以使建筑物內(nèi)部的氣氛和環(huán)境得到改善，實(shí)現(xiàn)多種照明效果、改善工作條件和光環(huán)境，有利于工作效率的提高。 除此之外，相比于傳統(tǒng)照明，綠色照明在節(jié)電、節(jié)能、環(huán)保、延長光源使用壽命、方便管理維護(hù)等方面均具有顯著優(yōu)勢。

1.2 項(xiàng)目背景

某酒店位于湖南省長沙市，處于某商業(yè)綜合體西塔樓，建筑面積約10 萬m2，地下3 層，地上24層，建筑高度105m。 地下3 層為車庫、設(shè)備用房等；地上裙房1 層為酒店大堂；2～7 層為酒店的宴會(huì)廳、餐廳、會(huì)議室及康樂區(qū)；8～24 層為酒店客房區(qū)。

根據(jù)業(yè)主要求，對該酒店傳統(tǒng)照明進(jìn)行提質(zhì)改造，措施包括更換光源及采用智能照明控制系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 建筑現(xiàn)狀

酒店地上部分為商業(yè)區(qū)，使用傳統(tǒng)室內(nèi)裝飾燈具，結(jié)合整體風(fēng)格定制了花燈、T5 暗藏?zé)魩?、低?0W 可調(diào)角度鹵素射燈、28W 的T5 支架、13W 的高效節(jié)能筒燈等。 另外，大廳裝有標(biāo)志性的水晶燈，水晶燈是酒店大堂裝飾類燈具中用量較多的一種，傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)采用的水晶燈一般會(huì)配上光線接近太陽光的白熾燈泡，因此耗電量大，同時(shí)散發(fā)大量熱能，不利于節(jié)能和時(shí)代發(fā)展，且根據(jù)我國的發(fā)展規(guī)劃路線，大功率白熾燈已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品；射燈是酒店客房、餐廳等區(qū)域采用較多的照明燈具，傳統(tǒng)的射燈大多采用鹵素?zé)糇鳛楣庠矗粌H耗電量大，且電弧管內(nèi)摻有汞，若發(fā)生破損會(huì)造成污染。

酒店地下部分主要是車庫，地下車庫共3 層，分別為車庫、設(shè)備用房。 其中，地下車庫建筑面積約5萬m2，共設(shè)計(jì)5 000 盞28W 的節(jié)能熒光燈。

2.2 選用LED 光源

LED 燈具有功耗低、光效高、安全性好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，酒店改造考慮采用LED 射燈代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鹵素?zé)舯⒐?jié)能燈及原有老舊的LED 燈，達(dá)到節(jié)能節(jié)電效果。

LED 光源光效可以達(dá)到80～100lm／W。 除此之外，由于出光角的問題，傳統(tǒng)燈具實(shí)際用于照明的光通量僅為總光通量的70%～85%。 而LED 燈具的發(fā)光角度可根據(jù)需求調(diào)整，基本均為有效光。 例如20W 的節(jié)能燈，光通量為1 200lm，有效光通量為1 200×83%＝1 000lm，而11W 的LED 射燈，有效光通量也達(dá)到了950lm。

為了驗(yàn)證光源更換方案的可行性，針對酒店某門廳進(jìn)行了Dialux 建模計(jì)算分析（參見圖1），該門廳長8.8m，寬8.6m，層高約為3.4m，門廳布置圖如圖2 所示。

圖1 門廳Dialux 建模分析

圖2 門廳燈具布置平面圖

原設(shè)計(jì)采用的是5×5 均勻布置共25 盞20W 某品牌PL?R 型節(jié)能燈管，由于靠近墻體邊沿處光照不足，若計(jì)算整個(gè)門廳地面照度，邊沿的暗區(qū)對整體平均照度影響較大，因而將離墻600mm 區(qū)域作為照度計(jì)算區(qū)域。 燈具參數(shù)資料如圖3 所示。

圖3 節(jié)能燈燈具參數(shù)

利用Dialux 軟件建模仿真模擬后，得到結(jié)果如圖4 所示。 根據(jù)計(jì)算模擬，門廳照度計(jì)算結(jié)果為平均照度175lx，其中最小照度為103lx，最大照度為213lx，照度均勻度0.587。

圖4 節(jié)能燈仿真模擬結(jié)果

對于本次改造擬采用的10.6W 的LED 燈，其燈具參數(shù)如圖5 所示。

圖5 LED 筒燈燈具參數(shù)

在不改變燈具布置的前提下，進(jìn)行建模仿真模擬，得到結(jié)果如圖6 所示。 根據(jù)模擬，門廳照度計(jì)算結(jié)果為平均照度212lx，其中最小照度為129lx、最大照度為251lx，照度均勻度0.609。

基于上述分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用LED 光源不僅功耗下降了47%，平均照度同時(shí)提升了約21.14%。模擬結(jié)果證明，若酒店全部采用LED 光源替換傳統(tǒng)光源，改造具有非常可觀的節(jié)能潛力。

圖6 LED 射燈仿真模擬結(jié)果

除了節(jié)能外，LED 光源還具有其他優(yōu)勢：（1）壽命長，通常能達(dá)到25 000h；（2）光照可調(diào)，采用可控硅0－10V／DALI 系統(tǒng)等方式可以調(diào)節(jié)輸出光線，滿足不同照明需求；（3）顯色性好，選用顯色性Ra＞90的LED 光源，其光譜范圍廣，能夠還原物體真實(shí)顏色，色彩更加逼真。

經(jīng)過綜合考量后，本酒店改造項(xiàng)目中LED 光源替換傳統(tǒng)光源的方案：（1）采用5W LED 燈替換11W 節(jié)能燈管；（2）采用10.6W LED 燈替換20W節(jié)能燈管；（3）采用8W LED 射燈替換50W 鹵素?zé)舯?；?）采用8W LED 燈替換17W 節(jié)能燈泡；（5）采用18W LED 支架燈替換28W 熒光燈。

2.3 優(yōu)化控制

本次綠色照明改造在酒店門廳、宴會(huì)廳、餐廳、客房、走道、多功能會(huì)議室等功能用房均采用了基于DALI 技術(shù)的智能照明配電系統(tǒng)，對地下車庫優(yōu)化了控制策略，下面以地下車庫和宴會(huì)廳為例，簡單介紹采用控制策略優(yōu)化方案、基于DALI 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的智能照明配電系統(tǒng)及其節(jié)能效果。

2.3.1 車庫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以地下車庫為例，根據(jù)業(yè)主要求，本次改造在地下車庫部分采用LED 燈替換熒光燈，細(xì)化了原有的配電回路，優(yōu)化了控制策略。 車庫采用智能控制系統(tǒng)后的節(jié)能分析計(jì)算過程如下。

改造前燈具總功率：5 000×（28 ＋4）／1 000 ＝160kW（包含4W 鎮(zhèn)流器損耗功率）；其中，車位燈與車道燈的比例大約各占50%。 根據(jù)物業(yè)公司給出的傳統(tǒng)控制方案，車位燈及車道燈在18：00 ～22：30全部開啟，其余時(shí)間均開啟一半，則一年總耗電量大約為：365×4.5×160 ＋365×19.5×160×50% ＝832 200kWh。

本次改造后，采用18W 的LED 支架燈替換原有的28W 熒光燈，并細(xì)化了原有燈具的配電線路，車道燈拆分成了三條回路，車位燈保持原來的兩條回路。 新的控制策略如表1 所示。

改造后控制策略 表1

改造后一年的車庫照明用電量為390 258kWh，每年省電耗約441 942kWh，節(jié)電比例達(dá)到53.1%，如果按商業(yè)電價(jià)0.9 元／kWh 計(jì)算，一年可節(jié)省電費(fèi)39.8 萬元。

2.3.2 地上智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地上商業(yè)部分以多功能會(huì)議廳改造為例，根據(jù)多功能會(huì)議廳不同的使用功能，采用智能照明系統(tǒng)，將多功能會(huì)議廳設(shè)計(jì)為以下三種模式。

（1）投影模式：主席臺關(guān)閉所有燈光，只留講解人所在位置的筒燈，保持亮度在50%；聽眾席的燈光設(shè)置為筒燈，由前排至后逐漸增亮，旁邊的壁燈全部開啟。 總的亮度值保持在1／3，這種模式一般占會(huì)議時(shí)間的70%。

（2）研討模式：所有燈光全部打開，亮度保持在2／3，這種模式一般占會(huì)議時(shí)間的20%。

（3）退場模式：所有燈具全部打開，亮度保持在100%，這種模式一般占會(huì)議時(shí)間的10%。

多功能會(huì)議室節(jié)能分析計(jì)算過程如下。

改造前傳統(tǒng)燈具總功率（會(huì)議室燈具數(shù)量詳見表2）為（1 000×（20＋2）＋900×50＋1 000×（17＋2））／1 000 ＝86kW（含2W 電子鎮(zhèn)流器損耗功率）。

一年全亮的工作時(shí)間（暫按每天開啟6h）為365×6 ＝2 190h。

傳統(tǒng)照明方式一年耗電量為86 × 2 190 ＝188 340kWh。

采用智能照明系統(tǒng)后的計(jì)算功率如下。

一年1／3 亮度的工作時(shí)間為365×6×70% ＝1 533h。

一年2／3 亮度的工作時(shí)間為365×6×20%＝438h。

一年全亮的工作時(shí)間為365×6×10%＝219h。

一年的用電量（kWh）為（86×1 533）／3＋（86×438）×2／3＋86×219 ＝87 822.94kWh。

以上數(shù)據(jù)表明，酒店多功能會(huì)議室采用智能照明控制系統(tǒng)后，每年可省電約100 517.06kWh，節(jié)電比例可達(dá)到53.4%以上，如果按商業(yè)電價(jià)0.9 元／kWh 計(jì)算，僅會(huì)議室區(qū)域一年可節(jié)省電費(fèi)約9萬元。

綜上所述，選擇LED 燈具并通過DALI 技術(shù)為酒店智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行提供了有效的節(jié)能手段。經(jīng)過初步估算，酒店各區(qū)域預(yù)期優(yōu)化控制后預(yù)期節(jié)能情況如表3 所示。

地上傳統(tǒng)燈具數(shù)量統(tǒng)計(jì)表 表2

引入智能控制后各區(qū)域能耗降幅一覽 表3

3 替換光源的節(jié)能效益分析

為了能夠計(jì)算出節(jié)能效果，對原有燈具的安裝數(shù)量、參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并獲得了酒店日常照明管理數(shù)據(jù)，清單如表2 所示。

此處假定酒店的年平均入住率為80%，根據(jù)上節(jié)所述替換方案，燈具按照額定功率計(jì)算，整理得到表4 所示數(shù)據(jù)。

結(jié)合各類燈具基礎(chǔ)開啟時(shí)間，可以得到燈具替換前后粗略的能耗對比，如表5 所示。

表5功耗僅考慮了光源替換，若考慮優(yōu)化控制后的能耗情況，則如圖7 所示。

地上燈具替換前后方案安裝功率對比 表4

地上燈具替換前后全年總能耗對比 表5

圖7 中，左側(cè)傳統(tǒng)燈具年能耗柱狀圖及中部LED 燈年能耗柱狀圖為所裝燈具在傳統(tǒng)控制模式下的總能耗對比，最右側(cè)柱狀圖則是本次改造后LED 燈在智能控制模式下的年能耗。 能耗降幅百分比是最左側(cè)的柱狀圖與最右側(cè)的柱狀圖的對比降幅情況。

圖7 改造前后能耗對比圖

若商業(yè)電費(fèi)按照0.9 元／kWh 計(jì)算，改造后每年耗電量將從361.68 萬kWh 下降至97.89 萬kWh，節(jié)能減耗幅度高達(dá)72.93 %，預(yù)期每年可以減少電費(fèi)約237.41 萬元。

4 結(jié)束語

本文以某酒店照明系統(tǒng)改造為例，進(jìn)行了以提質(zhì)降耗為目的的綠色照明改造，進(jìn)行了方案可行性論證，給出了具體的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)估算了改造帶來的經(jīng)濟(jì)效益。 相信隨著LED 光源材料及工藝技術(shù)的飛速進(jìn)步，LED 照明產(chǎn)品將會(huì)憑借其高效節(jié)能、低害環(huán)保、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢，全面取代傳統(tǒng)照明燈具。 同時(shí)結(jié)合DALI 智能照明控制技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)時(shí)的光環(huán)境實(shí)現(xiàn)精確調(diào)光，進(jìn)一步強(qiáng)化節(jié)能減耗的效果。