建筑照明節(jié)能綜述及展望（一）
建筑照明節(jié)能綜述及展望
悉地國(guó)際建筑設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司李炳華
（100013）
摘要：本文回顧和總結(jié)了2015年建筑照明節(jié)能的相關(guān)技術(shù)，并對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新系統(tǒng)進(jìn)行分析。文中對(duì)2016年建筑照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行展望，提出了FTY和FTP新概念，對(duì)光源的經(jīng)濟(jì)性和能源轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：建筑照明節(jié)能 LPD 單位照度功率密度 FTY FTP 以太網(wǎng)供電
2015年已經(jīng)過(guò)去了，雖然艱辛，但成績(jī)斐然。盤(pán)點(diǎn)2015在建筑照明節(jié)能方面的得失，有助于從業(yè)人員認(rèn)清形勢(shì)，把握機(jī)會(huì)，為新的一年找到發(fā)展方向。筆者不才，就我的體會(huì)與大家分享2015年建筑照明節(jié)能的技術(shù)，并展望2016年建筑照明節(jié)能的新趨勢(shì)、新動(dòng)向。雖然片面，但希望對(duì)大家有所幫助。
1 2015年建筑照明節(jié)能總結(jié)
1.1 新標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)建筑照明節(jié)能
2015年是全面執(zhí)行《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034-2013的一年，尤其照明功率密度LPD值對(duì)建筑照明節(jié)能起著至關(guān)重要的作用，標(biāo)準(zhǔn)中有更加嚴(yán)格的要求。表1是住宅類(lèi)建筑LPD值變化情況，2013版與2004版相比，照度水平?jīng)]有變化，但LPD的現(xiàn)行值和目標(biāo)值分別降低了14%和17%，住宅建筑照明節(jié)能非常顯著。
表1 住宅建筑LPD值的變化
|
房間或場(chǎng)所 |
2013版 |
2004版 |
新標(biāo)準(zhǔn)降低百分比 |
|||||
|
對(duì)應(yīng)照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
照明功率密度限制（W/m2） |
照明功率密度限制（W/m2） |
對(duì)應(yīng)照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||
|
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||||
|
起居室 |
100 |
6 |
5 |
7 |
6 |
100 |
14.3% |
17% |
|
臥 室 |
75 |
75 |
||||||
|
餐 廳 |
150 |
150 |
||||||
|
廚 房 |
100 |
100 |
||||||
|
衛(wèi)生間 |
100 |
100 |
||||||
|
職工宿舍 |
100 |
4 |
3.5 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
車(chē) 庫(kù) |
30 |
2 |
1.8 |
- |
- |
- |
- |
- |
表2 辦公場(chǎng)所LPD值的變化
|
房間或場(chǎng)所 |
2013版 |
2004版 |
新標(biāo)準(zhǔn)降低百分比 |
|||||
|
對(duì)應(yīng)照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
照明功率密度限制（W/m2） |
照明功率密度限制（W/m2） |
對(duì)應(yīng)照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||
|
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||||
|
普通辦公室 |
300 |
9 |
8 |
11 |
9 |
300 |
18.2% |
11.1% |
|
高檔辦公室、設(shè)計(jì)室 |
500 |
15 |
13.5 |
18 |
15 |
500 |
16.7% |
10.0% |
|
會(huì)議室 |
300 |
9 |
8 |
11 |
9 |
300 |
18.2% |
11.1% |
|
服務(wù)大廳、營(yíng)業(yè)廳 |
300 |
11 |
10 |
13 |
11 |
300 |
15.4% |
9.1% |
表2是辦公建筑部分場(chǎng)所LPD值變化情況，新舊兩個(gè)版本相比，照度水平保持一致，但LPD的現(xiàn)行值和目標(biāo)值變化較大，根據(jù)場(chǎng)所不同，現(xiàn)行值降低在15%~18%，目標(biāo)值降低在10%左右，辦公建筑照明節(jié)能也非常明顯。
表3 商業(yè)建筑部分場(chǎng)所LPD值的變化
|
房間或場(chǎng)所 |
2013版 |
2004版 |
新標(biāo)準(zhǔn)降低百分比 |
|||||
|
照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
照明功率密度限制（W/m2） |
照明功率密度（W/m2） |
對(duì)應(yīng)照度值（lx） |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||
|
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||||
|
一般商店?duì)I業(yè)廳 |
300 |
10 |
9 |
12 |
10 |
300 |
16.7% |
10.0% |
|
高檔商店?duì)I業(yè)廳 |
500 |
16 |
14.5 |
19 |
16 |
500 |
15.8% |
9.4% |
|
一般超市營(yíng)業(yè)廳 |
300 |
11 |
10 |
13 |
11 |
300 |
15.4% |
9.1% |
|
高檔超市營(yíng)業(yè)廳 |
500 |
17 |
15.5 |
20 |
17 |
500 |
15.0% |
8.8% |
|
專(zhuān)賣(mài)店?duì)I業(yè)廳 |
300 |
11 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
倉(cāng)儲(chǔ)超市 |
300 |
11 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
表3是商業(yè)建筑部分場(chǎng)所LPD值變化情況，相類(lèi)似，新舊兩個(gè)版本照度標(biāo)準(zhǔn)值保持不變，但LPD有較大的變化。根據(jù)不同場(chǎng)所，現(xiàn)行值降低在15%以上，目標(biāo)值降低近10%，商店建筑照明節(jié)能也非常明顯。
表4 酒店建筑部分場(chǎng)所LPD
值的變化
|
房間或場(chǎng)所 |
2013版 |
2004版 |
新標(biāo)準(zhǔn)降低百分比 |
|||||
|
照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx） |
照明功率密度限制（W/m2） |
照明功率密度（W/m2） |
對(duì)應(yīng)照度值（lx） |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||
|
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|||||
|
客 房 |
— |
7 |
6 |
15 |
13 |
— |
53.3% |
53.8% |
|
中餐廳 |
200 |
9 |
8 |
13 |
11 |
200 |
30.8% |
27.3% |
|
西餐廳 |
150 |
6.5 |
5.5 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
多功能廳 |
300 |
13.5 |
12 |
18 |
15 |
300 |
25.0% |
20.0% |
|
客房層走廊 |
50 |
4 |
3.5 |
5 |
4 |
50 |
20.0% |
12.5% |
|
大堂/門(mén)廳* |
200 |
9 |
8 |
15 |
13 |
300 |
66.7% |
38.5% |
|
會(huì)議室 |
300 |
9 |
8 |
- |
- |
- |
- |
- |
* “/”前為2013版的，“/”后為2004版的。
表4是酒店建筑部分場(chǎng)所LPD值變化情況，兩個(gè)版本的照度標(biāo)準(zhǔn)值基本保持不變（大堂、門(mén)廳除外），但LPD有很大的變化。根據(jù)不同場(chǎng)所，現(xiàn)行值和目標(biāo)值降低高達(dá)53%，主要因?yàn)榫频昕纱罅坎捎?/span>LED燈，照明節(jié)能非常明顯。
體育照明則需滿(mǎn)足《體育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 354-2014的相關(guān)要求，該規(guī)范第19.3.1條規(guī)定，乙級(jí)及以上等級(jí)體育建筑的場(chǎng)地照明單位照度功率密度值宜符合表5的規(guī)定。
表5 場(chǎng)地照明單位照度功率密度值
|
場(chǎng)地名稱(chēng) |
單位照度功率密度（W/lx.m2） |
|
|
現(xiàn)行值 |
目標(biāo)值 |
|
|
足球場(chǎng) |
5.17×10-2 |
4.21×10-2 |
|
足球、田徑綜合體育場(chǎng) |
3.56×10-2 |
2.90×10-2 |
|
綜合體育館 |
14.04×10-2 |
11.44×10-2 |
|
游泳館 |
9.86×10-2 |
8.03×10-2 |
|
網(wǎng)球場(chǎng) |
18.00×10-2 |
14.66×10-2 |
表5適用于有電視轉(zhuǎn)播的場(chǎng)地照明，表中對(duì)應(yīng)于場(chǎng)地照明主攝像機(jī)方向上的垂直照度，面積是最大場(chǎng)地運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的PA值。單位照明功率密度可以控制過(guò)多使用場(chǎng)地照明燈具，避免不必要的投資，節(jié)省能源。
這兩部標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)建筑照明總體的能效要求，不論采用什么技術(shù)、什么產(chǎn)品、何種系統(tǒng)都必須滿(mǎn)足此要求。因此，標(biāo)準(zhǔn)是建筑照明節(jié)能的引領(lǐng)者，也是建筑照明節(jié)能的守護(hù)神。
1.2 新技術(shù)支撐建筑照明節(jié)能
2015年，許多照明技術(shù)日漸成熟，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，尤其LED照明技術(shù)突飛猛進(jìn)，逐漸成熟，性?xún)r(jià)比提升較快，價(jià)格已逐漸親民，為公眾所接受，應(yīng)用場(chǎng)所穩(wěn)步增加和普及。
1.2.1 LED技術(shù)進(jìn)一步提升、價(jià)格逐漸下降
圖1所示，2015年11月全球代替40W的LED燈泡零售價(jià)格為10.8美元，下降3%，折合1美元可以購(gòu)買(mǎi)約44lm的LED光；代替60W的LED燈泡價(jià)格下降3%，降至14.6美元，折合1美元可購(gòu)買(mǎi)約67lm LED發(fā)出的光。
圖1 全球LED燈泡零售價(jià)格（數(shù)據(jù)來(lái)自華強(qiáng)北指數(shù)）
圖2顯示國(guó)內(nèi)LED市場(chǎng)情況，同樣LED燈泡零售價(jià)有相似的下降趨勢(shì)，到2015年“雙十一”，代替40W的LED燈泡零售均價(jià)只有4.0美元，下降達(dá)10%，折合1美元可購(gòu)買(mǎi)約120lmLED發(fā)出的光，近國(guó)際市場(chǎng)的3倍；代替60W的LED燈泡價(jià)格下降8%，至9.9美元，折合1美元可購(gòu)買(mǎi)約73lm的LED光，略?xún)?yōu)于國(guó)際市場(chǎng)同期的價(jià)格。
圖2 中國(guó)LED燈泡零售價(jià)格（數(shù)據(jù)來(lái)自華強(qiáng)北指數(shù)）
1.2.2 控制技術(shù)助力建筑照明節(jié)能
控制技術(shù)是另一種建筑照明節(jié)能技術(shù)，并且節(jié)能效果比較明顯。從手動(dòng)照明控制到智能照明控制，技術(shù)上的進(jìn)步為照明節(jié)能奠定了基礎(chǔ)。未來(lái)，智慧照明控制系統(tǒng)將會(huì)取代智能照明控制系統(tǒng)。
現(xiàn)在的智能照明控制系統(tǒng)種類(lèi)繁多，應(yīng)用比較普及。其功能可以概括為表6所示，可分為基本功能、增強(qiáng)功能、高級(jí)功能等三類(lèi)，為建筑照明節(jié)能增添砝碼。
表6 智能照明控制系統(tǒng)的功能分類(lèi)
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功能 |
描述 |
備注 |
|
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基本功能 |
調(diào)光控制 |
系統(tǒng)對(duì)任意回路或燈進(jìn)行連續(xù)調(diào)光 |
少數(shù)為有級(jí)調(diào)光，DALI可控制到燈 |
|
開(kāi)關(guān)控制 |
系統(tǒng)可控制任意回路或燈的開(kāi)和關(guān) |
DALI可控制到燈 |
|
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增強(qiáng)功能 |
場(chǎng)景控制 |
可預(yù)設(shè)多個(gè)場(chǎng)景，滿(mǎn)足不同需求 |
|
|
軟啟軟停 |
開(kāi)關(guān)燈適度延時(shí)，多燈順序啟停，減少開(kāi)光燈的沖擊，延長(zhǎng)燈的壽命 |
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|
淡入淡出 |
場(chǎng)景轉(zhuǎn)換淡入淡出，平穩(wěn)過(guò)渡 |
||
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感應(yīng)控制 |
利用紅外感應(yīng)、光感、移動(dòng)感應(yīng)、聲波感應(yīng)等感應(yīng)技術(shù)達(dá)到對(duì)燈光的控制，做到人來(lái)燈亮，人走燈延時(shí)熄滅 |
其他類(lèi)型的傳感器，根據(jù)需要使用 |
|
|
照度感應(yīng) |
對(duì)某些場(chǎng)合根據(jù)室外光線(xiàn)調(diào)節(jié)燈的亮度或開(kāi)關(guān)燈，包括恒照度控制、變照度控制 |
||
|
時(shí)間控制 |
按照設(shè)定的時(shí)間調(diào)節(jié)燈的亮度或開(kāi)關(guān)燈 |
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系統(tǒng)控制 |
可用系統(tǒng)總線(xiàn)、局域網(wǎng)等，實(shí)現(xiàn)上述控制，并可與BAS聯(lián)網(wǎng) |
||
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高級(jí)功能 |
遙控 |
可用手持遙控器對(duì)燈光進(jìn)行控制 |
可采用紅外控制、射頻控制等 |
|
手機(jī)控制 |
利用CDMA、GSM等控制燈 |
||
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APP控制 |
通過(guò)APP軟件控制燈光，實(shí)現(xiàn)上述功能 |
手機(jī)、iPAD等控制 |
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基本功能是對(duì)照明的開(kāi)關(guān)、調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)取代傳統(tǒng)機(jī)械開(kāi)關(guān)的目的；高級(jí)功能則提供更多的樂(lè)趣，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、無(wú)線(xiàn)控制；而增強(qiáng)功能是照明節(jié)能的主體。從工程實(shí)際反饋的信息，采用智能照明控制系統(tǒng)中的增強(qiáng)功能，節(jié)能至少在20%以上，某些場(chǎng)所節(jié)能可達(dá)80%。
1.3 新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)建筑照明節(jié)能
沒(méi)有合適的產(chǎn)品怎么能實(shí)現(xiàn)建筑照明節(jié)能呢？因此，新產(chǎn)品在建筑照明節(jié)能中起著舉足輕重的作用。圖3是CCDI完成的某寫(xiě)字樓開(kāi)敞辦公區(qū)的照明設(shè)計(jì)，嵌入式條形燈為LED光源，功率15W/m，色溫4000K。吊裝式條形燈也為LED光源，功率30W/m，色溫也是4000K。該場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)值為500lx，則LPD值僅有12.11W/m2，遠(yuǎn)低于GB 50034-2013中規(guī)定的現(xiàn)行值（15W/m2），也低于標(biāo)準(zhǔn)中的目標(biāo)值（13.5W/m2），既美觀又節(jié)能。
圖3 某敞開(kāi)式辦公場(chǎng)所照明
圖4是某游泳館改造項(xiàng)目，原體育照明系統(tǒng)采用33套1000W和29套400W金屬鹵化物燈，游泳池是潮濕場(chǎng)所，使用7年后體育照明燈體銹蝕嚴(yán)重，存在安全隱患?，F(xiàn)采用LED燈進(jìn)行改造，采用單燈功率270W的高效、耐腐蝕LED燈具44套。新照明系統(tǒng)總安裝功率只有原系統(tǒng)的12%，節(jié)能效果非?？捎^。除此之外，照明水平顯著提高，照度、照度均勻度均有不同程度的改善，平均水平照度達(dá)600lx，照度提高34%，照度均勻度提高100%。
圖4 上海浦東游泳館實(shí)景（照片由Musco提供）
1.4 新系統(tǒng)提升建筑照明節(jié)能
根據(jù)文獻(xiàn)介紹，系統(tǒng)是包含一切所共有的特性，是相互聯(lián)系相互作用的諸多元素的綜合體。
將系統(tǒng)的概念應(yīng)用到建筑照明節(jié)能領(lǐng)域，其系統(tǒng)也是有諸多元素所組成，例如光源、驅(qū)動(dòng)電路、鎮(zhèn)流器、啟輝器等等，這些元素相互聯(lián)系又相互作用。我們會(huì)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)光源損壞后更換另一種品牌的光源，照明效果降低而達(dá)不到預(yù)期，甚至不能正常點(diǎn)亮，更有甚者會(huì)造成部件的損壞，這就是從系統(tǒng)角度看各部件沒(méi)有很好的匹配。
LED的出現(xiàn)為建筑照明節(jié)能的提升提供了可能和保障。甚至這種系統(tǒng)將會(huì)引起一場(chǎng)照明的革命，例如，采用直流供電和網(wǎng)絡(luò)控制的照明系統(tǒng)，顛覆了傳統(tǒng)照明及其控制技術(shù)，這就是POE供電，符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)革命性的技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)，并進(jìn)行了探索性應(yīng)用，希望大家關(guān)注！
POE 是Power OverEthernet的縮寫(xiě)，意為在現(xiàn)有的以太網(wǎng)Cat.5布線(xiàn)基礎(chǔ)架構(gòu)下同時(shí)為基于IP的終端傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，及為此類(lèi)設(shè)備提供直流供電的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)以太網(wǎng)供電。兩個(gè)版本的標(biāo)準(zhǔn)均反映了以太網(wǎng)除數(shù)據(jù)傳輸以外的供電問(wèn)題，如果應(yīng)用于LED供電，則還有一些亟待解決的問(wèn)題需要研究。
表7 以太網(wǎng)供電分析
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標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) |
IEEE 802.3af |
IEEE 802.3at |
|
頒布時(shí)間 |
2003年6月 |
2005年7月 |
|
供電容量（W） |
15.4 |
25.5 |
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供電、數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象 |
IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)等 |
IP電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、無(wú)線(xiàn)LAN接入點(diǎn)、雙波段接入、視頻電話(huà)、PTZ視頻監(jiān)控系統(tǒng)等 |
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LED供電分析 |
小容量、試驗(yàn)性 |
容量得以增加，仍然處于試驗(yàn)階段 |
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保護(hù)、接地、載流量、供電距離等問(wèn)題需進(jìn)一步研究 |
||
（未完待續(xù)）