王玉卿 / 王浩然（中國建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電院，北京 100044）

1 建筑能耗

照明在公共建筑能耗中舉足輕重，因此在節(jié)能方面具有很大的挖掘潛力。伴隨世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們通常會新修道路、公共設(shè)施，擴(kuò)展居民區(qū)，這些措施都會相應(yīng)帶來照明設(shè)施的增加，甚至從太空中也能看到燈光強(qiáng)度的增加。有些科學(xué)家通過對夜間燈光的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與國內(nèi)生產(chǎn)總值統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，找到夜間燈光強(qiáng)度與一個(gè)國家的國內(nèi)生產(chǎn)總值存在關(guān)聯(lián)，來評估某國國內(nèi)生產(chǎn)總值的方法。

圖1是1張衛(wèi)星合成圖，圖上的人工照明顯示出亞洲財(cái)富分布不均。我們能夠看到日本稠密的燈光覆蓋情況，還可以看到中印兩國不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)的燈光情況。亞洲既有發(fā)達(dá)國家，也有發(fā)展中國家，從夜間燈光強(qiáng)度能夠很好體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況。

建筑能耗（包括建造能耗和使用能耗等）約占全社會總能耗的30%，而這還僅僅是建筑物在建造和使用過程中所消耗的能源比例，如果再加上建材生產(chǎn)過程中耗掉的能源（占全社會總能耗的16.7%），建筑總能耗大約占到社會總能耗的46.7%。

圖1 衛(wèi)星合成照明圖

我國現(xiàn)階段公共建筑單位建筑面積的耗電量為住宅的5～15倍，是建筑能源消耗的高密度領(lǐng)域。公共建筑面積占不到城鎮(zhèn)建筑總量的4%，但是卻消耗了建筑能耗總量的22%。除了設(shè)計(jì)上的原因，相對來說普通個(gè)人住宅的節(jié)能意識比較強(qiáng)。公共建筑用能比較集中，設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，片面追求形式。在使用過程中，公共建筑因?yàn)槭枪玫?，管理不到位、?jié)能意識差等各種原因，造成能源和資源的浪費(fèi)。再好的建筑，如果使用不好，建筑能耗還是會很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有些節(jié)能綠色建筑在長期的使用過程中節(jié)約的能源價(jià)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其前期投入的費(fèi)用。

照明在建筑中必不可少，公共建筑一般照明標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置較高，照明設(shè)施使用時(shí)間長，照明在公共建筑使用能耗占能耗總量的15%。采用高效節(jié)能照明光源和高效的燈具，選取合理的智能控制方式，在建筑節(jié)能中是必須采取的有效措施。

2 常用光源

1）白熾燈

電流通過固體加熱到白熾狀態(tài)而發(fā)光。光效一般為10～15lm/W，顯色指數(shù)接近100，可瞬間點(diǎn)燃，易于調(diào)控光，壽命較短，售價(jià)低。白熾燈已經(jīng)被歐洲多數(shù)國家淘汰，我國雖然沒有給出淘汰的時(shí)間表，但對于這種低光效光源，正在逐漸被其他光源替代。

2）熒光燈

真空玻璃管內(nèi)涂熒光粉，管內(nèi)封入汞蒸汽和稀有氣體。通過兩極間弧光放電，發(fā)出可見光和紫外線。紫外線又激發(fā)管內(nèi)壁的熒光粉而發(fā)光。光效一般為50～100lm/W左右。色溫為2500K～6500K，顯色指數(shù)可達(dá)60～96，功率范圍4～200W，壽命長、售價(jià)稍高。需要通過電感鎮(zhèn)流器或電子鎮(zhèn)流器短時(shí)間預(yù)熱點(diǎn)燃并運(yùn)行。包括：直管熒光燈、環(huán)管熒光燈、緊湊型熒光燈等。

高效能T5細(xì)管熒光燈和T8三基色熒光燈光效可達(dá)90lm/W以上，是現(xiàn)階段比較理想的節(jié)能光源。雖然我們現(xiàn)在能夠?qū)5、T8熒光燈進(jìn)行調(diào)光，但是調(diào)光會引起色溫變化和光源壽命降低，再加上調(diào)光電子鎮(zhèn)流器和調(diào)光控制設(shè)備一次性投資費(fèi)用較高等因素，使用時(shí)還需要慎重考慮。

緊湊型熒光燈光效一般為50～70lm/W左右。個(gè)別高效能緊湊型熒光燈（節(jié)能燈）光效甚至達(dá)到80lm/W，是現(xiàn)階段另外一個(gè)比較理想的節(jié)能光源。節(jié)能燈可以調(diào)光，但是調(diào)光會引起色溫較大變化，光源壽命急劇降低。再加上可調(diào)光節(jié)能燈和調(diào)光控制設(shè)備的高額費(fèi)用，在工程使用較少。

3）高壓鈉燈

在氧化鋁陶瓷放電管內(nèi)充鈉和氬，鎮(zhèn)流器接入電流，經(jīng)過預(yù)熱及鎮(zhèn)流器電路產(chǎn)生的反電勢使燈點(diǎn)燃，放電管內(nèi)的鈉蒸汽通過電極產(chǎn)生弧光放電，鈉原子激發(fā)后產(chǎn)生可見光。高效高壓鈉燈光效高達(dá)100～140lm/W，但是顯色指數(shù)約23～30。高顯色高壓鈉燈光效大約4050lm/W，顯色指數(shù)可高達(dá)80以上。對顯色沒有嚴(yán)格要求的空間，采用高效高壓鈉燈是很好的選擇。

4）高壓汞燈

采用透明石英玻璃做放電管，管內(nèi)充汞及氬氣，殼內(nèi)涂熒光粉。當(dāng)電流經(jīng)鎮(zhèn)流器與放電管接通后，使兩主電極間的弧光放電。汞原子激發(fā)后產(chǎn)生可見光和紫外線，紫外線照射熒光粉轉(zhuǎn)換為可見光。光效為30～50lm/W，顯色指數(shù)只有30～40。對比其他光源發(fā)展，高壓汞燈正在逐漸失去往日的風(fēng)采。

5）金屬鹵化物燈

在高壓汞燈的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而成。在放電管內(nèi)添加某些金屬鹵化物，靠金屬鹵化物的循環(huán)作用，不斷向電弧提供相應(yīng)的金屬蒸汽，金屬原子在電弧作用下受激發(fā)而輻射該金屬的特征光譜。選擇不同的金屬鹵化物按一定比例充入燈內(nèi)，使燈的光色呈白光，接近日光燈。光效可達(dá)80～100lm/W以上，其顯色指數(shù)60～95，功率范圍35～2000W，壽命長、售價(jià)偏高。對于有一定高度的高照度空間，他的使用優(yōu)勢可以與高效能直管熒光燈一決高下。對于高大、高照明要求空間，其使用優(yōu)勢無人能比。

雖然在技術(shù)理論上能夠?qū)饘冫u化物燈進(jìn)行調(diào)光，但是調(diào)光會引起色溫變化和光源壽命的急劇降低，再加上調(diào)光電子鎮(zhèn)流器和調(diào)光控制設(shè)備高額的一次投資費(fèi)用，無論從節(jié)能角度還是從使用角度進(jìn)行評價(jià)，金屬鹵化物燈調(diào)光還是不采用為好。

6）LED（發(fā)光二極管）

是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是半導(dǎo)體的晶片，當(dāng)電流通過電極作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子在兩極間移動(dòng)并復(fù)合，會以光子的形式發(fā)出能量。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以熒光粉薄層。LED基片發(fā)出藍(lán)光，而藍(lán)光與熒光粉激發(fā)發(fā)出的混合光，可以獲得色溫3500K 10000K的各色白光，LED燈顯色指數(shù)最高達(dá)到90。這種通過藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成熟，得到了廣泛的運(yùn)用。LED在實(shí)驗(yàn)室最高光效已達(dá)260lm/W，可見其前景非常廣闊。現(xiàn)在市面上的單顆大功率LED的光效已經(jīng)突破100lm/W，但制成的LED節(jié)能燈，由于電源效率損耗、燈罩的光通損耗等因素，實(shí)際光效在60lm/W。LED節(jié)能燈作為新一代的光源，易于調(diào)控光、壽命極長，但售價(jià)偏高。

LED節(jié)能燈的價(jià)格偏高，是由于其單體價(jià)、鋁制散熱器、高效恒流電源、高透光率柔和燈罩的成本都高造成的。目前LED節(jié)能燈已經(jīng)可以作為筒燈、射燈及吊燈使用，但是，如果想要LED節(jié)能燈大規(guī)模取代普通節(jié)能燈，就必須提高光效、降低成本，才具備競爭的優(yōu)勢。

7）光導(dǎo)照明系統(tǒng)

主要由采光罩、光導(dǎo)管、漫射器三大部分組成。其工作原理是通過室外（一般在屋頂）的采光裝置捕獲室外的日光，并將其導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部；然后經(jīng)過光導(dǎo)裝置強(qiáng)化并高效傳輸后，由漫射器將自然光均勻?qū)胧覂?nèi)需要光線的任何地方。它節(jié)約電力，但是受到屋頂防水工程復(fù)雜、占用空間大，投資高等條件限制，無法大面積推廣。

3 常用智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)是針對不同的時(shí)間、不同的亮度、不同的功能分布來對某一個(gè)區(qū)域或若干區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制的照明設(shè)備。通過定時(shí)控制、提供開啟保持和關(guān)閉延時(shí)功能、照度控制和調(diào)節(jié)，將照度控制在一定的范圍之內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制、統(tǒng)一管理和監(jiān)控的功能。它解決了傳統(tǒng)控制方式的布線復(fù)雜、場景照明單一、人工控制繁瑣、控制點(diǎn)分散、無法有效管理等問題。不但照度達(dá)到要求，舒適明亮，也實(shí)現(xiàn)了綠色節(jié)能。再結(jié)合科學(xué)的管理方式，能大量減少管理和維護(hù)人員，從而降低管理費(fèi)用、提高工作效率和管理水平。

1）I-BUS系統(tǒng)

采用歐洲EIB/KNX開放式總線標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)已成中國國家GB/Z 20965-2007），它是通過一條總線(4芯屏蔽雙絞線)將各個(gè)分散的元件連接起來，每個(gè)元件均為智能化模塊。通過電腦編程的各個(gè)元件既可獨(dú)立完成控制工作，又可根據(jù)要求進(jìn)行不同組合，從而達(dá)到不增加元件數(shù)量而使功能倍增的效果。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的兼容性，不同廠家的元件、軟件可無縫兼容。通訊速率干線用局域網(wǎng)，可達(dá)10Mbit，系統(tǒng)內(nèi)9600b/s，系統(tǒng)最大的容量是14400總線元件。

2）歐洲D(zhuǎn)ALI數(shù)字化可尋址調(diào)光接口系統(tǒng)

DALI是一種開放式系統(tǒng)，是為不同制造商生產(chǎn)的可調(diào)光鎮(zhèn)流器進(jìn)行互換的一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)。它定義了電子鎮(zhèn)流器與設(shè)備控制器之間的通信方式，其受控對象為可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器。遵循DALI協(xié)議中規(guī)定的鎮(zhèn)流器使用低電壓配線連接成一條照明總線，另外，系統(tǒng)中的每個(gè)鎮(zhèn)流器都分配一個(gè)地址，從而實(shí)現(xiàn)熒光燈的獨(dú)立控制和任意分組控制。系統(tǒng)內(nèi)通訊速率1200bit，系統(tǒng)總線最大的容量是64個(gè)地址，每個(gè)地址帶64個(gè)裝置。

3）澳大利亞C-BUS系統(tǒng)

C-BUS系統(tǒng)是一個(gè)分布式、二線制、專業(yè)化的智能照明控制系統(tǒng)。控制單元均有內(nèi)置微處理器和存儲單元，由一對非屏蔽信號線(UTP5)鏈接成網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)傳送數(shù)據(jù)信號和電源。通過軟件對所有單元進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。系統(tǒng)內(nèi)通訊速率9600bit，系統(tǒng)最大容量為14400總線元件。

4）美國X-10智能照明控制系統(tǒng)

X-10協(xié)議直接利用電力線作為控制總線，并通過電力線將各傳感器、執(zhí)行元件和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備連接起來，各設(shè)備通過設(shè)定地址綁定組成協(xié)調(diào)一致的系統(tǒng)。X-10控制總線使用電力線窄帶載波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備節(jié)點(diǎn)間的相互通信，無需布線，安裝方便。利用現(xiàn)有資源，無需重新布線是X-10系統(tǒng)的一大特點(diǎn)。單系統(tǒng)256個(gè)地址，系統(tǒng)內(nèi)通訊速率100b/s，非常適合小公共空間或者家庭使用。但是，由于我國電網(wǎng)波動(dòng)較大，接入的干擾噪聲較多，沒有進(jìn)行較好的抑制，系統(tǒng)運(yùn)行容易出現(xiàn)差錯(cuò)，給推廣和使用帶來了相當(dāng)大的困難。

5）我國智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

同建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BMS）一樣，受制于工業(yè)控制器（PLC)產(chǎn)業(yè)落后、沒有自主通信協(xié)議的限制，我國自主智能照明控制系統(tǒng)至今沒有得到發(fā)展壯大?？上驳氖?，經(jīng)過多年的積極開拓和奮勇拼搏，一批有識之士在仿制小型控制系統(tǒng)及各種無線控制系統(tǒng)等方面，取得了長足進(jìn)步。一些非網(wǎng)絡(luò)的集探測、控制、調(diào)節(jié)為一體的高可靠微型系統(tǒng)，以其極佳的經(jīng)濟(jì)性和靈活性，已經(jīng)得到大批照明節(jié)能用戶的青睞。

4 結(jié)束語

必須重視自然采光。外窗作為建筑的原始采光、通風(fēng)重要功能構(gòu)件，而后賦予了觀景的功能和建筑外立面景觀效果的功能。在一些公共建筑中，為追求華麗的外部及形式，外窗的功能已經(jīng)本末倒置。太陽散（漫）射光是最好的光線，太陽光直射照度高達(dá)幾萬lx，光線太強(qiáng)，甚至是眩光，在公共建筑中往往采用遮陽板和遮光簾的方式一“遮”了之。太陽光雖然存在從黎明、中午到黃昏；晴天、多云、陰天；東、西、高、低等等諸多變化，但它和公共建筑大部分使用時(shí)間段是吻合的，且量大面廣、無窮無盡。通過科技手段，把建筑外窗太陽直射光高效地轉(zhuǎn)換成太陽散射光，導(dǎo)入室內(nèi)需要光線的地方，并且把其他太陽散射光通過建筑外窗盡量多地導(dǎo)入室內(nèi)，是建筑照明節(jié)能最好和最廣闊的前景。

照明光源發(fā)光效率從40lm/W 100lm/W以上不等，為滿足相同的照明要求，采用光效40lm/W的光源要比采用光效100lm/W的光源多消耗一倍多的電能。顯而易見，建筑所有光源盡量采用合適的、最高效的照明光源；盡量采用合適的、最高效的燈具，是建筑照明節(jié)能必須的手段。

智能照明控制系統(tǒng)可以在滿足基本照明要求的前提條件下通過分時(shí)間、分區(qū)域、分照度、分場景、是否有工作人員等實(shí)施控制，做到最大限度地避免浪費(fèi)。智能控制采光窗簾與智能調(diào)光照明控制系統(tǒng)的有效聯(lián)動(dòng)能夠達(dá)到最佳的節(jié)能效果，但高昂的可調(diào)光燈具和控制系統(tǒng)造價(jià)在一般工程中難以被接收。一種變通的方案是：智能控制采光窗簾與多光源燈具、智能開關(guān)照明控制系統(tǒng)組成照度分級控制，同樣可以達(dá)到比較好的節(jié)能效果。現(xiàn)階段，多光源燈具、智能開關(guān)照明控制系統(tǒng)組成照度分級控制，不論在整棟大樓的超大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，還是一個(gè)區(qū)域、一個(gè)房間的獨(dú)立小系統(tǒng)，都是不錯(cuò)的選擇。

現(xiàn)階段智能照明控制系統(tǒng)推廣受制于國產(chǎn)化程度較低，大部分需要進(jìn)口，產(chǎn)品價(jià)格高等諸多因素。在這里呼吁，國家有關(guān)部門需要象支持節(jié)能光源一樣，大力支持國產(chǎn)智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，把相對成熟的小型控制系統(tǒng)、無線控制系統(tǒng)作為突破口，加強(qiáng)產(chǎn)品可靠性的管理，形成產(chǎn)業(yè)化，降低生產(chǎn)成本。成熟一批，推廣一批，逐步完善，最終使得我國智能照明控制系統(tǒng)達(dá)到國際水平，打開影響我國公共建筑節(jié)能事業(yè)發(fā)展的瓶頸。