认真实施绿色照明节能-任元会20071015.doc

认真实施绿色照明，积极推进照明节能中国航空工业规划设计研究院任元会 2007.10.12 一、全面理解绿色照明1 意义和进程节约资源和保护环境是世界各国共同关注的重大课题，关系到人类社会经济的可持续发展。照明与资源和环境关系密切，照明领域的节能日益引起各国重视。1991年美国环保署提出“绿色照明”的概念和实施办法，很快得到联合国及很多国家的支持和响应。我国从1993年开始思想和技术准备，于1996年正式制订和发布中国绿色照明工程实施方案，在随后的十年中得到认真而有效的实施。2 宗旨和目标绿色照明的宗旨是推动节约能源、保护环境和提高照明质量，以适应和服务于我国社会进步和现代化进程。主要目标是： 推广应用高效照明产品； 推进照明节电，实现照明节电10%的目标，预期到2010年照明节电累计1032亿kWh； 通过节电，减少温室气体排放，到2010年累计减排二氧化碳4130万吨碳； 提高高效照明产品的质量和水平，扩大生产能力和出口量； 提高公众节能环保意识，更清楚了解高效照明系统的好处。3 进行的主要工作(1) 制订标准：主要有 建筑照明设计标准（GB50034-2004）； 双端荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金卤灯等4种光源的能效限定值及能效等级； 双端荧光灯、高压钠灯、金卤灯等3种镇流器的能效限定值及节能评价值； 城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）。(2) 提高节能、环保意识，进行宣传、培训工作 举办建筑照明设计培训班，2001-2005年共办30期，培训了设计人员三千多人； 举办大宗用户照明节能培训班，同期内共办15期，培训了企业主管节能人员和技术人员一千多人； 编制出版了各种绿色照明手册、指南十多种。(3) 推广高效节能光源，进行试点示范。4 主要成果(1) 绿色照明工程实施十年（19962005）累计节电590亿kWh，相当于二氧化碳（碳计）减排1700万吨，二氧化硫减排53万吨。(2) 促进了高效光源的研制和推广应用，我国荧光灯与普通白炽灯生产量的比例从1995年16.25变化到2005年11.5，更高光效的三基色荧光灯、陶瓷金卤灯相继出现，新的LED光源快速发展。(3) 我国节能中长期规划将绿色照明工程列入十大重点节能示范工程之一，为照明节能长期开展提供了政策依据。(4) 建筑照明设计标准及城市道路照明设计标准颁布实施，LPD限值作为强制性条文，对提高照明系统能效起了重要的作用。二、照明节能的技术措施1 因地制宜，合理确定照度标准(1) 建筑照明设计标准（GB50034-2004）规定的照度标准值比1990年及1992年提高较多，已经达到或接近当今国际照明委员会（CIE）的标准，反映了当前经济发展的需要。但是我国幅员广大，东西部之间、城乡之间、不同建筑档次之间差距很大，要求不同，GB50034-2004的4.1.3和4.1.4条规定了照度标准提高一级或降低一级的条件，设计师和建设方应从实际要求出发，合理确定照度标准。(2) 城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）按不同道路规定了亮度和照度标准值，对每级道路规定了高低两档标准值，应按城市的性质、规模，以及交通控制系统和道路分隔设施完善程度选择高档或低档照度。(3) 当前存在的主要问题一些公共建筑，特别是商场，经营者力图提高照度以利于招揽顾客，使照度超过标准过多，甚至到营业时感到电费成本过高，再来降低照度。一部分城市夜景照明、道路照明，领导者出于招商引资、发展旅游和提高市民生活质量、改善城市形象的需要，过多地提高了亮度（照度）标准。应当遵循设计标准，因地制宜，提高技术和艺术水平，本着节能、环保、实用、经济、美观的原则，理性确定切合实际需要、又节约用电的照度水平。2 合理运用照明方式为了满足作业的视觉要求，应分别情况，采用一般照明、分区一般照明或混合照明的方式。单纯使用一般照明的方式，对节能不利。对于精细作业场所，通常应区别不同作业面的视觉要求进行设计，对高精度作业面增加局部照明，而不应采取过高的一般照明来满足。同一场所不同作业精细程度照度要求不同时，应分区段设计不同照度。3 正确把握和处理照明质量和能效的关系(1) 绿色照明的宗旨是要在保证照明质量、为生产和生活创建良好的光环境前提下节约照明用电。但是照明质量和能效是一对矛盾，如限制眩光过高要求，显色性过高要求，都将降低照明效率。(2) 功能性照明场所，如生产场所、办公室、教室等，应采用直接光照明，不应采用反射照明，一般情况，不宜采用带透射比不高的漫射型灯具。(3) 恰当把握使用场所的显色性要求，GB50034-2004规定，长期工作和停留的场所，光源的显色指数（Ra）不小于80。当前，三基色荧光灯、陶瓷金卤灯的Ra均大于80，而且光效比卤粉荧光灯、石英金卤灯更高，应推广应用。但更高的显色要求（Ra90），则将降低光源光效，只在有特别要求的场所（如医疗手术、颜色调配等）应用。4 正确处理照明工程适用、节能环保、经济和美观的方针，接不同条件，分清主次，兼顾和协调四者之关系当今在国民经济快速发展的形势下，有些人在追求美的同时，却滋长了一些过度虚华的浮躁心态，不寻求技术经济性能，忘却了节能环保的大政方针。这些年来出现了不少奢华的建筑，华而不实的景观照明工程，而符合要求的节能建筑却很少。人们需要美，美的建筑装饰，美的景观照明，但必须考虑以下两个因素：一是要根据不同条件（不同城市环境、不同功能建筑）区别对待；二是要把美观和适用、节能环保、经济等因素结合和统一起来。5 正确选用优质高效照明器材是提高照明能效的关键因素从图1表示的照明系统能量转换可看出影响照明能效的各个环节。照到工作面的有效光通（lm）灯具灯具出光口发出的光通(lm)房间室形条件各表面反射条件灯具布置光(lm)电光源电(W)灯具效率室形指数（RI）墙、顶棚、地面的反射比等光源和镇流器的效率利用系数（U）图1 照明系统能量转换示意图从图1可知，影响照明能效的主要因素有：(1) 电光源的发光效能，即每瓦电发出的光通量（lm/W）；(2) 镇流器（或配套变压器）的能效；(3) 灯具效率，即灯具光输出比；(4) 房间的室形指数（RI），由房间的长（L）、宽（W）和灯具离工作面高度（h）决定， （1） (5) 房间各表面墙、顶棚、地面的反射比；(6) 按灯具光强分布状况设计的灯具布置。除此以外，关系照明节能的其他要素还有：(1) 电压质量；(2) 照明灯的控制和调节；(3) 天然光的利用及与人工照明的结合；(4) 太阳能及其他可再生能源的利用及与照明结合。下面分别对光源等照明器材的选择进行剖析。6 合理选择照明光源(1) 选择光源的原则 发光效率高，节能、环保效果好； 显色指数满足要求； 寿命长； 起点方便、快捷； 性能价格比优。(2) 光源选择具体要求 严格限制低光效的普通白炽灯应用：这已成为全世界各国节能减排的共同要求。一般应使用荧光灯，主要是自镇流荧光灯代替白炽灯；在一些开关频繁、要求调光、有特殊装饰要求的场所，以及商场重点照明等，宜选用卤素灯。限制白炽灯应用，当前重点是宾馆和家庭两类场所：对宾馆主要靠设计师、装饰工程师和建设单位共同努力，增强节能观念和责任来解决；对家庭主要靠政府运用价格政策引导。 在工业厂房和道路照明中，不应使用荧光高压汞灯，特别不应使用自镇流汞灯，应选用金卤灯或高压钠灯代替。 较低矮场所应采用荧光灯，较高的场所应采用金卤灯或高压钠灯，高压钠灯用于显色要求不高的室内场所和道路照明。对于功能性照明场所（如办公、教室、工业生产房间等）应采用直管荧光灯，而不应采用紧凑型荧光灯，后者主要用于有装饰要求的场所。对于更换光源很困难的场所，可选用寿命更长的无极荧光灯。(3) 采用直管荧光灯应坚持以下四项要求： 任何情况下，应采用细管径（管径26mm）灯管，即T8、T5等类型，取代T12灯管，有明显的节能环保效果。 任何情况下，都应采用三基色荧光灯，不应再选用卤粉荧光灯。三基色灯管具有光效高、显色好、寿命更长的优势。虽价格贵（约贵一倍），但由于其光效高，不仅节能效果好，降低了运行成本；而且由于使用灯数减小，节省了灯具及镇流器的费用，反而使照明系统的总初建费用降低。 采用大功率灯管：在功能照明场所（除外装饰性要求），应选择不小于4呎（近似1200mm）长灯管，即T8型36W、T5型28W，其光效更高。当前，有一种不恰当的设计，办公室等类场所喜欢用2呎长灯管（T8-18W，T5-14W），因为3管灯具尺寸为600600mm，认为和建筑天花板协调；殊不知，2呎灯管光效较低，镇流器损耗更大，综合两个因素，4呎管比2呎管的系统效率高20%25%，初建投资也低得多。应当极力改变这种错误的方案。 一般情况宜采用中色温灯管：光源的色表（用相关色温表示）选择，除建筑色彩特殊要求外，一般可根据照度高低确定：简单说，高照度（750lx）宜用冷色温（高色温），中等照度（约2001000lx）用中色温，低照度（200lx）用暖色温（低色温）。因为暖色温光在低照度下使人感到舒适，而在高照度下就感到燥热；而冷色温光在高照度下感到舒适，在低照度时感到昏暗、阴冷。多数场所的照度在200750lx之间，用中色温光源更好；而且中、低色温的荧光灯光效比高色温灯更高，也有利节能。设计师应改变过多使用冷色温灯管的习惯。(4) 发光二极管（LED）的应用前景：LED是近年来兴起的一种新型光源，有四十多年历史，在近十多年来，氮化镓（GaN）生长、制造技术突破，蓝绿色LED的出现，相继解决了白光LED，使LED进入照明领域成为可能。LED具有寿命长、颜色丰富、单色性好、耐震等优点。1999年成功用于交通信号灯，随即在广告牌、园林及建筑景观照明、建筑标志灯、空军机场标志灯等领域获得广泛采用。近二、三年，白光LED结合太阳能电池在村、镇道路照明也有大量应用，如北京市已使用了8万多杆。LED发展快速，前景广阔，必将逐步进入照明领域，成为一种优质、节能环保的新光源。但还有一系列问题，如提高光效、封装、散热以及灯具配套等，有待继续解决，不应过分夸大和炒作。7 合理选择镇流器镇流器是气体放电灯不可少的附件，但自身功耗比较大，降低了照明系统能效。镇流器之优劣对照明质量和照明能效都有很大影响。其选择要求叙述如下。(1) 镇流器选型：按建筑照明设计标准规定，直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器；高压钠灯、金卤灯应配节能型电感镇流器。总之，不能再采用传统的功耗大的普通电感镇流器。(2) 镇流器的能效因数（BEF）：BEF值是衡量其能效优劣的参数，但是BEF值很不直观，要经过换算，才能看出其能效之高低。BEF值表达见式（2）： （2）式中： 镇流器的流明系数； 线路输入功率，等于光源额定功率和镇流器功耗之和，W。我国制订了3种气体放电灯的镇流器的能效标准，是采用BEF值评价。(3) 直管荧光灯电子镇流器（以下简称EB）和节能型电感镇流器（以下简称SLB）的能效比较：由于EB是用几十千赫的高频电流供给灯管，使灯管的光效比工频时提高约10%，加之其自身功耗更小，所以配EB比SLB具有更高的系统能效。表1为欧盟CELMA组织关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分，这个规定很直观，也比较科学，切合实际，而且和我国的GB50034-2004的规定很贴合。 表1 CELMA关于T8荧光灯镇流器能效等级的划分光源额定功率（W）灯的实际功率（W）不同能效等级的系统输入功率（W）A1A2A3B1B2CD50Hz时高频时可调光电子镇流器低损耗电子镇流器电子镇流器超低损耗电感镇流器低损耗电感镇流器普通电感镇流器高损耗电感镇流器151513.5916182123252518181610.519212426282830302416.53133363840403636321936384143454558585029.5555964677070 “高频时”是指T8荧光灯电子镇流器在2060kHz高频电流下灯管实际功率（W）。 表中“系统输入功率”为灯管功率和镇流器功耗之和。 C级普通电感镇流器，欧盟已于2005年11月21日起禁止使用；D级早于2002年5月21日起禁止使用。 表1中的B1、B2级相当于我国的SLB，而C级、D级相当于我国的普通电感镇流器，均属淘汰或不推荐使用的产品。 从表1看，36W灯管的B1级比A2级多耗电约14%，而18W灯管的B1级比A2级多耗电达26.3%。 (4) 两类镇流器的谐波和功率因数比较 谐波：GB/T 15144-2005管形荧光灯用交流电子镇流器性能要求规定，其谐波的限值应符合GB 17625.1-2003电磁兼容 限值 谐波电流发射限值的要求。该标准的C类（照明设备）的谐波电流限值列于表2。表2 C类设备（照明）的谐波电流限值（灯的有功功率大于25W）谐波次数基本频率下输入电流以百分数表示的最大允许谐波电流含量（%）22330510779511393注：1 功率不大于25W的放电灯，3次谐波不应超过86%，5次谐波不应超过61%； 2 为电路功率因数。 从表2看，25W以上的灯管配EB之谐波比较大，但还可接受；而25W及以下的，其3次谐波限值高达86%，3次谐波在中性线呈3倍叠加，使中性线电流达到相线基波电流之258%，则是难以承受的，必须引起设计师的高度重视。 建议照明设计时应采取以下措施之一： a、一座建筑内不要大量选用25W灯管（包括T5-14W和T8-18W配EB者）； b、如必须选用，设计中应注明镇流器特殊订货要求，规定其谐波限值； c、采取滤波措施； d、按可能出现的3次谐波值设计照明配电线及中性线导体截面。 采用SLB时，一般说，谐波比较低，这是SLB优于EB之处。 功率因数：SLB的缺点之一是功率因数（COS）低，需要设计无功补偿；而25W以上灯配EB时，其功率因数（）很高，可达0.95以上；但25W灯配EB时，则由于谐波大，而导致功率因数（）下降，甚至可能降低到0.550.6，而且不能采用电容补偿，只能用降低谐波的办法解决。(5) EB和SLB的其他性能比较 EB的优点有重量轻，铜和钢材耗费少；使用高频时，频闪效应小，噪声低；可以实现调光。 SLB的优点是寿命长；相对说价格较低。综合以上比较可看出，电子镇流器更具发展前景，尤其是配用荧光灯应用将越来越广泛。8 合理选择灯具灯具对用安全、照明质量（眩光、照度均匀度、亮度分布等）和照明能效有很大影响，应该重视灯具的选型。(1) 灯具防触电分类及接地要求按G.B7000.1-2002灯具一般安全要求与试验（等同IEC60598.1：1999），灯具防触电分类为4类：0类：外壳与带电体之间依靠基本绝缘；类：除基本绝缘外，还有附加安全措施，即外露导电部分接地（接PE线）；类：除基本绝缘外，还有附加安全措施，如双层绝缘或加强绝缘；类：防触电依靠安全特低电压（SELV）。因此，GB50034-2004规定：“采用类灯具时，其外露导电部分应可靠接地”，是和GB7000.1-2002完全统一的。民用建筑中很多灯具（如格栅灯、筒灯、花灯等）多为0类，其防触电安全度有限，如基本绝缘失效，则只能依靠环境条件。而新修订的IEC60598.1：2003标准作了重大修改，即取消了0类，随即我国标准GB7000.1也作了相应修改，并早已报批。如经批准颁布，自实施日起，将不能生产和使用0类灯具，而、类灯具毕竟较少，将来大多数灯具属类，照明设计中多数应配置PE线。(2) 灯具效率从图1看，灯具效率是照明系统能耗中一个重要环节。而灯具效率又取决于灯具属直接型还是浸射型或间接型、有无漫射罩或格栅等；还取决于反射面材料的反射比、反射面形状、出光口尺寸、光源尺寸等多种因素。GB50034-2004规定了几种灯具的最低效率，但这仅是从宏观要求规定的最低限值，而不是最优值，设计中应从实际条件出发，选择更高效率的灯具。(3) 合理选择灯具配光合理的灯具配光，有利于提高光的利用系数。应根据房间体形，即按室形指数（RI）值选择：低矮而大的房间RI值大，如RI1.5左右时，应选择宽配光灯具；RI很小时，宜选窄配光灯具。(4) 正确处理灯具美观与节能的关系在公共建筑中，应根据具体条件处理美观要求，既要和建筑整体装饰相协调，又要正确处理与节能的关系，以寻求良好的光环境和较高的照明能效。三、认真实施“照明功率密度”（LPD）限值1 标准规定LPD限值的意义GB50034-2004规定了七类建筑108项常用的房间或场所的LPD值，CJJ45-2006也规定了4种城市道路12项LPD值，并作为强制性条文（除居住建筑外）发布，必须严格执行。LPD限值是国家依据节能方针从宏观上作出的规定。因此要求照明设计中实际的LPD值应小于或等于标准规定的LPD最大限值。如果相等，说明是“合格”的设计；如超出，则是“不合理”设计。因此要求设计师努力优化方案，力求降低实际LPD值，使之小于，甚至大大小于规定的LPD值，做到“良好”或“优秀”的节能设计。有的设计师不进行照度计算，运用标准规定的LPD限值来代替照度计算，确定灯数，是不正确的，违背了节能的原则。2 设计中降低实际LPD值的措施(1) LPD值和哪些因素有关？LPD的表达式见式（3）： （3）用利用系数计算维持平均照度（Eav）按式（4）： （4）一个房间选择的光源（含镇流器）的平均光效表达式见式（5）： （5）以上式中：房间内装设光源（含镇流器）的功率和，W；S 房间面积，m2；房间内装设光源发出的光通量之和，lm；U 利用系数；K 维护系数；房间内光源（含镇流器）的平均光效，lm/W。综合（3）、（4）、（5）式，经演算后得： （6）从式（6）可知：LPD和照度值Eav或正比，和及U成反比。要降低实际LPD值，设计中应取合适的照度，应尽量选用光源、镇流器和灯具效率高的产品，并优化设计方案。(2) 降低LPD的措施 最主要的措施是本文第二部分所论述的措施，即选择高效光源、镇流器和灯具等，是最关键要素。如难以达到LPD限值时，可采取下列措施。 设计的照度计算值