建筑照明系统的能量耗损计算方法

建筑照明系统的能量耗损计算方法专业工程师A.Rosemann博士和专业工程师C.Suvagau博士摘要 这篇论文提出了在现有建筑上的新建筑设计或照明系统的能量损耗计算标准。评估每个建筑区域内电灯照明、日光照明和照明控制系统的影响。这种计算方法在每个建筑区域内使用照明电流密度装置对日光层区域和非日光层区域以及白天和夜晚有效操作时间测定。这种计算方法（基于德国DIN 18599 标准和北美ASHRAE-IESNA 90.1标准）允许在不同技术区域进行能量损耗交换，比如照明，暖气和制冷系统之间。比较不同技术性区域的能量耗损可使使用者监控不同选择的效果（比如安装一种不同的技术系统）。这种计算方法的形成是基于加拿大国际能量模型码的照明交换路径一致而来。关键词：点码；控制系统；日光照明；计算能量损耗；照明；MNECB标准1 相关术语ADL,J 建筑内的日光层区域Adl,max 最大长度/日光层宽度ANDL,J 建筑内的不可照日光层区域CA,J 建筑区域j的相对缺失CDL,ctr1,j 日光控制系统有关因素CDL,sup,j 日光供给因素CDL,sup,SA,j 建筑区域J非激活光影系统后日光供给因素Cocc，ctrl，j 在建筑区域j决定相对缺失的控制占有率FDL,j 建筑区域j日光获取因素Focc，j 建筑区域j控制占有因素hc，j 建筑区域的单元高度hwp，j 工作平台高度j 编号区域J 建筑中编号区域数量K1，j 窗户边框因素K2，j 尘埃因素K3，j 非正交入射光照因素Pj 电照明系统的照明动力密度装置Qlight，n 建筑区域n的能量损耗tday，j 白天建筑区域j的操作时间teff，day，DL,j 建筑区域j白天照明的有效操作时间teff，day，NDLj 建筑区域j白天无照明的有效操作时间teff，night，j 建筑区域j夜晚照明的有效操作时间tnight，j 夜晚建筑区域j操作时间trel，DL,SA,j 有关激活光影系统时间trel，DL,SNA,J 有关未激活光影系统时间d65，j 光源D65玻璃透射率eff，SNA,j 未激活光保护措施的有效透射率2 引言如图(1)所示，满足t1和t2之间的多个变量需求决定建筑中的能量损耗： (1)在使用白日照明和照明控制占有系统时，依靠对整个照明系统(7)进行电流功率检测来估算整个照明系统的能量损耗.式(2)中代表平均模糊水平（范围在0到1），源于信号传感器中的xSensor。 (2)在简化方法中，对照明系统估测能量损耗Qlight可将其表达为电流功率检测Pmax和等价电流操作时间teq的乘积。 (3)图1所示是代表通过改变时间的能量损耗到(3)中的简化计算。图中蓝色区域表示计算能量损耗的积分路径和代表使用等价操作时间的红色区域，两个区域大小相等。这种方法的优势是可使操作电流照明系统简单化。仅有的电流功率检测是其主要特征。排除任何照明控制系统的效果而记录表示灯，负载和光源的使用数据，这些可用等价操作时间来代替。这种方法需要考虑日光和电流光照度建筑区域的影响。对此，白天和夜晚和算法不一致。在此方法中，白天可将其定义为太阳高度大于0的时间，建筑照明的日间是白天的有效操作时间或白天等价操作时间。有关日间空隙仅发生在白日操作时间和被定义为日光分层的建筑区域部分时间。有效操作时间考虑所有限制照明能量损耗的有关因素，所有操作控制系统的i.e.。等式(4)所示是计算照明能量损耗的基础。 (4)备用光源的能量寄生效应不予考虑。3 检测照明功率密度检测照明功率密度可用多种不同方法。一种方法是使用ASHRAE/IESNA 90.11 标准推荐的照明功率密度。使用更为详细的照明路径设计标准，可使用较低的照明功率密度。通过对比两种方法，照明功率密度源于一种图表（规定路径）或已完成的照明设计去检测能量损耗的结果。因此，这种方法和更高能量效率10的新式照明技术有一个分界线。建筑中决定照明系统能量损耗的全部进程中，在一些建筑区域使用源于ASHRAE/IESNA 90.11标准和在其他建筑区域使用更为详细复杂的照明设计可作为一种中间方法来考虑。4 光照层重合区域建筑区域Aj有两部分组成:一种是有益于日光的照明区域ADL,j，另一种是ANDL,j。整个区域是两部分的总和。 (5)此区域在窗户顶部和工作平台高度不同，区域深度比例小于等于2.5可考虑照明重合。如果建筑区域包含较多明显外墙，代替部分应该根据最大的开窗部分计算。区域装有天窗可考虑照明重合。对于单一天窗或天窗宽度间隙，可用ADL,j作标准判断。 (6)5 计算有效操作时间日光效果与以下因素有关：地理位置气象状况，例如当地光照阻碍物有效光照时间在光照时间内阴影系统作用光照系统装置光照控制系统控制系统占有有效操作时间白日操作时间和夜晚操作时间的总和。操作因素可根据控制系统权衡： (7) (8) (9)5.1 操作时间操作时间可分为白日操作时间（，j）和夜晚操作时间（，j）。仅在日光可行时根据日光摄入考虑这些时间。太阳高度高于建筑物时为日间。操作时间依赖建筑中的开始和结束时间。这些时间与建筑的地理位置有关。对加拿大而言，有一些不同的地理状况，日间和夜间可根据工作台决定操作时间。工作台假设5个工作日为一周。不同的操作时间应该线性纠正。5.2 日光摄入对FDL,j的影响因素日光摄入与两个辅助因素有关： (10)用日光供给因素CDL,sup，j度量建筑内可行日光。这种数量与每年曝光数23有关。日光依赖控制系统CDL,ctrl，j与日光控制系统的性能有关。可用模拟或敏感度分析评估这些影响因素。德国标准已被Jan de Boer of the Fraunhofer Institute for Building Physics4估算。对此，使用日光因素或另外评估方法评估日光供应。日光供应因素受CDL,sup，j和CDL,sup，SNA,j两部分影响。这些因素描述了在(SA)和（SNA）光影系统下的日光供应情形。这两个因素可用描述照明系统与两部分关系的trel,DL,SA,j和trel,DL,SNA,j衡量。这些因素与照明系统和当地气象特征有关系。照明供应计算如下： (11)无激活阳光保护的照明系统的有效透视比： (12)日光供应因素可用两个填充变量测定：建筑的有效透射比和目标物照明度。这两个因素可在不同系统中改变。观察一个产品部门的简单工作台（阳光保护系统，自动防护系统，间接照明系统等）仅能指出一些估算值。对更详细复杂的计算，需计算每年曝光度。日光依赖控制系统CDL,ctrl，j源于与使用列表显示数据的照明供应系统相似。这些因素与电流照明控制系统的影响因素，照明供应质量（满意，中等，较差/无效果）以及目标照明度有关。控制系统分为如下部分：建筑管理系统可断电的自动控制系统不可断电的自动控制系统手动控制5.3 居住期控制因素建筑j的占有者使用照明影响照明系统能量损耗Focc，j。这个因素由两个辅助因素CA,j和Cocc，ctrl，j： (13)在建筑不占用的操作时间内描述计算方法的范围缺失与时间有关。Cocc，ctrl，j模仿工作平台快速精确检测缺失。自动占有传感器因素是0.95。假设超过三个例子表明在最后占有者离开建筑后人工切断照明无占据传感器平均水平Cocc，ctrl，j是0.33。这些估算不能用于所有任何环境下的房间。例如，加入每个工作台有个人照明控制系统仅能用于计算较大开放办公空间。普通照明系统照明大的开放办公空间Cocc，ctrl，j 是0。6 总结计算照明控制系统的能量损耗总和。可计算每个建筑的电流照明，日光照明和照明控制系统。这种计算方法在建筑中使用照明功率密度检测光照重合区域，无光区以及有效操作时间。图2 是一栋建筑程序计算图。这种计算方法适用与在建筑能量效率方面形成行业标准的德国标准DIN 185996的普通建筑8。计算结果允许不同技术区域进行能量交换，如照明，供热，冷却系统，也可在不同技术区域进行对比和不同系统中进行监控（监控一个不同技术区域）。目前，MNECB正在审查此种计算方法（包括因日光摄入引起能量节省）引起的能量交换路径。7 感谢报告中描述的这种方法已在the Fraunhofer Institute for Building Physics and the Technical University of Berlin成熟。联合研究的结果已变成德国标准DIN 18599 承认能量预算的一部分。参考文献1 ASHRAE/IESNA 90.1-2007; Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings; 20082 Aydinli, S.; ber die Berechnung der zur Verfgung stehenden Solarenergie und des Tageslichtes. Fortschrittsberichte der VDIZeitschriften, Reihe 6, Nummer 76, 19813 Aydinli, S.; Die relative Nutzungszeit und relative Nutzbelichtung bei Tageslicht im Arbeitsraum; Tagungsberichte Licht 84, Band 1,Mannheim; 19844 De Boer, J.; Tageslichtbeleuchtung und Kunstlichteinsatz in Verwaltungsbauten mit unterschiedlichen Fassaden; DissertationUniversitt Stuttgart; Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart; 2004 5 De Boer, J., Rosemann, A., Brogebude ins richtige Licht setzen! Konzepte zur Umsetzung der EnEV 2006; Proceedings of Lux Europa 2005, pp. 358-361, 20056 DIN 18599 Energetische Bewertung von Gebuden Berechnung des Nutz-, End-, und Primrenergiebedarfs fr Heizung, Lftung, Klimatisierung, Trinkwarmwasserversorgung und Beleuchtung; 20057 Knoop, T.; Tageslichtabhngige Beleuchtungssysteme auf der basis von Installationsbussen; Dissertation TU Berlin, erschienen in Fortschr.-Ber.VDI Reihe 6 Nr. 396, Dsseldorf: VDI Verlag, ISBN 3-18-339606-8; 19988 RICHTLINIE 2002/91/EG DES EUROPISCHEN PARLAMENTS UND DES RATES vom 16. Dezember 2002 ber die Gesamtenergieeffizienz von Gebuden; 20029 Rosemann, A., de Boer, J., Aydinli, S., Krebs, P., Schmits, P. W.; Verfahren