绿色建筑夜景照明的节能技术

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绿色建筑夜景照明的节能技术

帖子pvtool » 2009年 5月 25日 09:49

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来源:中国建筑科学院建筑物理所 肖辉乾  作者: 发布:2008-01-22

摘 要:本文简要地阐述了绿色建筑和夜景照明节能的关系,节能的潜力和方法措施。全文由以下三部分组成:1.绿色建筑呼唤夜景照明应重视节能;2.夜景照明节能的潜力;3.夜景照明节能的措施和方法。

关键词:绿色建筑;夜景照明;节约能源

1 绿色建筑呼唤夜景照明应重视节能

  1968年4月罗马的人类困境报告、1984年和1992年两次联合国的环发大会、和1997年12月防止地球变暖的东京会议文件(简称COP3文件)都十分强调节约能源,保护环境。人口、资源(尤其是能源)和环境成为全球关注的三大战略问题。

  作为耗能大户的建筑业,如何节约能源,保护环境也倍受人们关注。从20世纪90年代开始,即1993年斯图加特的生态建筑展览会首次提出的绿色建筑模型后,十多年来建筑界在实施绿色建筑战略过程中,人们从理论到实践(含建筑规划、设计、施工和管理全过程)进行了大量的探讨,并对建筑节能和保护环境产生了重大的影响。

  自1989年上海外滩和南京路实施大规模的夜景照明建设工程之后,十多年来,全国从东到西,从南到北,许多城市相继进行了夜景照明工程建设。这对改变城市的夜间形象,为人们夜生活创造一个良好的光环境,促进商业和旅游业的发展等方面成效显著。

  通过对国内部分有代表性的城市的建筑立面夜景照明状况的调查,也发现一些值得特别关注的问题,其中特别是相互攀比,夜景越来越亮和照明产生的光污染问题尤为突出,大有发展上升之势。有的建筑立面夜景照明的平均照度竟然超过500lx,建筑立面照明耗电高达25W/m2之多,可真如英文Floodlighting,把光似洪水般冲洒在建筑墙面上。这样不仅浪费大量能源,而且还会产生光污染和光干扰,给环境和人们的正常工作与生活造成严重的负面影响,完全背离了实施绿色建筑的原则。因此绿色建筑呼唤夜景照明应高度重视节约能源!

2 夜景照明蕴藏的节能潜力

  以夜景照明存在的问题看出,建筑夜景照明蕴藏着巨大的节能潜力。夜景照明节能潜力到底有多大?可以从以下三方面加以粗略分析。

2.1 泛光照明的节能潜力

  对北京和上海两市121个建筑立面夜景泛光照明的调查和墙面平均照度的实测结果,见表1。由表可见这些建筑的墙面的反射比基本上在30%~40%之间,墙面的清洁程度属于较清洁,建筑物的环境明亮程度也较为明亮。
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  按国际照明委员会(CIE)的标准规定,对建筑立面反射比为30%~40%的中色饰面材料的墙面,比如中色石材、水泥或浅色大理石墙面的泛光照明的平均照度,在暗背景下为40lx,一般背景亮度(8cd/m2)下为60lx,亮背景下为120lx,考虑墙面清洁程度为较清洁时乘修正系数Z之后,分别为80、120lx和240lx。

  对照CIE标准,所调查的建筑立面夜景照明的平均照度应等于或低于240lx,而实际上有37%的建筑超过CIE标准,也就是说这部分建筑立面的平均照度都大于240lx,个别建筑立面夜景照明照度高达700lx之多。全国其他城市,特别是近年刚刚开始建设夜景照明的城市,由于互相攀比和受夜景越亮越好的思潮的影响,估计超过CIE标准的建筑不会低于37%。所以说,如果严格按CIE标准设计建筑立面夜景照明,把37%的超标建筑的照度需降下来,挖掘出这部分建筑立面夜景照明的节能潜力,将会节约相当可观的电能。

2.2 建筑物轮廓灯照明的节能潜力

  我国城市夜景照明中,建筑物轮廓灯照明是建筑夜景照明中使用比较早和比较多的一种照明方式。不仅多数古建筑或仿古的现代建筑的夜景照明采用这种照明方法,而且在现代化建筑夜景照明中也采用不少。如北京长安街及延长线的建筑夜景照明中就有近百幢采用了各种形式的轮廓灯照明。粗略统计约使用了10万只左右白炽灯,其中天安门地区,如天安门城楼、大会堂、博物馆、纪念堂、正阳门城楼、中国银行和天安门管委会办公楼的轮廓灯照明使用的白炽灯就达2.2万余只。

  如果把长安街及延长线上10万只25W白炽灯全部改用5W节能荧光灯,每年将节电456-92=364万kW·h。2002年天安门地区的2.2万只白炽轮廓灯已全部改用5~9W节能荧光灯,若按5W节能荧光灯计算,一年就可节能100-20=80万kW·h,节能效果十分显著。在改用节能荧光灯时,应注意使用优质产品和环境温度对灯工作的影响。

2.3 照明方法和管理的节能潜力

  建筑立面夜景照明设计时,由于照明方法或布灯方案不当,造成能源浪费。如玻璃幕墙建筑立面使用投光照明方法,不仅浪费了能源,而且没有照明效果,反而造成光污染。又如灯具配光和布灯方案不当,造成大量溢散光。据调查统计,建筑立面泛光照明的溢散光约占照明总光能量的1/3。全国建筑立面泛光照明的溢散光加起来是一个十分可观的数字,不仅浪费了能源,而且同样也造成光污染。另外,建筑立面夜景照明管理不当,照明控制技术落后造成照明用电浪费的现象比较严重。

  总之,通过以上分析,可见建筑立面夜景照明节能潜力巨大。在我国大规模建设夜景照明的情况下,通过科学设计,严格执行国家和国际照明标准,正确选用照明方法和器材,加强照明设施管理,可实现既建设夜景,又节约能源的双重要求。

3 夜景照明节能的措施和方法

3.1 节能因素的分析

  夜景照明节电是项系统工程,应以推广应用高光效的照明节电产品为龙头,综合考虑影响照明用电的其他因素,用科学的方法精心进行照明设计,加强管理,方能挖掘照明节电的潜力。由图1可看出,照明用电和七个因素密切相关。因此节约照明用电,除应用节电光源和灯具外,还要合理选择照明标准、照明方式、照明控制方式,提高照明利用系数和照明维护管理系数,从而达到最大限度地节约照明用电之目的。
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图1 照明用电要素的分解图
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3.2 选用高光效节能照明产品

3.2.1 选用高效的节能电光源:

  选用高光效节能电光源是降低照明用电的核心。目前夜景照明常用的光源的发光效率、光色及寿命差别甚大。在选灯时,应从实际情况出发,借鉴国外有益经验,综合考虑灯的光效(节电)及性能价格比。目前选灯的总趋势是:

  (1)用卤钨灯取代普通白炽灯;

  (2)用紧凑型荧光灯取代白炽灯;

  (3)用直管型荧光灯取代白炽灯;

  (4)用细管T5或T8型荧光灯或中管T10型荧光灯取代粗管T12型荧光灯;

  (5)大力推广高压钠灯和金属卤化物灯;

  (6)在远郊高速公路或隧道和对颜色要求不高的场所可选用低压钠灯;

  (7)在选灯时,应选用与灯的光电参数相匹配的高效节能的电器附件或调光设备。

3.2.2 使用高效节能的照明灯具

  灯具是光源、灯罩和相应附件组成为一体的总称。灯具一般分装饰灯具和功能灯具二类。当然装饰灯具也要考虑功能要求;功能灯具同样要考虑其装饰性,只是各有侧重,而不能绝对化。灯具的光照主要特性,一是配光性能;二是灯具效率;三是防止眩光特性。节约照明用电,单有高效光源,若灯具效率低,配光不合理也不能充分利用光源发出的光。因最终所利用的光通量是随灯具的效率和利用系数而变化,只有使用光效和利用系数高的灯具,才能充分利用光源发出的光通量。要节约照明用电,应花大力气提高灯具产品效率和技术水平。

3.2.3 选用高效节能的调控设备

  高光效的气体放电灯是节能照明的优选产品。然而这些灯的工作均需配用相应的调控光的附属电器设备。一般来说这些附属电器设备消耗功率约为灯的功率的10%~25%。应推广使用节能的电子镇流器和节电的电感镇流器,并逐步取代老式电感镇流器。此外各种时控、光控和智能控制器,路灯节电控制器和技术的应用,节能显著。为了节能,还有气体放电灯应通过电容补偿,使功率因数不低于0.9。

3.3 节能照明的设计

3.3.1 确定好照明设计的照度或亮度标准

  总的说应严格按国家制定的夜景照明标准进行设计。在我国夜景照明照度标准制订之前,建议参照国际照明委员会(CIE)的标准进行设计,见表2。其中被照对象的照度、亮度、照明均匀度、最大功率密度(UPD)值以及限制光污染指标均不得超CIE和相关标准的规定(见参考文献[2])。
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注:1.对远处被照物,表中所有数据提高30%;

  2.设计照度为使用照度,即维护周期内平均照度的中值;

  3.表中背景亮度的低、中、高分别为4、6、1212cd/m2;

  4.漫反射被照面的照度可按L=Eρ/π式换算成亮度,式中E为照度(lx),ρ为反射比,L为亮度(cd/m2);

  5.当被照面的漫反射比低于0.2时,不宜使用投光照明;

  6.不同种类的光源和被照面的清洁程度的不同,按表中修正系数修正。

  3.3.2 选择最佳的照明方式

  夜景照明的方式有轮廓灯照明、泛(投)光照明、内透光照明、功能光照明、月光照明、剪影照明、层叠照明和特种照明等多种方式。应根据不同被照对象选择最节能的照明方式。例如为了节能,被照对象的表面反射比低于0.2和玻璃幕墙建筑不宜使用泛光照明,应选择内透光或自发光材料进行照明的方式。又如商业建筑的夜景照明可用功能光照明方式,也能节约夜景照明用电。

  3.4 加强管理,减少照明设施维护期的光损失,提高其节能效果
  (1)加强组织管理。从组织上落实节能工作的领导和管理是搞节能工作的关键。为此,要克服重建设轻管理的现象,有人建还要有人管。

  (2)制定或完善夜景照明的管理制度和方法,并严格按管理办法办事。对管理不善,严重浪费能源的单位,应通过批评、警告或罚款,以至限电方式加以处罚,并限期改正。

  (3)实施经济激励政策,如按用电优惠政策,对节能成效显著单位,少收或免收电费。

  (4)积极使用夜景照明监管新技术,如集中远程遥控遥视和管理系统,双三级管理和控制系统(市、区和建设单位三级与平日、双休日(一般节日)和重大节日三级管控系统)。

  (5)开展夜景照明节能示范工程的活动,以推动整个夜景照明节能活动的开展。

(6)提高全民节能意识,开展国际夜景照明节能的合作与交流。为此,加强宣传与教育工作提高全社会的关心支持夜景照明节能工作;通过培训班或研讨班普及节能知识;结合国情,学习借鉴国外先进节能技术和经验等。

Saving Energy Technology of Nightscape Lighting in Green Buildings


Xiao Huiqian

(Architectural Physics Institute of CABR, 100044 Beijing)
Abstract: This paper introduce briefly the saving energy technology of nightscape lighting in green building. The paper consists of 3 parts: 1, Green buildings ask to save energy in nightscape lighting ; 2. Nightscape lighting have great potentialities of saving energy; 3. Measures and methods of saving energy in nightscape lighting.
Key words: Green Buildings, Nightscape lighting ,Saving energy.

参考文献:

[1] 肖辉乾. 城市夜景照明的规划、设计和实录. 北京:中国建工出版社,2000年。

[2] 肖辉乾主编. 城市夜景照明技术指南,北京:中国电力出版社,2004年。

[3] 中华人民共和国建设部编. 1996-2010年中国建筑技术政策,北京:中国城市出版社,1998年。

[4] 日本照明学会编. 照明ハンドブッケ,日本Ohmsha社,2003年。

[5] 建设部文件,建城[2004]97号,关于实施《节约能源——城市绿色照明示范工程》的通知。

[6] 建设部、国家发展和改革委员会文件,建城[2004]2004号,关于加强城市照明管理,促进节约用电工作的意见。

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