綠色照明節(jié)電及其在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

何培育，閻 波

（冶金工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100711）

綠色照明節(jié)電及其在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

何培育，閻 波

（冶金工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100711）

較深入地對(duì)綠色高效照明光源及先進(jìn)控制系統(tǒng)作了闡述，對(duì)鋼鐵企業(yè)照明節(jié)電案例分析研究，引入全壽命期的綜合費(fèi)用法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。綠色照明投資見(jiàn)效快，方法簡(jiǎn)單，具有很好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。鋼鐵企業(yè)照明耗電占總耗電量的8%～10%，節(jié)能照明應(yīng)該占有一席之地。

綠色照明；光源比較；先進(jìn)控制系統(tǒng)；節(jié)電案例；經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

1 綠色照明節(jié)電意義

全國(guó)照明用電占總用電量的12%左右，綠色照明節(jié)電是僅次于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)節(jié)電的系統(tǒng)工程。綠色照明節(jié)電是一個(gè)全面、系統(tǒng)的工程，包括從立法、行政、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面采取措施，有一個(gè)從宣傳、培訓(xùn)到推廣應(yīng)用的過(guò)程。歐盟通過(guò)立法從2009年開(kāi)始禁止生產(chǎn)白熾燈，美國(guó)、澳大利亞從2010年開(kāi)始全面禁止使用白熾燈。2006年7月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)會(huì)同其他部門(mén)聯(lián)合編制和發(fā)布了《“十一五”十大重點(diǎn)節(jié)能工程實(shí)施意見(jiàn)》，把綠色照明節(jié)能作為十大節(jié)能工程之一，為照明節(jié)電工作長(zhǎng)期開(kāi)展提供了政策依據(jù)。2008年財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《高效照明產(chǎn)品推廣財(cái)政補(bǔ)貼資金管理暫行辦法》，確?！笆晃濉逼陂g通過(guò)財(cái)政補(bǔ)貼方法推廣高效照明熒光燈產(chǎn)品1.5億只，可實(shí)現(xiàn)節(jié)電290億kWh。

2 綠色高效照明光源及先進(jìn)控制系統(tǒng)

2.1 高壓鈉燈

特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)（24 000 h）、光效高（80～100 lm/W），用高壓鈉燈替代目前使用較多的高壓汞燈，在相同照度下，可節(jié)電37%。目前，高壓氣體放電燈光源本身的技術(shù)日趨成熟。由于其具有高光通量、高光效、長(zhǎng)壽命和光源體積小而顯示出很強(qiáng)的生命力。其中，高壓鈉燈以其光效高和透霧性強(qiáng)的特性得到普及應(yīng)用，可廣泛用于道路照明、泛光照明、廣場(chǎng)照明等領(lǐng)域。

2.2 金屬鹵化物燈

特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)（8 000～20 000 h）、光效高（75～115 lm/W）、顯色性好，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、城市亮化工程、商業(yè)、體育場(chǎng)館照明等領(lǐng)域，用它替代目前使用較多的高壓汞燈，在相同照度條件下，可節(jié)電30%。金屬鹵化物燈除高光效外，還以其高顯色性，在體育館、展廳、商場(chǎng)、廣場(chǎng)以及要求高顯色性的環(huán)境內(nèi)被廣泛采用。

2.3 半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）

特點(diǎn)是省電、壽命長(zhǎng)，能在較低的電壓下工作，抗震耐沖擊、免維護(hù)、易控制、光響應(yīng)速度快、光的轉(zhuǎn)換效率高，其發(fā)光色彩效果遠(yuǎn)超過(guò)彩色白熾燈。LED光效經(jīng)改良后將達(dá)到50～200 lm/W，耗電量是白熾燈泡的1/10，熒光燈管的1/4。壽命達(dá)5萬(wàn)～10萬(wàn)h，是白熾燈的100倍，但目前單體功率小，價(jià)格過(guò)高，產(chǎn)品商業(yè)化有待時(shí)日。目前適用范圍：維護(hù)和換燈困難的場(chǎng)合；需快速響應(yīng)使用場(chǎng)合；環(huán)境惡劣場(chǎng)合，如交通信號(hào)指示、汽車(chē)尾燈、轉(zhuǎn)向燈、夜景照明等。

2.4 電子鎮(zhèn)流器

電子鎮(zhèn)流器與老式的電感鎮(zhèn)流器相比節(jié)電率90%以上。小功率的熒光燈和緊湊型熒光燈使用的電子鎮(zhèn)流器，在熒光燈照明系統(tǒng)中已經(jīng)被接受并普及應(yīng)用。高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器可以解決電感鎮(zhèn)流器的體積大、重量大、污染電網(wǎng)、對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)敏感、易損壞燈泡、噪聲大、效率低等問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)雖然已經(jīng)有了高強(qiáng)度氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，但由于技術(shù)、工藝、價(jià)格等因素的制約，到目前為止關(guān)鍵問(wèn)題還沒(méi)有很好地解決。高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器發(fā)展趨勢(shì)是高可靠性、長(zhǎng)壽命、環(huán)保節(jié)能，將取代傳統(tǒng)的鐵心式電感鎮(zhèn)流器，是照明行業(yè)施行環(huán)保、節(jié)能的一個(gè)重要產(chǎn)品。

2.5 先進(jìn)照明控制系統(tǒng)

除了正確選用光源產(chǎn)品外，選擇高效照明燈具與光源合理配套，采用先進(jìn)的照明控制系統(tǒng)，加強(qiáng)照明設(shè)備的運(yùn)行管理，可以有效節(jié)約照明用電。企業(yè)照明用電應(yīng)配置相應(yīng)的測(cè)量和計(jì)量?jī)x表，并定期測(cè)量電壓、照度和考核用電電量。采用先進(jìn)的照明器具和控制開(kāi)關(guān)完成對(duì)照明系統(tǒng)的控制。

合理選擇照明控制方式，在道路照明系統(tǒng)，通過(guò)控制電壓波動(dòng)的手段，克服電壓波動(dòng)對(duì)道路照明和照明產(chǎn)品壽命的影響，以達(dá)到較好的照明及節(jié)能效果。在室內(nèi)照明控制中，主要采用聲控、光控、紅外、調(diào)光、延時(shí)等智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，以減少照明用電和延長(zhǎng)照明產(chǎn)品壽命。

3 綠色照明的應(yīng)用趨勢(shì)

稀土三基色節(jié)能燈是世界上各國(guó)大力提倡和推廣的新型電光源，在歐美和日本等國(guó)，已基本用稀土三基色熒光燈取代了白熾燈。我國(guó)稀土三基色熒光燈生產(chǎn)技術(shù)不斷取得突破性進(jìn)展，目前，超大功率稀土節(jié)能燈已有36 W、55 W、65 W和85 W等多種規(guī)模，不但可以用于室內(nèi)的大面積照明，還可以用作花園、廣場(chǎng)、街道等室外照明，大大擴(kuò)展了稀土三基色熒光燈的使用范圍。用這類稀土熒光燈可以部分取代高壓汞燈和高壓鈉燈，既節(jié)電又大大改善了室內(nèi)外的照明質(zhì)量。

但在我國(guó)推廣使用中，有“節(jié)電不節(jié)錢(qián)”的說(shuō)法，這是由于有大量商家打著稀土三基色節(jié)能燈的招牌生產(chǎn)假冒偽劣產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，使用壽命短，嚴(yán)重?fù)p害了稀土節(jié)能燈的聲譽(yù)。隨著深入“打假”活動(dòng)的開(kāi)展和定向選購(gòu)優(yōu)質(zhì)“三包”產(chǎn)品，稀土節(jié)能燈作為優(yōu)質(zhì)綠色照明產(chǎn)品，不但會(huì)廣泛用于商場(chǎng)、賓館、飯店、會(huì)場(chǎng)和辦公室等公共場(chǎng)所，也必將越來(lái)越多地進(jìn)入百姓家庭，充分發(fā)揮其節(jié)電和改善照明質(zhì)量的作用。

綠色照明符合低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，LED是繼白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈之后第四次人類照明方式的革命。LED具有節(jié)能、環(huán)保、耗電量少、壽命長(zhǎng)、色彩豐富、耐震動(dòng)、可控性強(qiáng)等特點(diǎn)。中國(guó)科技部啟動(dòng)的“十城萬(wàn)盞”LED路燈示范工程計(jì)劃，目標(biāo)在2011年底前在21個(gè)示范城市，點(diǎn)亮600萬(wàn)盞LED路燈。目前，世界各國(guó)均加緊提高LED光效方面的研究，通用電氣、飛利浦、奧斯拉姆三大照明工業(yè)巨頭已經(jīng)啟動(dòng)商用開(kāi)發(fā)計(jì)劃，與半導(dǎo)體公司合作或并購(gòu)成立半導(dǎo)體照明企業(yè)，科學(xué)家預(yù)計(jì)隨著技術(shù)的發(fā)展，到2010年將達(dá)150～200 lm/W，2020年將達(dá)300 lm/W，應(yīng)用前景十分看好。預(yù)計(jì)2012年以后LED照明興起，將使全球照明用電減少一半。

2008年北京奧運(yùn)會(huì)對(duì)LED照明的集中展示使人們對(duì)LED有了全新的認(rèn)識(shí)，這將有力推動(dòng)中國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。預(yù)計(jì)2010年中國(guó)整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將超過(guò)1 500億元。3D的復(fù)蘇則為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)指明了一條新途徑。LED電視機(jī)具備節(jié)能、環(huán)保、體型輕薄三大優(yōu)勢(shì)。雖然LED產(chǎn)業(yè)的前途一片光明，但行業(yè)70%的利潤(rùn)集中在少數(shù)上游掌握核心技術(shù)的企業(yè)中。

一般說(shuō)優(yōu)質(zhì)高效的光源往往價(jià)格較貴，阻礙了推廣應(yīng)用，但是，節(jié)能是我們考慮使用綠色照明的最主要原因，用2～3年時(shí)間的收回光源節(jié)能的投資，從而獲得今后4～9年中每年幾倍的節(jié)能凈收益，投資回報(bào)率還是可期的。

4 綠色照明設(shè)計(jì)

我國(guó)照明新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了7類建筑最常用量大面廣的房間或場(chǎng)所的照明功率密度最大允許值，照明設(shè)計(jì)量應(yīng)逐個(gè)房間或場(chǎng)所按使用條件和規(guī)定確定照度標(biāo)準(zhǔn)。新照明標(biāo)準(zhǔn)把照明功率密度LPD指標(biāo)（即每平方米消耗的電功率）提高到強(qiáng)制性條文的位置，足見(jiàn)國(guó)家對(duì)節(jié)能的重視。

4.1 照明設(shè)計(jì)程序

（1）根據(jù)工程性質(zhì)及計(jì)算地點(diǎn)確定照度標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)規(guī)范對(duì)該計(jì)算地點(diǎn)選擇適用的燈具及相適宜的光源；

（2）根據(jù)房間尺寸及燈具安裝高度和房間各反射面材質(zhì)，求出利用系數(shù)；計(jì)算出所需的燈具數(shù)量，并根據(jù)房間結(jié)構(gòu)和審美觀點(diǎn)，確定燈具數(shù)量和燈具布置方式；

（3）用逐點(diǎn)計(jì)算法計(jì)算房間的平均照度、照度均勻度、眩光指數(shù)UGR指標(biāo)、功率密度LPD指標(biāo)；

（4）最后再按規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該場(chǎng)所的要求值進(jìn)行比較，判斷此照明方案是否節(jié)能，是否滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.2 合理的照明設(shè)計(jì)

（1）采用適合的高效光源及優(yōu)質(zhì)燈具，改進(jìn)照明布光方法，以求得合理的照明方式，保障照明達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

（2）考慮到光源在使用中亮度會(huì)隨點(diǎn)燃時(shí)間的加長(zhǎng)而逐步衰減和燈具污染增加而光亮下降，一般初始設(shè)計(jì)時(shí)照度應(yīng)略高于標(biāo)準(zhǔn)。

（3）燈具的與屋頂?shù)膽覓齑苟纫m宜。

（4）負(fù)載分配應(yīng)三相平衡，消除不對(duì)稱現(xiàn)象，布線應(yīng)減少迂回。

（5）按工作需要分組開(kāi)關(guān)控制燈具。

（6）充分利用天然光能，可節(jié)電10%～70%。合理的窗墻比，隔熱透光的節(jié)能門(mén)窗并與可自動(dòng)調(diào)光人工輔助照明相結(jié)合。充分利用自然光對(duì)室內(nèi)照明也是綠色照明節(jié)電的舉策，新的國(guó)家建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50034—2004對(duì)充分利用自然光提出應(yīng)采取以下措施：①帶反射檔光板的采光窗；②陽(yáng)光凹凸井采光窗；③帶跟蹤陽(yáng)光的鏡面格柵窗；④用導(dǎo)光材料制成的導(dǎo)光遮光窗簾；⑤導(dǎo)光玻璃和棱鏡板采光窗；⑥建筑物的開(kāi)窗面積及室內(nèi)表面反射系數(shù)應(yīng)符合GB 50034—2004規(guī)定。

（7）照明方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。照明設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)光源種類及性能（光

效、色溫、壽命）的選擇、使用數(shù)量、維護(hù)系數(shù)、設(shè)計(jì)照度等，在達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上確定2個(gè)及以上方案，按經(jīng)濟(jì)分析的主要因素：初始投資（含光源價(jià)格、燈具價(jià)格、安裝人工費(fèi)）和年固定費(fèi)用（含折舊年限、折舊率）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較。

5 鋼鐵企業(yè)照明節(jié)電案例分析

下面以2005年，中國(guó)電科院結(jié)合石鋼節(jié)電光源進(jìn)行的檢測(cè)試驗(yàn)，完成該企業(yè)照明節(jié)電項(xiàng)目為案例進(jìn)行分析。

5.1 檢測(cè)試驗(yàn)效能對(duì)比

其檢測(cè)試驗(yàn)主要設(shè)備儀器：汞燈、節(jié)能燈、照度儀、電能表。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模汗?jié)能燈與汞燈耗電對(duì)比、亮度對(duì)比、性能對(duì)比。

耗電對(duì)比：用4盞105 W節(jié)能電光源與4盞250 W汞燈分別作24 h的各自耗電試驗(yàn)；節(jié)能電光源耗電為8.8 kWh、汞燈耗電21.4 kWh。

亮度對(duì)比：105 W節(jié)能電光源，環(huán)境照度為580 lux，250 W汞燈環(huán)境照度為340 lux，節(jié)能電光源比250 W汞燈照度多出240 lux。

性能對(duì)比：節(jié)能電光源105 W通電即亮（無(wú)需預(yù)熱或降溫），啟動(dòng)時(shí)無(wú)頻閃，連續(xù)使用24 h至2 700 h中間無(wú)自熄，燈管未變色，性能良好。以等于或大于現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)照度為原則，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)，用節(jié)能電光源85 W代替250 W汞燈，用節(jié)能電光源135 W代替450 W汞燈效能計(jì)算如表1所示（性能試驗(yàn)超過(guò)2 700 h）。

5.2 公司照明系統(tǒng)改造內(nèi)容

公司現(xiàn)有生產(chǎn)、辦公、生活照明總負(fù)荷約2 600 kW，其中一些廠房照明設(shè)施年久陳舊，大量使用白熾燈、汞燈，照度滿足不了現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)需要，而且浪費(fèi)電能，需進(jìn)行更換改造。將煉鐵分廠熱風(fēng)除塵區(qū)域、煉鐵分廠風(fēng)機(jī)房區(qū)域、煉鐵分廠燒結(jié)區(qū)配料倉(cāng)、煉鋼電爐廠主廠房、二軋分廠照明改造列入首次節(jié)能改造范圍。改造內(nèi)容：①原有照明系統(tǒng)部分拆除更換新線路。②更換高效照明電源。

本次改造煉鐵分廠風(fēng)機(jī)房區(qū)域、煉鐵分廠熱風(fēng)除塵區(qū)域、煉鐵分廠燒結(jié)區(qū)配料倉(cāng)、煉鋼電爐廠主廠房、二軋分廠照明節(jié)電改造（改造前后照明平面布置圖從略）具體數(shù)據(jù)僅以煉鐵分廠風(fēng)機(jī)房區(qū)域?yàn)槔?，?jiàn)表2所示。

表1 節(jié)能電光源與汞燈能效對(duì)比表

表2 煉鐵分廠風(fēng)機(jī)房區(qū)域照明改造項(xiàng)目現(xiàn)照明系統(tǒng)

5.3 公司照明系統(tǒng)改造效益分析

我院完成的石鋼照明節(jié)能項(xiàng)目中，共使用各類節(jié)能燈具459只，總?cè)萘?30 kW；淘汰舊有燈具791只，總?cè)萘?18 kW。使用節(jié)能電光源后年節(jié)電46.4萬(wàn)kWh，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采光照度可達(dá)70 lux左右，比原有照明系統(tǒng)效果提高30 lux以上。將新舊系統(tǒng)照度水平進(jìn)行比較，綜合節(jié)能價(jià)值70萬(wàn)元。項(xiàng)目投資240萬(wàn)元，3年左右收回投資。節(jié)電光源1～2年更換一次，使用普通汞燈每年要更換3次以上，可以節(jié)約大量的勞動(dòng)力頻繁更換燈泡。節(jié)電光源總工作容量降低后，工作電流也成比例減小，延長(zhǎng)了照明線路的使用壽命，減少了照明設(shè)施的維護(hù)費(fèi)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)不同光源能效比較實(shí)驗(yàn)，節(jié)能電光源非常具有實(shí)用價(jià)值。

Application of green illumination energy saving in iron and steel enterprise

HE Pei?yu，YAN Bo
（Metallurgical Industrial Planning and Research Institute，Beijing 100711，China）

Green high?efficient illumination light source and its control system is deeply discussed while some case of illumination for electricity saving in iron and steel enterprise is analyzed in the paper.Total life cycle cost method is used to evaluate its economy.Profits can be obtained quickly by investing in green illumination.Green illumination is carried out easily，and can get well economic and social benefit.The ratio of illumination in electricity consump?tion is about 8%～10%.Illumination for energy saving should be considered.

green illumination；source comparison；advanced control system；electricity saving case；economic evaluation

F407.61；TK018

C

1009-1831（2010）04-0037-03

2010-01-21；修回日期：2010-02-03