水泥廠推廣應用“綠色照明”節(jié)能效果的分析和研究

閆光啟 王琳琳 栗 克 顏 妍 程曉東 慎建軍 萬 朋 高國防

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

視覺是光射入眼睛后產(chǎn)生的一種知覺，即視覺依賴于光。為了保證視覺功能的正常發(fā)揮，必須創(chuàng)造一個良好的光環(huán)境。隨著科學技術的進步，人類物質(zhì)文明和精神文明得到不斷提高，照明已遠遠不是一般概念的滿足一定的光度、色度（或者說亮、暗和顏色）的要求，簡單地照亮某一個空間環(huán)境的問題，而是要根據(jù)某一特定環(huán)境的特性，賦予一定的藝術、文化內(nèi)涵或表達出某種特定意義。20世紀80年代末90年代初，人們開始把照明提高到“照明文化”或“光文化”的高度來認識。20世紀90年代初期，美國環(huán)保局首先提出“綠色照明”的理念，并很快得到聯(lián)合國環(huán)保署以及許多發(fā)達和發(fā)展中國家的支持?！督ㄖ彰髟O計標準》GB50034-2004中將“綠色照明”作為專業(yè)術語提出，并將其理念貫穿于整個標準?！熬G色照明”內(nèi)涵是在滿足照明質(zhì)量和視覺效果的前提下，是指通過科學的照明設計，采用高效的優(yōu)質(zhì)照明電器產(chǎn)品（如緊湊型、細管型熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等）、高效節(jié)能的燈用電器附件（如電子鎮(zhèn)流器等）、高效優(yōu)質(zhì)的照明燈具（如高效反射燈罩等）、先進的節(jié)能控制器（如調(diào)光裝置、聲控、光控、時控等）等一系列照明節(jié)電產(chǎn)品和技術，達到高效、安全、舒適、有益于人們的身心健康，有益于人們從事工作、學習、生活以及一切活動的高質(zhì)量、高水平、高格調(diào)的照明。

光源無疑是實現(xiàn)環(huán)境照明的主體，但裸露的光源，無論如何也達不到上述的高質(zhì)量、高水平、高格調(diào)的照明效果。因此，品種規(guī)格繁多、性能和質(zhì)量優(yōu)良的照明燈具的誕生，正是適應了這一個客觀形勢需要。建筑照明工程的設計，就是根據(jù)不同的電光源和燈具的性能特性及功能用于各種不同的建筑環(huán)境中。

照明光源品種很多，按發(fā)光形式分為熱輻射光源、氣體放電光源和電致發(fā)光光源三類。

①熱輻射光源。電流流經(jīng)導電物體，使之在高溫下輻射光能的光源。包括白熾燈和鹵鎢燈兩種。

②氣體放電光源。電流流經(jīng)氣體或金屬蒸氣，使之產(chǎn)生氣體放電而發(fā)光的光源。氣體放電有弧光放電和輝光放電兩種，放電電壓有低氣壓、高氣壓和超高氣壓3種?；」夥烹姽庠窗ā脽晒鉄?、低壓鈉燈等低壓氣體放電燈，高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強度氣體放電燈，超高壓汞燈等超高壓氣體放電燈，以及碳弧燈、氙燈、某些光譜光源等放電氣壓跨度較大的氣體放電燈。

③電致發(fā)光光源。在電場作用下，使固體物質(zhì)發(fā)光的光源。它將電能直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?。包括電致發(fā)光光源和發(fā)光二極管兩種。

表1 照明光源的分類

從表2可以看出,光效較高的有高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和熒光燈等;顯色性較好的有白熾燈、鹵鎢燈、熒光燈和金屬鹵化物燈等；壽命較長的光源有熒光高壓汞燈和高壓鈉燈；能瞬時啟動與再啟動的光源是白熾燈、熒光燈；輸出光通量隨電壓波動變化最大的是高壓鈉燈，最小是熒光燈。維持氣體放電燈正常工作不至于自熄尤為重要,從實驗得知，熒光燈當電壓降至160 V、HID燈電壓降至190 V會自熄。

表2 主要電光源的技術性能指標

目前，照明光源已經(jīng)從第一代光源（白熾燈），到第二代光源（高壓汞燈），再到第三代光源（高壓鈉燈），正向LED、大功率節(jié)能燈和無極燈等第四代更高效更節(jié)能光源的方向發(fā)展。

“安全、適用、經(jīng)濟、美觀”是對照明裝置設計的基本原則。

安全∶包括人身安全和設備的安全。

適用∶在提供一定數(shù)量與質(zhì)量的照明的同時，適當考慮維護工作的方便、安全以及運行可靠。

經(jīng)濟∶一方面盡量采用新穎、高效型燈具；另一方面在符合各項規(guī)程、標準的前提下節(jié)省投資。

美觀∶在滿足安全、適用、經(jīng)濟的條件下，適當注意美觀。

具體的方法，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①科學選用電光源是照明節(jié)電的首要問題。當前，國內(nèi)生產(chǎn)的電光源的發(fā)光效率、壽命、顯色性能均在不斷提高，節(jié)能電光源不斷涌現(xiàn)。應逐步用氣體放電光源替代熱輻射電光源，并盡可能選用光效高、壽命長的新型光源替代傳統(tǒng)光源。

高壓鈉燈光效是白熾燈的8～10倍，壽命長、特性穩(wěn)定、光通維持率高，適用于在顯色性要求不高的道路、廣場、碼頭和室內(nèi)高大的廠房和倉庫等場所照明。

金屬鹵化物燈，具有光效較高、顯色性較好、功率大的特點，適用于大面積照明場所。

熒光燈比白熾燈節(jié)電70%,適用于在辦公室、宿舍及頂棚高度低于5米的車間等室內(nèi)照明。緊湊型熒光燈發(fā)光效率比普通熒光燈高5%,細管型熒光燈比普通熒光燈節(jié)電10%。

高品質(zhì)的工業(yè)照明不僅能夠很好的滿足工業(yè)生產(chǎn)的極端環(huán)境，降低能耗，而且更舒適的視覺環(huán)境有助于使員工顯著緩解長時間工作疲勞，保持良好的工作狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)效率、減少工作差錯率、提高合格率、降低生產(chǎn)安全事故等。

②合理選擇照明燈具，燈具的主要功能是合理分配光源輻射的光通量，滿足環(huán)境和作業(yè)的配光要求，并且不產(chǎn)生眩光和嚴重的光幕反射。選擇燈具時，除考慮環(huán)境光分布和限制眩目的要求外，還應考慮燈具的效率，選擇高光效燈具。

③合理選擇照度和照明方式，選擇照度是照明設計的重要問題。照度太低，會損害工作人員的視力，影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。不合理的高照度則會浪費電力，選擇照度必須與所進行的視覺工作相適應。

④加強照明用電的管理，加強照明用電管理是照明節(jié)電的重要方面。照明節(jié)電管理主要以節(jié)電宣傳教育和建立實施照明節(jié)電制度為主。使人們養(yǎng)成隨手關燈的習慣。

⑤其它照明節(jié)電措施，照明線路的損耗約占輸入電能的4%左右,影響照明線路損耗的主要因素是供電方式和導線截面積。大多數(shù)照明電壓為220 V，照明系統(tǒng)可由單相二線、兩相三線、三相四線三種方式供電。三相四線式供電比其他供電方式線路損耗小得多。因此，照明系統(tǒng)應盡可能采用三相四線制供電。

⑥照明燈具端電壓的電壓偏移值一般不高于其額定電壓的105%。最遠一個燈具的端電壓根據(jù)工作環(huán)境的不同，一般不宜低于下列數(shù)值∶控制室和儀器操作室為97.5%;外部照明燈具為95%；不太重要的場所可以允許90%。根據(jù)我們的調(diào)查，個別工廠的照明燈具電壓高達245 V,這將極大地影響照明光源的使用壽命,希望引起管理部門的重視，并采取有效的管理措施。

水泥工廠中的各類建筑、作業(yè)場所很多，照明要求各異（具體要求參見GB50529-2008《水泥工廠設計規(guī)范》）。目前水泥廠照明電耗約占全廠總電耗的1%，雖然比重不大，但有較大節(jié)電潛力。做好水泥廠照明節(jié)能設計有利于水泥廠整體節(jié)電，同時對推廣綠色照明理念和提高節(jié)能意識有重要意義。2004年建設部發(fā)布了GB50034-2004《建筑照明設計標準》國家標準，此標準在原GB50034-1992《工業(yè)企業(yè)照明設計標準》的基礎上，總結(jié)各類建筑的照明經(jīng)驗，并參考了國內(nèi)外照明標準和照明節(jié)能標準，此標準具體詳實，基本覆蓋水泥工廠的照明要求。

在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下。力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，從而最大限度的利用光能，通常的照明系統(tǒng)的節(jié)能設計措施有以下幾種∶

①充分利用自然光，這是照明節(jié)能的重要途徑之一。在設計中，電氣設計人員應多與建筑專業(yè)配合，做到充分合理地利用自然光，使之與室內(nèi)人工照明有機地結(jié)合，從而大大節(jié)約了人工照明電能。

②合理設置照明燈具的安裝高度，如降低燈具高度便可以減少燈具數(shù)量,并保持原來的照度；燈具與工作面之距離降低為原來一半,照度就可提高4倍。

③需要高照度工作的地區(qū)或機械，可采用局部照明，較省電。

④要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質(zhì)量的前提下，一般房間及辦公場所應優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈(如T5，T8管)及緊湊型熒光燈，高大車間及廠房等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

⑤推廣使用低能耗性能優(yōu)的光源用電附件，如電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等；公共建筑場所內(nèi)的熒光燈宜選用帶有無功補償?shù)臒艟摺镁o湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器；氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器；等等。

⑥礦山、長皮帶廊以及場前區(qū)的道路和窯尾塔架的照明,建議采用LED型的太陽能和風電互換功能的蓄電池燈。

⑦條件許可的地方也可采用無極燈。因為無極燈是采用電磁感應發(fā)光，配以IC控制電子整流器，具有高光效、高功率因數(shù)等特點，故在同等照度情況下可以節(jié)約電能50%～90%。

表3 NG系列高壓鈉燈和大功率節(jié)能燈光源的技術性能指標比較

1）建議

①在辦公場所和電力室內(nèi)選用管型或緊湊型熒光燈，在高大廠房和多粉塵車間內(nèi)部以HID金鹵燈、鈉燈等為主，輔以大功率節(jié)能燈的混合照明方式；

②在皮帶檢修廊道、樓梯和檢修平臺等位置,以大功率節(jié)能燈為主要照明燈具；

③對于比較大的照明區(qū)域，采用雙回路供電方式，如此，即可以防止由于單個照明回路故障而引起的照明安全問題，還可以消除由于氣體放電光源產(chǎn)生的頻閃效應，另外，還可以對照明區(qū)域采取比較靈活的管理方式；

④采用混合光源照明和多回路供電方案，可以彌補由于HID光源再次點燃時間長的缺點。提高照明安全的可靠性；

⑤在各個獨立建筑物處設置分照明配電箱，并從電力室的照明總配電箱以三相四線電源方式饋電。即可以減少電力室內(nèi)的敷設電纜線路，還可以降低照明線路的損耗；

⑥防止由于照明配電回路的電壓過高而帶來的照明光源壽命減少的現(xiàn)象，并可以在部分照明配電回路設置采用 “高頻PWM交流穩(wěn)壓技術的調(diào)壓器”在燈溫、電弧、電流穩(wěn)定后精密連續(xù)調(diào)壓，不管是節(jié)電率還是延長燈具壽命,都有非常滿意的效果。

在工程實際中，經(jīng)測量以及人工觀測，當電壓在 220 V附近小范圍下降時（220～195 V），電壓下降，功率成平方快速下降，此時照度只是輕微下降，節(jié)電率在15%以內(nèi)。在195 V繼續(xù)下降，照度出現(xiàn)比較大的下降幅度。因此建議對照度要求比較高的場所，控制電壓在 195 V以上，如果對照度沒有要求，可以將電壓控制在 195～170 V的程度，節(jié)電率可達30%或更高；

⑦照明配電系統(tǒng)推薦采用TN-S、TT系統(tǒng)，凡可觸及的金屬燈桿和配電箱等金屬照明設備均需保護接地，接地電阻應小于10 Ω。鑒于TN、TT接地系統(tǒng)所存在的一些缺點,建議采用300～500 mA漏電開關作為配電保護，可使接地故障時人身安全得到保障；

⑧由于HID燈屬于典型的非線性負荷，其配電線路中含有以三次諧波為主的奇次諧波電流。理論分析和實驗測定都表明，即便是三相完全平衡的氣體放電燈線路，N線上通過的高次諧波仍達相線電流的30%以上；建議新建水泥廠配電系統(tǒng)中，采用單獨的照明配電變壓器，同時向聯(lián)合水泵站和車間檢修箱供電；

⑨在重要場所，尚應設置帶有蓄電池的應急照明燈或用蓄電池組供電的備用照明，作為發(fā)電機組投運前的過渡期間使用。

2）結(jié)論

企業(yè)向內(nèi)控制成本節(jié)約一分，所取得的效益，遠勝于市場銷售業(yè)績增加十份的努力。

[1]韋課常.電氣照明技術基礎與設計[M].中國電力工業(yè)出版社,1980.

[2]王曉東.電氣照明技術[M].機械工業(yè)出版社,2004.

[3]陳大華.傳統(tǒng)光源和固體光源的綜合評述[J].

[4]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院等.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].中國電力工業(yè)出版社,2005.

[5]GB50034-2004,建筑照明設計標準[S].