工廠照明設(shè)計的優(yōu)化與效果

唐榮海 傅開偉 王 勇

(中電投重慶天泰鋁業(yè)有限公司, 重慶 400328)

電力節(jié)能

工廠照明設(shè)計的優(yōu)化與效果

唐榮海 傅開偉 王 勇

(中電投重慶天泰鋁業(yè)有限公司, 重慶 400328)

通過分析金屬鹵化物燈、無極燈、LED燈的工作原理、特點、技術(shù)性能指標，結(jié)合工廠照明光源的使用環(huán)境，對原照明設(shè)計進行了修改，修改后可節(jié)約投資、減少維修費用和節(jié)約電費。

照明設(shè)計; 優(yōu)化; 分析

全球照明用電量占總用電量的19%，而我國2012年照明用電量達4 100億kW·h，占全社會用電量的13%左右。無論是從照明用電總量上看還是從照明用電占全社會用電量的比例來看，研究和實施照明節(jié)能都非常有意義。照明節(jié)能的效果，不僅取決于對現(xiàn)有照明設(shè)施的節(jié)能改造，更取決于對新建工程項目照明設(shè)計的優(yōu)化。

2012年，某大型建設(shè)項目的主體廠房的照明工程，根據(jù)電氣施工設(shè)計圖，主要照明燈具——深照型工廠燈選用的是GC2-Z400C 400 W中顯鈉金鹵混光燈(426盞)，其它輔助照明，如路燈等也是選擇的250 W中顯鈉金鹵混光燈。基于筆者對照明電器的了解，通過對整個項目電氣施工設(shè)計圖的熟悉，結(jié)合該項目工藝場所對照度的要求，通過與設(shè)計者溝通，對該項目的照明做出了較大修改、優(yōu)化，取得了很好的效果。

1 照明電光源的選擇

要使照明設(shè)計達到較好的適用效果，首要應(yīng)該選擇好光源。光源的選擇應(yīng)遵循的原則是：①必須響應(yīng)國家節(jié)約能源有關(guān)方針政策；②必須技術(shù)先進；③必須適應(yīng)使用的環(huán)境要求；④必須經(jīng)濟、節(jié)省投資。

1.1 照明電光源的使用環(huán)境

本項目為工廠主廠房照明，照明燈具安裝高度為13 m，廠房內(nèi)部分布有眾多工業(yè)窯爐，廠房內(nèi)環(huán)境溫度較高，特別是在夏季，在燈具安裝的高度上，溫度可達到40～50 ℃。

1.2 主要光源發(fā)光原理及特點

當(dāng)前，市場照明電光源種類繁多，主要有鹵鎢燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈、金屬鹵化物燈、高頻無極燈、低頻無極燈、LED燈等，選擇余地很大；而市場上較多用作工廠深照型燈光源的，目前主要有金屬鹵化物燈、無極燈、LED燈。這三種光源的發(fā)光原理及特點如下：

金屬鹵化物燈是將金屬鹵化物充入電弧管內(nèi)，利用金屬原子電離激發(fā)發(fā)光的第三代電光源，具有發(fā)光效率高、色溫高、顯色性好等特點；

無極燈通過以高頻感應(yīng)的方式將能量耦合到燈泡內(nèi)，這些能量使燈泡內(nèi)的氣體雪崩電離形成等離子體，而這些受激發(fā)的等離子體原子當(dāng)返回原始狀態(tài)時，會將原來所獲能量以253.7 nm的紫外線形式輻射出來，完成一個能量轉(zhuǎn)換過程，燈泡內(nèi)壁的熒光粉受紫外線激發(fā)而發(fā)出可見光。具有發(fā)光效率高、壽命長的特點。

LED燈是電致發(fā)光的固體半導(dǎo)體光源，具有高亮度點光源、可輻射各種色光和白光、0～100%光輸出、 壽命長、耐沖擊防震動、無紫外(UV)和紅外(IR)輻射、低電壓下工作等特點。并且，LED燈是目前技術(shù)上最新、最先進的照明光源。

1.3 主要光源技術(shù)性能指標

根據(jù)相關(guān)廠家提供的燈具資料，選擇金屬鹵化物燈、無極燈及LED燈的主要技術(shù)性能指標如表1。

表1 主要光源技術(shù)性能指標

1.4 照明光源的選擇

從表1中可以看出，當(dāng)前技術(shù)條件下，無極燈及LED燈比金屬鹵化物燈的性能指標都要好得多，而無極燈與LED燈的性能相差不大，都具有較高的能效果。LED燈是目前國家推廣應(yīng)用的照明光源，并代表了現(xiàn)時最先進的照明技術(shù)，因此，在本工程中，起初準備選用LED燈。

為謹慎起見，在燈具選用過程中，要求LED燈廠商及無極燈廠商提供了相應(yīng)型號的燈具與現(xiàn)有使用中的金屬鹵化物燈在相同環(huán)境條件下進行了試用效果對比，根據(jù)現(xiàn)場使用結(jié)果，并結(jié)合3種燈的技術(shù)參數(shù)，得到以下結(jié)論：

(1)無極燈及LED燈都能大幅度節(jié)約電力。

(2)在使用壽命上，無極燈及LED燈的使用壽命均遠大于金屬鹵化物燈。

(3)LED燈的最大功率僅為100 W，無法滿足現(xiàn)場使用的照度要求。

(4)LED燈(100 W)的散熱片較大，散熱要求較高，其適用的環(huán)境溫度為-20～40 ℃，而本工程所需燈具的使用環(huán)境溫度達到40～50 ℃，對大功率LED燈的散熱要求威脅很大，很可能導(dǎo)致LED燈無法發(fā)揮其正常的照明技術(shù)性能。

(5)對于無極燈，其功率有40、50、60、70、80、100、120、150、200、250、300 W等規(guī)格可供選擇，并可以在-50～90 ℃的環(huán)境溫度內(nèi)正常使用。

根據(jù)現(xiàn)場試用結(jié)論看，由于LED燈的單只功率較低，僅有100 W，無法滿足現(xiàn)場使用的照度要求；同時，在本工程試用環(huán)境條件下使用風(fēng)險又較高，從這兩方面考慮，不能選用LED燈。而金屬鹵化物燈的使用壽命相對于無極燈又太短，不經(jīng)濟；無極燈的功率規(guī)格多，可供選擇范圍廣，且其適應(yīng)的環(huán)境溫度范圍廣，完全能夠滿足項目投產(chǎn)后使用環(huán)境的要求。因此，最終確定采用無極燈，單只功率選用150 W。

2 照明平面布置的確定

在確定好照明光源后，對于主廠房——電解車間的照明布置進行了優(yōu)化。根據(jù)電解生產(chǎn)工藝，在電解工對電解槽進行操作時，需要指揮天車進行配合，而現(xiàn)在的天車大梁下都配備有4盞大功率(一般是400 W)照明燈具，完全可以滿足操作工的操作需要；因而天棚燈對廠房提供的照明強度的要求并不高。

根據(jù)有關(guān)廠家資料，無極燈的顯色指數(shù)大于80， 150 W無極燈的光通量為12 750 lm。

依據(jù)平均照度計算公式：

(1)

燈具數(shù)量按照雙列每列間隔布置，N=72，單只燈光通量φ=12 750 lm，按照廠家資料及工廠實際情況利用系數(shù)U和維護系數(shù)K分別取0.65、0.80，面積A=25.5×72×6.2=11 383.2 m2。將這些數(shù)據(jù)帶入公式，即可計算出廠房平均照度Eav=42。滿足廠房照明要求。

經(jīng)過與設(shè)計人員溝通，將原設(shè)計分3列、每跨3盞燈布置，修改為分2列、每列跨1盞燈布置，這樣，將主廠房照明燈具從426盞400 W中顯鈉金鹵混光燈調(diào)整為了144盞150 W無極燈，使燈具數(shù)量減少了近2/3。

3 照明設(shè)計修改后的經(jīng)濟效果分析

照明設(shè)計的修改，不但為工程建設(shè)節(jié)省了大筆投資，更為工程投產(chǎn)運行后的節(jié)約電力、節(jié)約運行費用打下了堅實的基礎(chǔ)，下面僅以電解車間為例就這三方面進行分析。

3.1 節(jié)約投資分析

原設(shè)計燈具數(shù)量為426盞，包括照明線路及照明配電箱，設(shè)計概算投資額為215.92萬元，經(jīng)設(shè)計修改后，照明燈具減少到144盞，照明配電箱不變，但由于照明配電箱價值不高，可以忽略不計；則設(shè)計修改后，燈具減少而降低的投資額：(426-144)÷426×215.92=142.933萬元

按照工程使用年限15年計算，則投產(chǎn)后每年可減少折舊費9.529萬元。

3.2 節(jié)約維修費用分析

根據(jù)原設(shè)計，電解車間照明燈為中顯鈉金鹵混光燈426盞，而金屬鹵化物燈的理論使用壽命為6 000 h，按投產(chǎn)后每天運行10 h計算，則金屬鹵化物燈的使用壽命約為：

6 000÷365÷10=1.644年

則每年更換金鹵燈的數(shù)量約259盞。根據(jù)項目所在公司原來在用金鹵燈采購資料，每盞金鹵燈(含燈具及電子鎮(zhèn)流器等附件)的價格根據(jù)采購數(shù)量而有所不同，基本為500～600元，按每盞金鹵燈500元的價格計，每年更換燈價值為：129 500元。

每盞金鹵燈更換所需工時按1 h計，人工工資按照150元/d計，則更換燈具所需人工修理費為：

259×1/8×150=4 856.25元

金鹵燈方案每年的維修費用為134 356.25元。

修改設(shè)計后，電解車間照明燈為無極燈144盞，而無極燈的使用壽命為6萬～10萬h，即使按照其最低壽命6萬h計，按投產(chǎn)后每天運行10 h計算，無極燈的使用年壽命約為：

60 000÷365÷10=16.44年

年更換無極燈的數(shù)量為：144÷16.44≈9盞

該項目150 W規(guī)格的無極燈招標采購價為580元/盞(含燈具及電子鎮(zhèn)流器等附件)，考慮到今后降價的原因，按每盞無極燈500元的價格計，則每年更換燈價值為4 500元。由于金鹵混光燈、無極燈廠家均承諾保證其燈及燈具的使用壽命，因而，燈及燈具的更換均以使用壽命結(jié)束后整體更換計算。

換燈的人工費仍然按照前面的設(shè)定，修理人工費為：

9×1/8×150=168.75元

無極燈方案每年的維修費用為4 668.75元。設(shè)計修改后，每年可節(jié)省燈具更換及維修人工費約為12.97萬元。

3.3 節(jié)電分析

按照原設(shè)計，電解車間照明燈為中顯鈉金鹵混光燈426盞，每盞功率為400 W，帶鎮(zhèn)流器的視在功率517 W，按功率因子0.9計算，其消耗的有功功率為465.3 W，每天按運行10 h計，則每年消耗的電量為：

426×0.465 3×10×365=723 495 kW·h

而修改設(shè)計后，電解車間照明燈為無極燈144盞，每盞功率為150 W，含鎮(zhèn)流器的輸入功率為158 W，每天按運行10 h計，則每年消耗的電量為：

144×0.158×10×365=83 045 kW·h

則每年可節(jié)約電量640 450 kW·h。按照公司用電電價0.53元/kW·h計算，每年可節(jié)約電費約33.94萬元。

從以上投資節(jié)約、維修費用節(jié)約及節(jié)電三方面分析計算，項目投運后，每年可節(jié)省折舊、維修費用及電費為56.44萬元。

本工程的電氣照明設(shè)計優(yōu)化取得了非常滿意的技術(shù)、經(jīng)濟效果。

4 結(jié)束語

在電氣照明設(shè)計中，根據(jù)項目自身的環(huán)境情況、照明電氣技術(shù)水平并結(jié)合燈具市場供求狀況，采取合理、科學(xué)的照明布置，選擇合理、適用的照明燈具，不僅可以大幅節(jié)省工程投資，更在工程投產(chǎn)后的節(jié)省維修費用、節(jié)約能源等方面發(fā)揮意想不到效果。

[1] 中華人民共和國建設(shè)部. 建筑照明設(shè)計標準[S]. GB_50034—2004.

[2] 王琴，董明， 馬美仙. 照明節(jié)能技術(shù)的研究與設(shè)計[J]. 太原師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010(2)：68-70.

[3] 北京照明學(xué)會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊第2版[M].北京：中國電力出版社，2006.

Optimization and Effects of Plant Lighting Design

TANG Rong-hai, FU Kai-wei, WANG Yong

Based on the analysis of operation principle and the characteristics and technological performance index of metal halide lamps, electrodeless lamps and LED light source, and combined with the application environment of plant lighting source, the former lighting design was modified, the investment was saved, the maintenance cost and electricity bill were reduced after modification.

lighting design; optimization; analysis

2013-12-25

唐榮海(1964—)，男，四川廣安人，大學(xué)本科，電氣高級工程師，主要從事電氣管理工作。

TM923

B

1008-5122(2014)02-0035-03