建筑夜景照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)化

李增勇，蕭倩美，何秀娟

（廣東朗杰光源有限公司，廣東中山 528400）

0 引言

城市化發(fā)展離不開各行業(yè)的配合，近幾年人們開始關(guān)注城市夜景照明工程，夜幕降臨后的城市景觀深深吸引人們觀賞，城市夜景照明不僅是城市風(fēng)貌特征的重要體現(xiàn)，也是展現(xiàn)城市形象的手段和平臺。但是其實(shí)現(xiàn)卻需要合理的施工設(shè)計(jì)和較強(qiáng)的施工技術(shù)對其進(jìn)行支持。在對其展開施工設(shè)計(jì)的過程中，首先需要以道路照明為主，促進(jìn)建筑泛光，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面等綜合夜景觀的實(shí)現(xiàn)，并促進(jìn)整個(gè)照明系統(tǒng)的智能化管理，具體工作內(nèi)容需要從3 個(gè)方面入手：首先，需要將城市的歷史文化進(jìn)行凸顯，在進(jìn)行城市建設(shè)的過程中，需要設(shè)計(jì)人員能夠?qū)v史文化作為建設(shè)的基本素材，促進(jìn)夜景照明的實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)夜景將文化底蘊(yùn)進(jìn)行傳承的同時(shí)，能夠有效突出現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念；其次，要將濱水景觀進(jìn)行突出，將水岸體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用，將其優(yōu)勢進(jìn)行充分利用，促進(jìn)主題景觀照明和綠化景觀照明的有效實(shí)現(xiàn)；最后，需要將時(shí)代特征進(jìn)行體現(xiàn)，將我國工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行準(zhǔn)確的表現(xiàn)，將經(jīng)濟(jì)蓬勃向上的氣勢進(jìn)行突出［1－4］。在工程項(xiàng)目進(jìn)行具體實(shí)施的過程中，對應(yīng)的電氣工程會表現(xiàn)出一定的積極作用，其對工程的施工進(jìn)度、工程投資效果和實(shí)施安全性、可實(shí)施性等起到重要影響作用。但是這一施工過程還需要各項(xiàng)工作能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)配合，促進(jìn)夜景照明工程的有效性。因此如何協(xié)調(diào)好各項(xiàng)工作，實(shí)現(xiàn)竣工現(xiàn)場零事故，保證工程順利進(jìn)行就成了電氣工作人員應(yīng)當(dāng)深入研究的課題［5－6］。

1 城市夜景照明工程的設(shè)計(jì)原則

1.1 統(tǒng)一性

統(tǒng)一性是指城市照明系統(tǒng)應(yīng)該從整體進(jìn)行設(shè)計(jì)和安裝，實(shí)現(xiàn)對市區(qū)內(nèi)絕大部分建筑體的覆蓋，確保整體照明系統(tǒng)看起來更加和諧且具有設(shè)計(jì)美感，根據(jù)城市特點(diǎn)設(shè)計(jì)出主題的照明色彩和風(fēng)格。將各個(gè)區(qū)域的照明系統(tǒng)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一起來，增強(qiáng)照明系統(tǒng)的統(tǒng)一性［7－8］。

1.2 美觀性

美觀性是指照明系統(tǒng)要根據(jù)本地文化特色選擇恰當(dāng)?shù)臒艄忸伾?，設(shè)計(jì)出符合城市特點(diǎn)的燈帶形狀，在呈現(xiàn)美觀的同時(shí)還能夠展現(xiàn)出城市的文化內(nèi)涵。此外，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕ㄖ匦裕脽魩?gòu)建出能夠展現(xiàn)出建筑特色的形狀，增強(qiáng)照明系統(tǒng)的美觀性。

1.3 節(jié)能性

在打造城市照明系統(tǒng)的過程中，要始終將節(jié)能放在重要的地位予以考慮，在美化城市的同時(shí)還能夠達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。要著重分析哪些部分可能面臨較為嚴(yán)重的能量損耗，對其采取節(jié)能措施予以改善，對照明方案進(jìn)行優(yōu)化升級，實(shí)現(xiàn)對資源的高效利用。當(dāng)前照明技術(shù)和制造工藝不斷推陳出新，利用各種應(yīng)用軟件能夠極大地提升作業(yè)的效率，節(jié)約了人力資源的投入力度，也是節(jié)能原則的重要體現(xiàn)。

1.4 創(chuàng)新性

不同于以往的照明系統(tǒng)，當(dāng)前的照明系統(tǒng)融入了大量的先進(jìn)技術(shù)和高端的制造工藝，城市照明系統(tǒng)不再只是體現(xiàn)在“照明” 的用途上，根據(jù)整個(gè)照明系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)多種圖案、燈光的變換、組合、3D視圖呈現(xiàn)等功能，極具創(chuàng)新性，給城市的夜晚增添了活力和無窮的魅力。

2 城市建筑夜景照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 合理選擇夜景照明控制方式

現(xiàn)階段，夜景照明的控制方式主要有3 種：（1）手動(dòng)控制，其包含有兩種類型，即在配電箱中以開關(guān)實(shí)現(xiàn)控制、安裝交流接觸器實(shí)現(xiàn)控制，以此能夠?qū)σ咕罢彰飨到y(tǒng)進(jìn)行控制；（2）智能控制，此種控制方式是基于軟件、硬件的合理控制而進(jìn)行的，高度集成了地理信息系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程化、智能化控制；（3）自動(dòng)控制，通常而言，是在常規(guī)控制系統(tǒng)上加裝時(shí)間繼電器而實(shí)現(xiàn)的。此外，Yus 系統(tǒng)控制也是常選擇的方式之一。夜景照明的發(fā)展趨勢將聚焦于智能控制方面，原因在于其能夠產(chǎn)生較為顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)夜景照明系統(tǒng)因?yàn)椴惶囟ㄔ驅(qū)е聼o法正常運(yùn)作時(shí)，智能控制系統(tǒng)能夠幫助檢修人員快速確定故障部分，找出故障發(fā)生的深層次原因，采取針對性的維修方案，大大提高了檢修效率；而且還能夠根據(jù)需求對照明時(shí)間、模式進(jìn)行自主設(shè)定；智能控制并不是單一的控制模式，而是由時(shí)間控制、光度控制相結(jié)合的綜合性控制方式，能夠根據(jù)季節(jié)的變換、氣候的變換對照明亮度進(jìn)行設(shè)定，使夜景照明更具美觀性。

2.2 優(yōu)化電能計(jì)量方式

電能計(jì)量是否客觀、準(zhǔn)確，將會在很大程度上影響到雙方的經(jīng)濟(jì)利益。故而，應(yīng)當(dāng)選擇電能計(jì)量管理信息系統(tǒng)來對電能進(jìn)行計(jì)量管理。其凸出的優(yōu)勢在于能夠?qū)崿F(xiàn)對照明電能表和人員信息的智能化管理；此外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對電能表的在線監(jiān)測，保障電能表的正常運(yùn)行。不同的系統(tǒng)用戶被賦予了不同的使用權(quán)限，能夠保障系統(tǒng)使用的安全性。在系統(tǒng)內(nèi)還可以實(shí)現(xiàn)對以往報(bào)表的查詢、瀏覽和統(tǒng)計(jì)工作，計(jì)量人員可以根據(jù)自身需求去收集系統(tǒng)存儲的各類信息。每個(gè)電能計(jì)量表都附帶粘貼有一種條形碼，通過此碼能夠在線查看儀表所處的運(yùn)行狀態(tài)；此外，用戶還可以按照各個(gè)功能模塊對應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)對各類信息的添加、刪除、修改、瀏覽等操作。

2.3 合理規(guī)劃并設(shè)置配電箱位置

配電箱的安裝位置也能夠顯著地影響到照明系統(tǒng)的節(jié)能。本文以金鷹商廈進(jìn)行分析，按照甲方意愿，在樓頂安裝了配電箱，但這將增加150 m的干線。如果夜景照明為每晚6 h，則每天的耗電量將增加6 kW·h。在實(shí)際運(yùn)行中，由于兩側(cè)建筑物較多，夜景照明時(shí)間每天將超過6 h，這意味著建筑物每年將多耗電2190 kW·h。以這次用電案例為例，配電箱安裝不當(dāng)導(dǎo)致了電力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，亟需改善。

2.4 城市建筑夜景照明電氣設(shè)計(jì)優(yōu)化

供配電設(shè)計(jì)進(jìn)行完之后，為了進(jìn)一步削減電能因線路阻抗所產(chǎn)生的消耗，首先需要完善配電箱的設(shè)計(jì)區(qū)域，再采取下列措施來降低線路所具有的阻抗：（1）導(dǎo)線長度越長，通常線路對應(yīng)的阻抗也就越大，故而需要合理設(shè)定供電距離；（2）導(dǎo)線電阻率越高，阻抗也就越大，故而應(yīng)當(dāng)合理選擇線路的材質(zhì)，一般選取銅線較為適宜；（3）橫截面積越小，導(dǎo)線阻抗就越大，因此可以選取橫截面積較為適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線進(jìn)行電能的傳輸，降低電能的損耗［9－10］。

3 城市夜景照明工程中電氣設(shè)計(jì)節(jié)能方法

3.1 設(shè)計(jì)要求和內(nèi)容

當(dāng)前，國內(nèi)的城市照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)多存在著實(shí)際使用效果較差或是實(shí)現(xiàn)困難的問題，這使得這一行業(yè)的發(fā)展受到了極大的限制。在設(shè)計(jì)城市夜景照明工程項(xiàng)目的過程中，要始終秉持著以人為本的核心發(fā)展理念，并且需要切實(shí)思考節(jié)能相關(guān)的需求，將環(huán)境友好的設(shè)計(jì)理念融入到系統(tǒng)的電源、配電、控制、照明和保護(hù)等裝置的設(shè)計(jì)方案之中。要從保障照明效果的根本目的出發(fā)，進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)所采用的照明方案的能源利用效率，有效地保障其能源供給的穩(wěn)定。促使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠在不同的場景中發(fā)揮出切實(shí)有效的控制成效，確保其在運(yùn)行的過程中保持長期穩(wěn)定與安全，推進(jìn)城市照明系統(tǒng)的高質(zhì)量發(fā)展［11］。

3.2 設(shè)計(jì)流程

（1）概念設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)較為科學(xué)的概念設(shè)計(jì)，就需要在前期就做好相關(guān)環(huán)境信息的調(diào)查工作，確保對于項(xiàng)目所在地區(qū)的地形與人文風(fēng)俗有著深入的了解，并將這些信息數(shù)據(jù)運(yùn)用到具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐之中，促使所形成的方案能夠更加適合現(xiàn)實(shí)所需［12］。首先，要通過調(diào)查周邊居民的生活習(xí)慣以及相應(yīng)的照明訴求，從而確定設(shè)計(jì)所需要達(dá)到的照明亮度要求。并通過良好的互動(dòng)溝通確定業(yè)主對于照明系統(tǒng)的迫切需求，進(jìn)而促使所設(shè)計(jì)的方案效果與之需求相適應(yīng)。其次，要對當(dāng)?shù)氐奈幕L(fēng)俗有深入的認(rèn)識，經(jīng)由城市管理部門的協(xié)調(diào)從而深入的搜集當(dāng)?shù)氐奈幕畔?，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用竦南埠迷O(shè)計(jì)出具有著獨(dú)特區(qū)域風(fēng)格的方案。當(dāng)完成上述步驟后，繪制平逆剖面圖與構(gòu)造大樣，尤其是要細(xì)致地展示其中的細(xì)碎要素。通過匯總多個(gè)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)方案，通過比較分析從而確定各個(gè)方案間的優(yōu)劣，再充分地考慮當(dāng)?shù)鼐用竦奈膴市枨螅谌敫鄠€(gè)性化的元素從而得到幾個(gè)具備一定可行性的設(shè)計(jì)方案，并由業(yè)主進(jìn)行核定并反饋改進(jìn)意見。

（2）方案設(shè)計(jì)

這一步主要是對于上一步驟所形成的原始方案進(jìn)行細(xì)化，對于照明的方式、標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品及其損耗進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定其主要采用的控制方式，并且采用云計(jì)算等信息化技術(shù)完成工程概算。

（3）施工圖設(shè)計(jì)

該步驟主要是對于上一步細(xì)化的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行內(nèi)容上的充實(shí)，其主要是對設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)化，并繪制多種施工所需的設(shè)計(jì)圖紙，如電氣控制圖、管線走向圖與燈具布置圖，并且所繪制的圖紙需要確保能夠清晰地顯示各類信息，以滿足施工所需，并要對繼電器的制造材料進(jìn)行敲定。

（4）施工階段

首先要敲定項(xiàng)目的配合方案，并將設(shè)計(jì)工作進(jìn)行妥善的交接，確定設(shè)計(jì)方案的具體執(zhí)行方向，要明確照明建筑施工所需要確定其具體的合作內(nèi)容并針對現(xiàn)實(shí)實(shí)際進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而使設(shè)計(jì)構(gòu)想得到充分的實(shí)現(xiàn)。

（5）后期檢查

該步驟主要是對于施工后的設(shè)施的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，對于其燈具的照射方向進(jìn)行相應(yīng)設(shè)為調(diào)整，使得其照明效果達(dá)到最佳。并且需要在最終確定其效果后，繪制竣工圖并進(jìn)行備案，以滿足于后期的維護(hù)所需［6］。

3.3 確定配電箱位置

配電箱的安置一般是采取居中原則，通過分析確定系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷中心，從而將配電箱安置于該位置。要對所需的管線的長度進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)量，從而確保所使用的管線量為最少，也能盡可能地降低其電量輸送過程中所產(chǎn)生的損耗。一般而言，是從線路損耗與照明損耗兩個(gè)角度對實(shí)際運(yùn)行中的電量損耗進(jìn)行考量的。

首先需要對照明負(fù)載與自身損耗進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，這兩者的和即為有功功率損耗。該步的計(jì)算公式為：OP＝3IR×10～（kW）。其中的I與R分別為電路的實(shí)際電流值與電阻值。對于系統(tǒng)運(yùn)行中所存在的電能損耗問題，要首先對于其電流進(jìn)行控制，將照明系統(tǒng)中的每個(gè)工程進(jìn)行獨(dú)立地計(jì)算，經(jīng)過配電設(shè)計(jì)從而確定其所需的電流。要準(zhǔn)確地計(jì)算線路阻抗，公式為R＝ρL／ S。由此可見線路阻抗是受到導(dǎo)線電阻率的直接影響，因此需要采用具備較低電阻率的電導(dǎo)線材料從而降低其阻抗。經(jīng)過資料的查詢可知，銅材料相較于鋁材料而言，其所制造得到的導(dǎo)線的電阻率更低，因此采用銅線進(jìn)行配電將能夠極大地降低電能的損耗。其次，要考量配電箱位置將供電線路進(jìn)行縮短，尤其是對于回供問題進(jìn)行重點(diǎn)考慮以防止其產(chǎn)生。最后則是要對電導(dǎo)線的截面積進(jìn)行控制，要采用具備更大截面積的電導(dǎo)線從而降低其阻值，有效地增大器載流量從而提升其熱穩(wěn)定性，降低電壓損失的問題。此外，為了確保供電設(shè)備的安全問題，可以在成本允許的情況下采用截面積大一級的電線，從而提升系統(tǒng)運(yùn)行的長期穩(wěn)定。

3.4 合理設(shè)置三相線負(fù)荷的分配方式

由于城市夜景照明系統(tǒng)采用的是三相線分配的形式對其負(fù)荷進(jìn)行分配，因此其分配方式也會對其電能的消耗產(chǎn)生較大的影響。一般而言，要控制其極值相負(fù)荷電流在均值的85%～115%內(nèi)。若是三相電路中的電壓偏差性有所增加，會導(dǎo)致其產(chǎn)生一定的均衡問題，從而可能大大地增加其線路損耗，進(jìn)而使得系統(tǒng)的能源消耗處于一個(gè)較高的水平?；诠溅拢剑↖max－

Iep）／ Iep×100%對配電箱的負(fù)荷分配均衡值進(jìn)行確定。為了確定其具體的不均衡情況，可以將三相電路實(shí)際會產(chǎn)生的最大電流及其均值帶入計(jì)算，最后可以得到其不均衡度。當(dāng)三相電路中的各個(gè)電路負(fù)荷不夠均衡時(shí)，就會促使β 有較大的提升，會表現(xiàn)出系統(tǒng)的能源消耗大大增加，極大地拖累了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行的效率。不均衡的負(fù)荷會促使線路中的電流大大增加，促使其線路損耗也隨之大大增加。因此，就需要根據(jù)實(shí)際情況對于配電箱的負(fù)荷進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，并參照其最大相從而確定具體的設(shè)計(jì)方案，盡可能地提升能源的利用效率。

3.5 照明控制方式

城市夜景照明系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能化的照明控制，需在特殊的節(jié)日、天氣以及緊急情況下采用不同的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)差異化的照明效果。一般而言，照明控制主要分為手動(dòng)控制、自動(dòng)控制與智能控制這幾種，并且要對其具體的工作范圍進(jìn)行限定，從而有效地提升照明系統(tǒng)的工作效率。采取智能化的照明控制策略，針對特定的場景采取特定的開燈模式，能夠極大地提升照明系統(tǒng)的各個(gè)模塊的使用壽命，進(jìn)而促使使用成本得到有效地降低。

（1）智能控制系統(tǒng)功能

智能控制部分主要是采取自動(dòng)化與信息化技術(shù)，有效地利用其多個(gè)部分的系統(tǒng)功能，通過軟硬件集成提升控制系統(tǒng)的智能化控制水平。通過GIS、通信網(wǎng)絡(luò)與控制中心實(shí)現(xiàn)“三遙”功能。其中控制中心為智能控制系統(tǒng)的核心中樞，其一般安置在城市綜合管理中心之中，能夠聯(lián)合城市多個(gè)管理部門進(jìn)行綜合管理與控制?；跓o線傳輸技術(shù)將RTU 的現(xiàn)場數(shù)據(jù)訊息傳輸至控制中心，并由中心做出控制決策。在軟件方面，采用回路控制對開關(guān)方式進(jìn)行調(diào)控，從而對現(xiàn)場終端的運(yùn)行模式進(jìn)行控制與修改。此外，還集成有充足的傳感器，能夠?qū)ΜF(xiàn)場終端的運(yùn)行狀況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，并且能夠及時(shí)地反饋故障信息，作出調(diào)度決策，確保設(shè)備能夠及時(shí)地恢復(fù)正常，保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定安全。

（2）系統(tǒng)效益分析

系統(tǒng)效益分析部分主要是采取智能集中的方式，確保終端所集成的自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠做出準(zhǔn)確的開閉決策。并且其應(yīng)當(dāng)可以自動(dòng)監(jiān)測自身運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題并進(jìn)行上報(bào)，以引導(dǎo)維護(hù)人員對其進(jìn)行高效率的修復(fù)，提升燈具的使用效能，保持城市照明系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。并且基于該種自動(dòng)化控制功能，能夠極大地降低照明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需要的人力，有效地降低了使用的成本。并且由于該控制模塊集成了多種控制方式，進(jìn)一步提升了其控制的效率，降低了控制資源的占用。

3.6 計(jì)量電能

在電氣化蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，感控電能水平能夠反映出一個(gè)國家的技術(shù)水平。因此，在計(jì)量電能的過程中要緊跟當(dāng)下的電力系統(tǒng)變革步伐。要進(jìn)一步細(xì)化電能計(jì)量的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對于發(fā)電過程中的煤耗與線損進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)量，并且對于用電峰谷期的用電量變化進(jìn)行考量，通過采取措施進(jìn)行用電引導(dǎo)，從而縮小其波動(dòng)情況。進(jìn)一步推進(jìn)分時(shí)計(jì)電的措施，調(diào)控不同時(shí)段的用電量，提升資源的有效利用率。

4 結(jié)束語

綜上所述，從設(shè)計(jì)構(gòu)想著手進(jìn)行城市夜景照明系統(tǒng)的節(jié)能改良，遵從于國家法律規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的構(gòu)建，通過廣泛搜集居民現(xiàn)實(shí)需求與環(huán)境風(fēng)俗影響，對原有構(gòu)想進(jìn)行充分完善，形成有助于城市現(xiàn)代化發(fā)展的設(shè)計(jì)方案。積極采用新型技術(shù)與工藝，確保設(shè)計(jì)方案得到較好的實(shí)現(xiàn)。這需要從業(yè)者有著精湛的設(shè)計(jì)能力，施工人員有著較高的技術(shù)水平，能夠采用信息技術(shù)手段對照明情況進(jìn)行分析，確定各類型燈具的照明效果，以達(dá)到最佳的燈具使用效果；進(jìn)一步推動(dòng)整個(gè)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。