基于DIALUX建模的廠房節(jié)能降耗照明改造與實(shí)踐*

牛明莉 陳小毓

廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 廣州 510925

1 現(xiàn)狀分析

眾所周知，企業(yè)工廠中電力的消耗量的問題，是工廠的一大痛點(diǎn)。電力被廣泛應(yīng)用于企業(yè)工廠生產(chǎn)中，提高工廠用電水平，節(jié)約電能，不僅減少了工廠的電費(fèi)開支， 降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本， 更重要的是充分發(fā)揮電能在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的轉(zhuǎn)化作用，有力地促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。另外，衡量工廠能否取得較好的經(jīng)濟(jì)效益關(guān)鍵在于能否科學(xué)合理地降低并控制各種能耗。

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)工廠中的照明設(shè)備主要采用金鹵燈、高壓鈉燈、熒光燈等照明燈具，這些設(shè)備壽命短，維護(hù)成本高。相比之下LED節(jié)能燈憑借色彩豐富、易于控制、耐氣候性等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)照明方面已經(jīng)體現(xiàn)出了無可爭(zhēng)辯的優(yōu)勢(shì)。白光LED的出現(xiàn)，使高強(qiáng)度白光LED的應(yīng)用領(lǐng)域跨越至高效率照明光源市場(chǎng)。如果在工廠照明場(chǎng)景下設(shè)計(jì)一種最小耗能照明方案，將給企業(yè)帶來更低成本的費(fèi)用，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

智能照明作為智慧城市重要的組成部分，是未來照明的發(fā)展方向。隨著物聯(lián)網(wǎng)、通信、電子等技術(shù)的發(fā)展，智能照明系統(tǒng)感知環(huán)境變化、自動(dòng)調(diào)節(jié)光線強(qiáng)度、進(jìn)行場(chǎng)景制作，提高照明質(zhì)量、節(jié)能減排，為工作、生活、學(xué)習(xí)提供智能環(huán)境。并且，國(guó)內(nèi)智能照明技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是向著自動(dòng)化、數(shù)字化、多元化的方向發(fā)展，打破傳統(tǒng)單一技術(shù)，為電力廠房照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和推廣提供大量的參考和有效的指導(dǎo)。

2 研究?jī)?nèi)容

在能源緊張和照明運(yùn)營(yíng)開支居高不下的形勢(shì)下，通過各大工廠照明節(jié)能技術(shù)的研究，不僅有力推動(dòng)由國(guó)家經(jīng)貿(mào)委牽頭啟動(dòng)的“中國(guó)綠色照明工程”，還可帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和社會(huì)效益[1]?；诖?，研究?jī)?nèi)容如下：

2.1 深化項(xiàng)目調(diào)研，明確改造目的

在基礎(chǔ)資料和現(xiàn)場(chǎng)照明情況的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目基于DIALUX與LED光源的照明節(jié)能技術(shù)，針對(duì)不同工廠現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，利用3D建模的方法建立照明空間模型，在照明數(shù)據(jù)庫(kù)選型燈具的照度數(shù)據(jù)，利用DIALUX的智慧算法得出照明輸出照度結(jié)果并輸出完整的報(bào)表和3D模擬圖。對(duì)比DIALUX軟件的照度輸出結(jié)果，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)照度的基礎(chǔ)上，利用最少數(shù)量和最佳安裝位置、控制方式的燈具達(dá)到最好的效果，從而減少燈具購(gòu)買成本。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇最終方案

研究方案要基于燈具的控制、線路開關(guān)的布置和配電箱的布置來設(shè)計(jì)。

燈具控制的方案要遵循優(yōu)化配置、節(jié)能降耗原則，做到加大對(duì)綠色照明技術(shù)的研發(fā)、對(duì)綠色照明工程的投入，建立優(yōu)質(zhì)高效、安全可靠經(jīng)濟(jì)舒適的照明環(huán)境。

照明的線路開關(guān)控制方式由拉線式開關(guān)到翹板開關(guān)、復(fù)位開關(guān)，到聲控開關(guān)、智能控制面板，再到大數(shù)據(jù)時(shí)代精準(zhǔn)的照度控制技術(shù)，照明設(shè)計(jì)越來越人性化。智能照明的“智能”更體現(xiàn)在自然光源的充分利用、全自動(dòng)調(diào)光、光環(huán)境場(chǎng)景智能轉(zhuǎn)換等人性化功能，注重人與環(huán)境的交融，從而營(yíng)造一個(gè)舒適、人性化的照明環(huán)境。

從整體和個(gè)體的角度設(shè)計(jì)和配置配電箱，根據(jù)廠房不同的位置，配電箱的個(gè)數(shù)和類型都需合理規(guī)劃，根據(jù)照明的形式不同，配電箱的設(shè)計(jì)要做到易安裝、易控制，并且顯而易見。

2.3 實(shí)行重點(diǎn)突破，解決項(xiàng)目難題

確認(rèn)區(qū)域照明重點(diǎn)，如鍋爐0M的刮板機(jī)和通道，鍋爐13.5M層的參觀通道，煙氣間布袋除塵、電機(jī)區(qū)域，主廠房0M設(shè)備區(qū)域，對(duì)不同的區(qū)域?qū)嵭胁煌臄?shù)據(jù)模型，以此達(dá)到節(jié)能減排的作用。由于生產(chǎn)區(qū)域燈具缺失比較多，因此照明不能滿足國(guó)家規(guī)定的照度。節(jié)能燈的數(shù)量較多，廠內(nèi)電線布置雜亂，以暗線布置為主，給檢修和維護(hù)帶來不便。開關(guān)負(fù)荷承受能力嚴(yán)重不足，存在安全隱患。不同功能的照明配電箱未分開，配電箱功能也不明確，各個(gè)區(qū)域照明配電箱太多，沒有在統(tǒng)一的區(qū)域布置。因此，采用基于DIALUX照明節(jié)能技術(shù)，不僅避免了不必要的電能浪費(fèi)，對(duì)以后類似的相關(guān)企業(yè)單位運(yùn)營(yíng)管理提供良好的參考經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)我國(guó)工廠節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展；而且利用最少數(shù)量和最佳安裝位置、控制方式的燈具，可以達(dá)到最好的效果，從而減少燈具購(gòu)買成本，減少光源浪費(fèi)，以達(dá)到企業(yè)節(jié)能減排的作用。

2.4 制定項(xiàng)目工期，投入試驗(yàn)運(yùn)行

基于對(duì)各個(gè)能源公司一期項(xiàng)目的照明改造和現(xiàn)場(chǎng)勘查，按照最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，制定項(xiàng)目工期，在廣州環(huán)投從化環(huán)保能源有限公司投入試驗(yàn)運(yùn)行，基于各個(gè)廠房的特點(diǎn)和要求，設(shè)計(jì)出自適應(yīng)控制的基于DIALUX與LED光源的照明節(jié)能技術(shù)的照明設(shè)計(jì)方案，安裝、調(diào)試、試運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)燈具的安裝和線路布置多采用燈具支架和管支架，對(duì)稱整齊安裝。安裝完成之后配電箱、開關(guān)、線路的起點(diǎn)終點(diǎn)貼上明顯標(biāo)識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試主要是時(shí)間控制的設(shè)置，根據(jù)每個(gè)季節(jié)調(diào)整燈具的點(diǎn)亮和關(guān)閉，再經(jīng)過反復(fù)的試驗(yàn)運(yùn)行，反復(fù)對(duì)比，以此達(dá)到節(jié)能降損的目的。

3 擬解決的關(guān)鍵問題

通過對(duì)不同情況的工廠進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)出自適應(yīng)控制的基于DIALUX與LED光源的照明節(jié)能技術(shù)的照明設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到適應(yīng)不同工廠的最優(yōu)照明環(huán)境，為工廠電能的使用節(jié)省成本，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[2]。

一是廠房不同區(qū)域的照明特點(diǎn)沒得到合理分析與規(guī)劃，例如生產(chǎn)區(qū)域燈具的數(shù)量和燈具的照度都嚴(yán)重不足，存在安全隱患。沒有區(qū)分事故照明和工作照明，區(qū)域綜合平均照度也沒有達(dá)到國(guó)家規(guī)定的照度。

二是現(xiàn)場(chǎng)全部使用節(jié)能燈，數(shù)量偏多，如從化能源公司節(jié)能燈在2000套以上，燈具功率50W，24小時(shí)點(diǎn)亮后帶來的燈具損壞多、維護(hù)量大。

三是部分能源公司現(xiàn)場(chǎng)線路、開關(guān)負(fù)荷承受能力嚴(yán)重不足，在照明不足的情況下只要增加燈具就會(huì)出現(xiàn)電路燒毀、開關(guān)跳閘，又因?yàn)榫€路布置多采用暗線，給后期的檢修帶來極大的困難。

四是照明開關(guān)布置雜亂不堪，往往出現(xiàn)運(yùn)行人員找不到開關(guān)的情況，照明檢修配電箱與運(yùn)行設(shè)備檢修配電箱未分開配置，正常照明與事故照明配電箱未分開布置，配電箱標(biāo)識(shí)不清，各個(gè)區(qū)域照明配電箱太多沒有在統(tǒng)一的區(qū)域布置。

五是線路的起點(diǎn)終點(diǎn)、線路取電位置、線路走向沒有明顯標(biāo)識(shí)，線路隨意布置在地面下出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)土建施工的時(shí)候直接切斷電線電纜的情況。

六是現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)控制多采用空開，沒有時(shí)間控制或者其他控制方式，不僅無形之中增加運(yùn)行人員的工作量，而且造成現(xiàn)場(chǎng)燈具點(diǎn)亮與關(guān)閉隨意性大，不節(jié)能也不環(huán)保。

4 研究方法

一是文獻(xiàn)法。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解照明技術(shù)國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，了解基于建模DIALUX技術(shù)的照明設(shè)計(jì)方案。

二是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研法。對(duì)照設(shè)計(jì)圖紙查看各個(gè)區(qū)域的燈具功率、燈具類別、燈具數(shù)量、燈具配置情況、線路走向以及損壞情況、配電箱配置。

三是3D建模法。利用3D建模的方法建立照明空間模型，在照明數(shù)據(jù)庫(kù)選型燈具的照度數(shù)據(jù)，利用DIALUX的智慧算法得出照明輸出照度結(jié)果并輸出完整的報(bào)表和3D模擬圖。

四是模擬驗(yàn)證法。根據(jù)調(diào)查到的工廠實(shí)地情況，通過建模技術(shù)，設(shè)計(jì)出相關(guān)節(jié)能方案，通過對(duì)比總結(jié)得出最佳時(shí)間方案。

5 研究技術(shù)路線

首先通過實(shí)地調(diào)查不同工廠照明設(shè)計(jì)方案以及對(duì)基礎(chǔ)資料的大量收集，利用DIALUX建模技術(shù)將這些不同工廠的方案進(jìn)行不同維度的對(duì)比，分析如何利用最少的燈具數(shù)量達(dá)到最大的照明效果，分析如何將燈具安裝在最佳的位置，同時(shí)充分利用開關(guān)的控制方式?jīng)Q定燈具點(diǎn)亮的數(shù)量和時(shí)間，在滿足現(xiàn)場(chǎng)照明需要的基礎(chǔ)上減少不必要的照明損耗。然后歸納總結(jié)出最佳的廠房節(jié)能照明的最佳實(shí)踐方案。用技術(shù)分析路線流程圖更能表達(dá)出其研究思路，如下圖所示：

6 試驗(yàn)方案和可行性分析

區(qū)域DIALUX建模分析，在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)照度的基礎(chǔ)上使用最少的燈具數(shù)量和最佳的燈具功率配置[3]?；诮?shù)據(jù)分析，能有效完成燈具的優(yōu)化配置。

確認(rèn)區(qū)域照明重點(diǎn)，如鍋爐0M的刮板機(jī)和通道，鍋爐13.5M層的參觀通道，煙氣間布袋除塵、電機(jī)區(qū)域，主廠房0M設(shè)備區(qū)域。

確認(rèn)燈具控制方案：根據(jù)不同的使用區(qū)域確認(rèn)采用空開、時(shí)控和光控制，如鍋爐可采用空開和時(shí)控，煙氣間可采用空開、時(shí)控和光控。

確認(rèn)線路布置方案：為了線路布置的美觀性，線路盡量隱藏不外露且整潔，多線路采用槽架，鋼結(jié)構(gòu)區(qū)域裝燈布線沿結(jié)構(gòu)走線。

確認(rèn)配電箱布置方案：配電箱整體區(qū)域配置一個(gè)配電箱，如煙氣間、鍋爐0M-8M、13.5M及本體都只需要分別設(shè)計(jì)一個(gè)配電箱，正常照明和事故照明配電箱分開布置，配電箱放置在各個(gè)區(qū)域門口顯眼易控制處。

7 本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處

本項(xiàng)目首先對(duì)各個(gè)工廠存在的照明問題進(jìn)行了共性的抽象，分析了各個(gè)能源公司煙氣間普遍存在的問題。然后，通過現(xiàn)場(chǎng)照度、現(xiàn)場(chǎng)廠房的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用模糊控制策略，實(shí)現(xiàn)工廠照明無級(jí)調(diào)光，為工廠提供安全、舒適的工作環(huán)境，并在保證廠房運(yùn)營(yíng)安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)工廠用的照明節(jié)能，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，可解決相關(guān)工廠照明節(jié)能的實(shí)際問題。最后，對(duì)比DIALUX軟件的照度輸出結(jié)果，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)照度的基礎(chǔ)上，利用最少數(shù)量和最佳安裝位置、控制方式的燈具達(dá)到最好的效果，從而減少燈具購(gòu)買成本，減少光源浪費(fèi)。