生產(chǎn)車間照明節(jié)能改造研究

徐 輝，楊宏芳

魯北技師學(xué)院，山東 濱州 256600

0 引言

在我國傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式中，為了滿足生產(chǎn)過程的照明需求，工廠普遍選擇安裝功率大的照明燈具，以滿足生產(chǎn)要求[1]。在生產(chǎn)車間大范圍、大面積地設(shè)置大功率燈具會(huì)使工廠在照明方面產(chǎn)生巨大的電力能源消耗。同時(shí)，大批量的燈具也存在相當(dāng)?shù)陌踩[患，這對車間的物資、人員等都存在一定的威脅。工廠無法保證生產(chǎn)車間各個(gè)領(lǐng)域的光照強(qiáng)度均等，工作人員只能主動(dòng)適應(yīng)不同光照強(qiáng)度帶來的視覺疲勞，長此以往，光源的不均勻分布會(huì)對工作人員的身體健康尤其是視力健康帶來損害，這也會(huì)降低工廠的生產(chǎn)效率。綜上所述，傳統(tǒng)的生產(chǎn)車間照明方式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)代工廠的生產(chǎn)水準(zhǔn)，跟不上工廠車間的發(fā)展[2]。

我國對工業(yè)領(lǐng)域用電設(shè)立了明確的標(biāo)準(zhǔn)，在明確用電規(guī)范的同時(shí)，也在節(jié)能方面做出了相應(yīng)的要求，要在盡可能減少能源浪費(fèi)的同時(shí)，保證工廠的正常生產(chǎn)和運(yùn)行[3]。在面對照明問題時(shí)，必須不斷地在實(shí)際操作中匯總前人的經(jīng)驗(yàn)，吸取以往的失敗教訓(xùn)，充分發(fā)揮照明對工業(yè)的重要作用，建立節(jié)能減排和安全生產(chǎn)之間的平衡[4]。

研究人員通過分析生產(chǎn)車間照明的節(jié)能、改造等，對未來我國照明領(lǐng)域的前景和發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測[5]?，F(xiàn)在，中國的國際地位和整體實(shí)力都顯著增強(qiáng)，中國已經(jīng)步入經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的新階段。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展步伐的加快，智能化前景變得越來越光明?；谖覈畔⒓夹g(shù)、數(shù)字化經(jīng)濟(jì)、大數(shù)據(jù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們開始關(guān)注周邊的環(huán)境，提出了節(jié)能減排的口號(hào)[6]。為此，必須解決生產(chǎn)車間照明領(lǐng)域能源耗費(fèi)巨大的問題。通過智能化、數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，在工廠照明的管理、檢測等流程中融入智能化、數(shù)字化因素，推動(dòng)我國“綠色建廠”“愛護(hù)環(huán)境”等項(xiàng)目的發(fā)展[7]。

1 生產(chǎn)車間照明現(xiàn)狀

1.1 消耗大量能源

目前，雖然我國很多生產(chǎn)車間都響應(yīng)國家節(jié)能減排號(hào)召進(jìn)行了節(jié)能改造，但是很多改造僅流于表面，沒有付諸實(shí)際行動(dòng)。大多數(shù)車間仍采用傳統(tǒng)照明方式，依靠人力控制車間整體的開關(guān)操作，這會(huì)消耗大量的電力能源和自然資源[8]。

1.2 照明設(shè)計(jì)不合理

我國大多數(shù)車間的照明設(shè)計(jì)存在不合理之處，不能直接將全新的照明體系應(yīng)用到工廠車間的照明體系中，貿(mào)然引入會(huì)導(dǎo)致燈具的不必要損壞，也會(huì)給車間其他地方的供電造成不良影響。

1.3 車間管理缺乏科學(xué)體系

車間工作人員往往只關(guān)注燈具能否使用，卻沒有關(guān)注燈具是否節(jié)能環(huán)保。很多工作人員沒有養(yǎng)成下班后關(guān)燈的習(xí)慣，或者沒有及時(shí)關(guān)燈，從而浪費(fèi)了很多原本沒必要使用的能源。由于工廠生產(chǎn)的特殊性，車間使用的照明系統(tǒng)往往由很多燈具并聯(lián)而成。當(dāng)一些燈具達(dá)到使用壽命無法再次使用時(shí)，工廠往往會(huì)隨意使用白熾燈來替代節(jié)能燈具，導(dǎo)致失去節(jié)能減排的效果。

盡管有一小部分車間引進(jìn)了自控電力系統(tǒng)（BA系統(tǒng)），但是這一系統(tǒng)只能解決車間部分區(qū)域的照明問題，保證部分車間的定時(shí)通電斷電，從車間總體情況來看，節(jié)能減排效果微乎其微。因此，大多數(shù)工廠認(rèn)為引進(jìn)自控電力系統(tǒng)既消耗人力成本和物力成本，也基本沒有效果，這一問題亟待解決。

2 生產(chǎn)車間照明燈具節(jié)能改造方案及其效果

在大型生產(chǎn)車間中，貨梯的使用相當(dāng)頻繁。因此，文章以工廠貨梯照明為例進(jìn)行節(jié)能減排的分析。在以往的生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠往往使用亮度較高的白熾燈進(jìn)行生產(chǎn)照明，以滿足正常的生產(chǎn)要求。這樣一來，在貨梯的內(nèi)部會(huì)積聚相當(dāng)程度的熱量，還會(huì)耗費(fèi)大量的能源。

對我國現(xiàn)有生產(chǎn)車間照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，可以在車間原本的基礎(chǔ)上增加一套電子化的啟動(dòng)模式。選擇T8和T5類型燈泡進(jìn)行對比分析，選擇LED燈泡和瓦數(shù)較小的燈泡進(jìn)行研究。具體來說，可以選用T8 LED燈管和T5 LED燈管。在對燈泡進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)參數(shù)的測試和模擬，可以得到以下結(jié)論。

2.1 減少電量消耗

選用的T8和T5類型燈泡消耗的電力主要由兩部分構(gòu)成，即鎮(zhèn)流器通電時(shí)耗費(fèi)的能量和燈具自身產(chǎn)生的電力消耗。

調(diào)查顯示，鎮(zhèn)流器通電時(shí)耗費(fèi)的能量占總耗電的20%～30%。鎮(zhèn)流器的使用大大降低了燈具的總體電阻，可以大幅度降低燈具的發(fā)熱。根據(jù)調(diào)查，使用鎮(zhèn)流器的T8和T5類型燈泡的使用壽命有所延長，整體的耗電功率也隨之降低。T8和T5類型燈泡的節(jié)能效果最明顯，消耗比工廠以往使用的燈具低，整體燈具組合的耗電也相當(dāng)?shù)?。根?jù)調(diào)查對比，這一燈泡組合消耗的電量可以降低80%甚至更高。

2.2 提高照明亮度

根據(jù)光譜能量分布分析，T8和T5類型燈泡的照明效果好，照明亮度較高?？傮w而言，T8和T5類型燈泡十分適用于工廠貨梯。對工廠貨梯的環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察，可以得出以下結(jié)論：T8和T5類型燈泡的照明亮度與日光的實(shí)際模擬效果比較吻合。其中，T8和T5類型燈泡的可見光比例高，不可見光比例低，可以讓人們在貨梯運(yùn)送貨物時(shí)能夠盡量看清視覺盲點(diǎn)，避免出現(xiàn)安全事故。

同時(shí)，T8和T5類型燈泡的光譜分布和眼球的視覺函數(shù)模型很相似。大多數(shù)可見光源的靈敏度較低，當(dāng)燈光照射到地面并由地面反射時(shí)，有效光會(huì)變多，符合功率較低的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。在對工廠照明電路進(jìn)行節(jié)能改造之后，電路整體的電流量、電容量都得到提升，電路的整體消耗功率也大幅度降低，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2.3 減少頻閃對人體的危害

T8和T5類型燈泡可以根據(jù)工廠的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和匹配，組合成適合工廠實(shí)際生產(chǎn)的使用類型。

我國大多數(shù)工廠都使用50 Hz的工頻交流電力系統(tǒng)直接對燈具通電，使燈具發(fā)光。但是這會(huì)導(dǎo)致燈具的光源波動(dòng)范圍變大，燈具的頻閃概率增加至55%。如果仍然選擇使用傳統(tǒng)的白熾燈，會(huì)加劇燈具的頻閃狀況。燈泡頻繁的、周期性的閃爍會(huì)導(dǎo)致工作人員產(chǎn)生視覺疲勞，更嚴(yán)重的話，會(huì)影響生產(chǎn)車間總體的安全狀況。

T8和T5類型燈泡可以在鎮(zhèn)流器的幫助下維持電路總體的穩(wěn)定性，從整體上提升視覺舒適度，其共同量波動(dòng)范圍小、光源穩(wěn)定，很少出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象。

2.4 提高顯色指數(shù)

T8和T5類型燈泡的顯色指數(shù)比較高，平均顯色指數(shù)可以達(dá)到82，這是最接近太陽光的顯色程度。當(dāng)觀看彩色表面的物體時(shí)，在這類燈光的襯托下，不容易產(chǎn)生色差和視覺差異。燈泡發(fā)出的光在照射到有顏色的物品上時(shí)不會(huì)變化成其他顏色，不會(huì)改變物體反射的顏色，工作人員不必提前適應(yīng)生產(chǎn)車間物品外觀的變化，這可以減少人為因素導(dǎo)致的誤差。

同時(shí)，飽和度較高的光源也能模擬更加真實(shí)的生活場景。車間內(nèi)的工作人員需要頻繁地觀看物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)過程。運(yùn)動(dòng)軌跡是否明確、運(yùn)動(dòng)物體是否寫實(shí)、運(yùn)動(dòng)模式是否科學(xué)等對于生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞起著至關(guān)重要的作用。采用經(jīng)過改造的T8 LED燈管和T5 LED燈管來觀看生產(chǎn)車間生產(chǎn)出的物品時(shí)，會(huì)給人更加真實(shí)的感受。

2.5 提高視覺亮度

反射到地面的光源也可以增添有效光源的寬度和廣度，使生產(chǎn)車間變得更加明亮，可以通過改變燈具的造型調(diào)整燈源反射在地面的照明度，提高有效的視覺亮度，使車間的地面、車間工作臺(tái)面、實(shí)際生產(chǎn)空間等工作場所的有效視覺區(qū)域變得更為明亮，更加貼近日常生活，為日常生產(chǎn)提供了更清晰、舒適、溫馨的氛圍和環(huán)境。

3 引進(jìn)智能化照明控制系統(tǒng)的重要意義

文章對工廠車間的電力照明體系進(jìn)行了針對性改造，引進(jìn)了一種全新的智能化照明控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人力和機(jī)器之間的互動(dòng)、總體資源的重新配置、電力效果的有效管理等；可以因地制宜，根據(jù)不同車間、不同領(lǐng)域的實(shí)際狀況，將該系統(tǒng)應(yīng)用到不同的工作時(shí)段、工作場地、工作領(lǐng)地等，實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化、數(shù)字化管理，最大限度地減輕照明負(fù)擔(dān)，凸顯生產(chǎn)車間照明節(jié)能和改造的內(nèi)涵和作用。

3.1 減少人員操作負(fù)擔(dān)

在車間照明體系中引進(jìn)智能化照明控制系統(tǒng)，就能事先對車間的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)記憶。同時(shí)，系統(tǒng)操作也相當(dāng)簡便。工作人員只需在使用時(shí)點(diǎn)擊控制器下預(yù)設(shè)的指令或控制面板上的按鍵，系統(tǒng)就能啟動(dòng)事先埋下的路線，根據(jù)生產(chǎn)當(dāng)天的實(shí)際狀況、生產(chǎn)用戶的實(shí)際需求等來調(diào)整不同場景下的燈光效果。這樣一來，不用再派遣專門人員去控制電流的開通與閉合，人員不需要再耗費(fèi)大量的精力和時(shí)間去操作每一條電路。不僅能實(shí)現(xiàn)真正意義上的電路系統(tǒng)照明自動(dòng)化，還能有效規(guī)避因人員操作不當(dāng)而導(dǎo)致的電路系統(tǒng)崩潰、電路設(shè)備損壞等問題。

3.2 提供多樣化的調(diào)控功能

功能豐富、方法多樣、操作智能、光效良好的智能化照明控制系統(tǒng)是如今各個(gè)工廠的最佳選擇，其可以徹底代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)控制。通過調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)，可以根據(jù)不同場地、不同要求營造不同的燈光氛圍，為車間的工作人員提供舒適、可靠的工作環(huán)境。

將智能化的電力控制模式分化為手動(dòng)操作、系統(tǒng)操作兩種模式。在系統(tǒng)操作模式下，系統(tǒng)可以自動(dòng)地將燈具分為生產(chǎn)照明燈具和安全生產(chǎn)燈具，并根據(jù)生產(chǎn)車間的實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間和當(dāng)天的天氣等，自動(dòng)地調(diào)整各條線路的照明情況。提供手動(dòng)操作模式，可以保證工廠臨時(shí)斷電時(shí)，也能對工廠的照明體系進(jìn)行控制和操作。通過手動(dòng)操作可以控制照明體系中的任意一條線路的開關(guān)，以便檢修人員及時(shí)、迅速地檢測照明體系中出現(xiàn)的故障。

工廠的照明監(jiān)控中心可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對各個(gè)領(lǐng)域的智能化、數(shù)字化照明燈柜進(jìn)行可執(zhí)行的編程操作，并根據(jù)不同的情況設(shè)定、發(fā)布不同的指令。與此同時(shí)，各個(gè)線路也能通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向管理照明系統(tǒng)的人員反饋信息，以此檢測各條線路上的燈具的開關(guān)狀態(tài)、使用情況，監(jiān)控每條線路實(shí)時(shí)的負(fù)荷情況等。

4 結(jié)束語

近年來，我國大力提倡要建立一個(gè)美麗、和諧、綠色、生態(tài)的國家，社會(huì)上的大多數(shù)人也開始呼吁要節(jié)能減排，保護(hù)共同家園。基于此種背景，對傳統(tǒng)的車間照明體系進(jìn)行改造已經(jīng)成為一種必然潮流。照明節(jié)能改造不僅能延長燈具的使用壽命，也可以節(jié)約工廠耗費(fèi)的人力資源、物力資源，對于工廠甚至是社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都百利而無一害。

當(dāng)今，工廠生產(chǎn)車間的照明體系浪費(fèi)了大量的電力，還存在大量的安全隱患。因此，有必要針對生產(chǎn)車間的照明體系進(jìn)行節(jié)能改造。同時(shí)，我國對于工業(yè)生產(chǎn)車間的用電有明確的指標(biāo)，甚至是限制。為了響應(yīng)國家保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的號(hào)召，每一家工廠都應(yīng)該根據(jù)國家政策積極采取相應(yīng)行動(dòng)。生產(chǎn)車間的照明體系是我國工業(yè)生產(chǎn)中最耗電的環(huán)節(jié)，自然而然地成為節(jié)能改造的首選。針對生產(chǎn)車間的照明進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，不能只簡單地使用節(jié)能燈具代替?zhèn)鹘y(tǒng)的白熾燈，而是要積極地引入智能化的照明控制體系，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢，促進(jìn)我國生產(chǎn)車間的自動(dòng)化進(jìn)程。在滿足生產(chǎn)車間基本生產(chǎn)任務(wù)需求的同時(shí)，最大限度地提升車間照明的環(huán)保價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。