公共建筑光環(huán)境提升技術(shù)實(shí)踐

胡國(guó)霞

（華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200011）

0 引言

為加快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)，我國(guó)綠色建筑發(fā)展按下“快進(jìn)鍵”。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑照明能耗在建筑總耗能中約占30%~50%[1]，綠色建筑發(fā)展勢(shì)必對(duì)建筑照明能耗提出更高要求。在追求建筑節(jié)能的同時(shí)，室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量也逐漸成為建筑設(shè)計(jì)和改造的重要關(guān)注點(diǎn)。因此，提升公共建筑光環(huán)境舒適性和照明系統(tǒng)綜合節(jié)能效益成為公共建筑光環(huán)境提升的重要研究方向。目前，LED作為第四代照明光源廣泛應(yīng)用于指示、顯示、照明燈領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)照明燈，LED燈工作電壓低、電流小，具有較好的抗沖擊和抗震性能，可靠性高、壽命長(zhǎng)、控制方便、綠色環(huán)保。作為集諸多優(yōu)勢(shì)于一身的環(huán)保燈具，在“綠色照明”的大環(huán)境下，LED照明代表了照明行業(yè)的發(fā)展方向[2]。LED不僅可以提高照明效果，還可以大幅降低照明能耗，但其在實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用效果需要通過(guò)開(kāi)展工程研究進(jìn)行驗(yàn)證。本文以上海某公共建筑作為示范項(xiàng)目，開(kāi)展了建筑光環(huán)境提升方面的研究，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案論證、施工過(guò)程控制、實(shí)施節(jié)點(diǎn)把控、調(diào)試驗(yàn)收等方面進(jìn)行精細(xì)化管理，示范工程滿(mǎn)足了光環(huán)境提升的各項(xiàng)指標(biāo)要求，達(dá)到了照明系統(tǒng)綜合節(jié)能60%以上的目標(biāo)。

1 案例概況

本示范項(xiàng)目位于上海世博片區(qū)，項(xiàng)目由一棟21層辦公塔樓和4棟2~3層的商業(yè)裙樓組成的商業(yè)辦公綜合設(shè)施，地下3層，總建筑面積80 042.46 m2。本案例中選取該綜合體內(nèi)21層主樓的標(biāo)準(zhǔn)層辦公室以及公共區(qū)域（走廊、電梯廳、衛(wèi)生間）作為對(duì)象，開(kāi)展建筑光環(huán)境提升示范研究，示范研究區(qū)域的建筑面積約4663 m2。

2 光環(huán)境提升方案

2.1 總體目標(biāo)

綜合考慮健康、舒適、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等因素，采用建筑照明一體化技術(shù)及高效照明燈具，并采用分時(shí)控制、分區(qū)域控制的多模式控制技術(shù)，提升建筑整體的光環(huán)境，實(shí)現(xiàn)舒適與健康的目的，并通過(guò)節(jié)能技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)節(jié)能率不低于60%的目標(biāo)。

2.2 不同功能房間的照度設(shè)計(jì)

建筑室內(nèi)照明設(shè)計(jì)需要結(jié)合照明空間的功能需求實(shí)施，既要滿(mǎn)足充足且均勻的照度，又要避免不合理照明帶來(lái)的眩光，給在活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的人提供一個(gè)舒適的照明環(huán)境。本案例中，按照不同區(qū)域內(nèi)房間的照明需求，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)相關(guān)房間或場(chǎng)所進(jìn)行照明設(shè)計(jì)，房間和場(chǎng)所的照度、顯色指數(shù)、統(tǒng)一眩光值、照明功率密度值選取如表1所示。

表1 典型房間照明設(shè)計(jì)

2.3 照明控制系統(tǒng)

（1）辦公區(qū)域照明控制。采用智能照明控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、照度控制、人體感應(yīng)控制和智能面板控制，同時(shí)設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)關(guān)，基于藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)廣播信息推送和數(shù)據(jù)信息交互，還可以實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的邊緣計(jì)算。可以通過(guò)與燈光控制器、智慧燈具、智慧傳感器等設(shè)備組成BLE Mesh網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)，同時(shí)，智能照明控制系統(tǒng)也是人員管理、資產(chǎn)追蹤的核心設(shè)備，如圖1所示。

圖1 辦公區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)

（2）電梯廳照明控制。采用可調(diào)亮度色溫一體化LED燈具以及智能控制技術(shù)，將電梯廳的暗槽燈帶更換為亮度和色溫可調(diào)的T5燈管，在滿(mǎn)足照度要求的同時(shí)也使天花板更加清爽。獨(dú)特的光學(xué)設(shè)計(jì)讓光線(xiàn)更柔和，動(dòng)態(tài)變化的色溫讓空間更舒適。區(qū)域配合基于時(shí)間管理的邏輯控制以及人體感應(yīng)的傳感器能從容應(yīng)對(duì)高峰及空閑時(shí)間的照明需求，使節(jié)能更智能。照明設(shè)備可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種照明場(chǎng)景需求，調(diào)光模塊內(nèi)含電能計(jì)量功能，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該區(qū)域的能源使用情況，為制定節(jié)能方案提供有效數(shù)據(jù)，以達(dá)到最佳節(jié)能效果，電梯廳實(shí)際效果如圖2所示。

圖2 電梯廳調(diào)光調(diào)色、人體感應(yīng)控制燈帶

（3）走廊照明控制。采用自動(dòng)照明控制，正常工作時(shí)間全開(kāi)，非工作時(shí)間改為減光照明，節(jié)假日無(wú)人時(shí)可只開(kāi)少量燈。

（4）衛(wèi)生間照明控制。洗手間均采用紅外移動(dòng)控制，人來(lái)開(kāi)燈，人走燈具延時(shí)關(guān)閉。

2.4 建筑照明一體化模塊/照明通風(fēng)一體化模塊

建筑與燈光的一體化設(shè)計(jì)就是將照明產(chǎn)品與建筑本體進(jìn)行隱藏式設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足燈光照明功能需求的同時(shí)，最大限度減少燈具對(duì)建筑裝飾、吊頂、墻體的外在影響，實(shí)現(xiàn)將建筑與燈光融為一體的目標(biāo)[3]。由于LED燈小巧、易控，因而可以極大滿(mǎn)足建筑照明的定制化需求，因此，建筑照明一體化技術(shù)備受關(guān)注。

2.5 基于PLC的智能照明控制技術(shù)

本案例中采用了一套基于電力線(xiàn)通信技術(shù)的新型照明控制系統(tǒng)，解決了房間內(nèi)照明控制器與燈之間進(jìn)行低成本傳輸照明數(shù)據(jù)控制（亮度、色溫、場(chǎng)景、開(kāi)關(guān)等）的難題。與現(xiàn)有通信技術(shù)相比，該技術(shù)具有成本極低、體積小、免布線(xiàn)、距離長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。新型電力通信解碼芯片體積小、功耗低且無(wú)須天線(xiàn)，不受燈具外殼屏蔽的影響，方便嵌入各種燈具中。

本案例中，在建筑2層、3層安裝相應(yīng)的控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制、亮度控制、場(chǎng)景控制、時(shí)序控制和遠(yuǎn)程控制，并可實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量。

3 主要設(shè)備清單

本示范工程的主要設(shè)備清單如表2、表3所示。

表2 LED照明燈具設(shè)備清單

表3 電梯廳智能照明控制系統(tǒng)設(shè)備清單

4 效果評(píng)價(jià)

4.1 光環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)選取辦公室、走廊、電梯廳和衛(wèi)生間分別進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 現(xiàn)場(chǎng)光環(huán)境測(cè)試結(jié)果

除走廊照明功率密度值略高，其他值均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 節(jié)電率計(jì)算

建筑照明節(jié)電率計(jì)算如下：

式中：ξL——建筑照明節(jié)電率；W0——年照明耗電量基準(zhǔn)值，kW·h/（m2·a）；We——年實(shí)際照明耗電量，kW·h/（m2·a），為照明運(yùn)行耗電量WLT與照明控制系統(tǒng)運(yùn)行耗電WPt之和。

依據(jù)《綠色照明檢測(cè)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51268—2017），各場(chǎng)所的年照明基準(zhǔn)電能耗值如表5所示。

表5 年照明基準(zhǔn)能耗值

本示范項(xiàng)目耗電量基準(zhǔn)值為19.30 kW·h/（m2·a）。

4.3 照明能耗測(cè)試及分析

本項(xiàng)目安裝一套智能照明控制系統(tǒng)，能耗情況可根據(jù)智能照明管理系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)和管理。

為分析計(jì)算本項(xiàng)目照明系統(tǒng)節(jié)能量，對(duì)物業(yè)辦公室、21樓辦公室用電進(jìn)行測(cè)試，為分析效果，選擇了不同的測(cè)試模式，如表6所示。

表6 實(shí)測(cè)照明用電量數(shù)據(jù)

4.4 項(xiàng)目節(jié)能效果

（1）辦公室照明節(jié)能對(duì)比。為比對(duì)照度控制對(duì)照明能耗的影響，分別在21層選擇其中2 d進(jìn)行了對(duì)比，可以看出，辦公區(qū)域僅照度控制就可以節(jié)能26%。

對(duì)于辦公區(qū)域，本文選擇物業(yè)辦公室的能耗作為實(shí)測(cè)能耗的依據(jù)，截取連續(xù)3 d的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。3 d（每天運(yùn)行10 h）照明耗電量為26.83 kW·h，折合全年耗電量為2235 kW·h，實(shí)測(cè)單位面積照明能耗為7.98 kW·h/（m2·a），相較于辦公區(qū)域照明基準(zhǔn)值，節(jié)能率可達(dá)到71%。

（2）項(xiàng)目節(jié)能計(jì)算。測(cè)試表明，該項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用效果良好，在滿(mǎn)足光環(huán)境提升效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能率不低于60%的目標(biāo)。建筑實(shí)際照明能耗如表7所示。

表7 建筑實(shí)際照明能耗

5 結(jié)語(yǔ)

公共建筑的照明系統(tǒng)能耗是建筑能耗的重要組成部分，應(yīng)采取多種技術(shù)措施改善建筑的照明系統(tǒng)。提升建筑的光環(huán)境不僅可以滿(mǎn)足照明系統(tǒng)的舒適性要求，還應(yīng)達(dá)到節(jié)能降耗的效果，從而實(shí)現(xiàn)建筑的綠色低碳發(fā)展。本文以某公共建筑光環(huán)境提升工程為例，通過(guò)優(yōu)化不同功能區(qū)的光照度、照明控制、采用先進(jìn)軟硬件配置，實(shí)現(xiàn)了建筑照明節(jié)能60%以上的目標(biāo)。同時(shí)通過(guò)測(cè)試辦公區(qū)域僅照度控制就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能26%，本示范項(xiàng)目對(duì)于類(lèi)似公共建筑的建筑照明改造具有參考價(jià)值。