绿色照明在室内照明设计中的实施

绿色照明在室内照明设计中的实施绿色照明工程概述概况1991年美国环保署最早提出绿色照明的概念，并开始付诸实施，很快得到世界很多国家的响应。“中国绿色照明工程”是由国家经贸委负责，会同国家计委、科技部、建设部等13个部门，在“九五”计划期间共同组织实施的示范工程。1996年国家经贸委制定印发了“中国绿色照明工程实施方案”，全面启动了该项工程，五年中取得了明显的社会效益和经济效益。进入21世纪，在总结实施经验和借鉴国外的成功方法基础上，为进一步推进照明节能，提高能源效率，国家经贸委与联合国开发计划署（UNDP）合作开发了“中国绿色照明工程促进项目”，并在整个“十五”期间实施。为此制定了包括制定产品能效标准、制定建筑照明设计能效标准、组织技术交流、开展绿色照明教育和培训等在内的一系列计划，并且正在实施之中。宗旨和主要目标绿色照明工程的宗旨是：通过科学、合理的设计方法，积极采用高效照明光源、灯具和电器附件，以达到节约能源，保护环境，建立优质高效、经济舒适、安全可靠，提高人们生活质量和工作效率、保护身心健康的照明环境。主要目标是提高高效照明产品质量，增加其生产能力，提高公众节能环保意识，推进照明节能，到2010年实施照明节电10%的目标。全面理解绿色照明绿色照明是一个系统工程，必须全面理解其含义。从绿色照明的宗旨可看出，他涉及照明领域的各方面问题，内容广泛而全面，内涵深刻。鉴于在理解和实施中存在一些片面性，我认为至少应注重以下几个问题，完整地理解绿色照明。从保护环境的高度理解绿色照明照明节能是中心课题，但不仅要注重节能本身的意义，更要提高到降低能耗而减少发电导致的有害气体的排放；此外，降低制灯的有害物质量（如汞、荧光粉等）及建立灯管的回收制度，降低灯具、电器附件的耗材量等，都直接或间接关系到保护环境。在提高照明质量的条件下实施节能绿色照明不是过去单纯的节能，而是在建立优质高效的照明环境基础上，去实施节约能源，这和我国当前提出的全面建设小康社会的目标是统一的。那种不顾及照明质量，降低照明标准的方法，片面追求节能，是不妥当的。绿色照明远不只是推广应用某一种节能光源研究生产和推广应用优质高效的照明器材，是实施绿色照明的重要因素，而光源又是其中的第一要素。但高效光源有多种类型，如直管荧光灯、紧凑型荧光灯，以及高强度气体（HID），其特点不同，应用场所也不同，都应给予重视；除光源外，还有灯具和与光源配套的电器附件（镇流器等），对提高照明系统效率和照明质量都有重要意义。重视照明工程设计和运行维护管理优质高效照明器材，是重要的物质基础，但是应同样重视照明工程设计，他是制定总体方案、统管全局的要素，设计要合理确定照度，合适的照明方式，正确选用适应的光源、灯具，合理布置，保证照明质量等。如果设计不好，优质的照明器材也不能发挥最有效的作用，就不能很好地实施绿色照明。此外，在运行使用中，还要有科学、合理的维护与管理，才能达到设计的预期目标。下面叙述在照明设计中如何实施绿色照明的问题。照度确定照度的原则应根据工作、生产的特点和作业对视觉的要求确定照度；对于公共建筑还要根据其用途考虑各种特殊要求，如商场除要求工作面适当的水平照度外，还要有足够的空间亮度，给顾客一种明亮感和兴奋感，不同商品销售区，要求不同照度，以渲染促销重点商品；又如宾馆等建筑，常常运用照明来营造一种气氛，所使用的照度以至色表，就有特殊要求；象体育竞赛场馆，更需要很高的垂直面照度或半柱面照度，以满足彩色电视转播的要求和观众观看的清晰和舒适感。确定照度的依据识别对象的大小，即作业的精细程度；对比度，即识别对象的亮度和所在背景亮度之差异，两者亮度之差越小，则对比度越小，就越难看清楚，因此需要更高照度；其他因素：视觉的连续性（长时间观看），识别速度，识别目标处于静止或运动状态，视距大小，视看者的年龄等。照度对工作、生产的影响工业生产场所的照度将对产品的质量、差错率、废品率、工伤事故率有一定影响；办公室、阅览、金融工作场地等的照度，对工作效率、阅读效率有很大关系；以上两类视觉场所的照度不足，连续工作时会引起视觉疲劳，长时期将导致人眼视力下降以及头晕等心理或生理不适；商场照度，除看清商品细部和质地外，还有激发顾客购买欲望，促进销售的作用。照明设计标准现行国家标准：《民用建筑照明设计标准》（GBJ133-90）和《工业企业照明设计标准》（GB50034-92），均为20世纪80年代后期编制，十多年来我国经济和电力水平发生了很大变化，其中的照度标准已不能适应当今发展的要求，2002年已正式开始修订，并将上述两本国标合并为《建筑照明设计标准》。另外，国际照明委员会（CIE）已于2001年正式制订和公布了新的室内照明标准，将是正在修订的我国标准的主要依据和参考文件。照明质量良好的照明质量是绿色照明重要内容之一。照明质量包括多方面，主要是：良好的显色性能，相宜的色温，较小的眩光，比较好的照度均匀度，舒适的亮度比。下面就前面两个问题做一些说明。显色性分类：按CIE标准和GB50034-92规定显色分类列于表1。表1一般显色指数（Ra）类别显色类别一般显色指数范围适应场所举例ⅠARa≥90油画、颜色匹配、颜色检验、画展、鲜花店B90＞Ra≥80印刷、油漆、食品分拣、商场、客房、住宅、医院Ⅱ80＞Ra≥60办公室、机电装配、表面处理、控制室Ⅲ60＞Ra≥40机械加工、热处理、铸造Ⅳ40＞Ra≥20库房、通风室、泵房表1中适应场所举例，是按GB50034-92和GBJ133-90编写的。最新制定和公布的CIE标准——《室内工作场所的照明》（CIES008/E-2001），很多场所的显色性要求都有提高，如办公室、控制室等都列入IB类。应用：Ra值的高低，对于现代建筑场所建立良好的照明环境有很大意义，不仅是辨别识别对象颜色的需要，对视觉效果和视看舒适性也有很大影响。光源的显色指数高，被视对象和人物的形象会显得更真实、生动；反之，就会变得不好看，失去其本来的豪华和光泽。当前，在照明工程设计中，对光源显色指数注重不够，降低了视觉效果，希望给予更大注意。设计中，应对每个场所、房间，确定其显色指数要求，即显色类别，按此标准来选择符合显色要求的光源。光源的色表分类：按CIE和GB133-90、GB50034-92的规定，光源的色表按相关色温分为三类，见表2。表2光源色表类别及适用场所举例色表类别色表特征相关色温（K）适用场所举例Ⅰ暖＜3300客房、卧室、餐厅、酒吧、咖啡室Ⅱ中间3300~5300办公室、教室、图书馆、机加工、装配车间Ⅲ冷＞5300高照度场所、天然光混用场所、热加工车间应用：按场所的使用特点、照度水平和需要营造的气氛，选择适宜的光源色表类别，一般说，较低照度（150~200lx以下）场所，需要一种温馨和亲切的情调，宜用暖色表；高照度（750lx以上）场所或热带地区、热加工车间等宜用冷色表；而大多数场所应选用中间色温为宜。当前的主要问题是：有些设计没有规定光源的色温，由承包商随意选购，达不到最佳效果；另外，应用冷色温荧光灯管过多，有的甚至认为色温越高越亮的误解，造成和场所不适应，也影响光效的提高。一些高等级的公共建筑，常常运用光的色来调节或营造各种情调，创造多种不同的气氛，如热烈或宁静，紧张或轻快等。光源选择正确、合理选用光源，是实施绿色照明工程的重要因素。选用光源应包括以下三个方面内容：根据场所使用特点和建筑尺寸，选用合适的光源类型；根据使用要求选择光源的显色性和色表；合理选择与光源配套，节能效果好的电器附件。光源选用原则满足场所使用对显色性的要求更高光效（1m/W），达到更好的节能、环保效果；合适的色温；较稳定的发光：包括限制电压的波动和偏移造成的光通变化，和电源交变导致的频闪；良好的启点特性；使用寿命更长；性能价格比好。光源类型的选用无特殊要求，应尽量选用高光效的气体放电灯，当使用白炽灯时，功率不应超过100W。较低矮房间（4~4.5m以下）宜用荧光灯，更高的场所宜用HID灯。荧光灯以直管灯为主，需要时（如装饰）可用单端和自镇流荧光灯（紧凑型）；直管荧光灯光效更高，寿命长，质量较稳定；而自镇流荧光灯的优势是大多使用稀土三基色粉，多配用电子镇流器。用HID灯应选用金卤灯、高压钠灯，一般不用汞灯。金卤灯以较好的显色性和光谱特性，比高压钠灯更优越，在多数场所，具有更佳视觉效果。近年新出现的陶瓷内管金卤灯比石英管金卤灯具有更高光效（高20%），更耐高温，显色性更好（Ra达82~85），光谱较连续，色温稳定，有隔紫外线效果。陶瓷金卤灯的优异性能是发展方向。美国最新研制的脉冲启动型（PulseStart）金卤灯，比普通美式金卤灯提高光效15~20%，延长寿命50%，改善了光通维持率，配电感镇流器和触发器即可启动，我国已有源光亚明公司等三家引进生产。选用金卤灯应注意不同系列产品，主要有两大类：一是习惯称为美式金卤灯，即按美标的钪钠灯，我国已引进10条生产线，主要是这类产品；二是欧式金卤灯，有飞利浦的钠铊铟灯和欧司朗的金卤灯。两类均可用，各有特点，但必须注意其启动性能不同，配套电器附件不同。直管荧光灯的管径趋向小型，有利于提高光效，节省了制灯材料，特别是降低了汞和荧光粉用量，从T12到T8到T5，当前主要目标是用T8取代T12，进一步再用T5；管径小便于使用稀土三基色粉，从而使Ra更高（85），光效提高了15%~20%，光衰小，寿命更长（达12000h），用汞量少80%，更符合节能、环保要求。直管荧光灯的色温和显色性选择荧光灯的显色性关系视觉效果，对辨别颜色、以及视看对象的真实、清晰和生动感受，影响很大；色温相宜，将产生舒适的光环境，也可以营造各种特别的气氛。使用稀土三基色荧光粉的灯管，具有显色性、光效、寿命三大好处，虽然价贵，其综合费用反而更低。用实例说明和进行比较以飞利浦3种不同类型的T8型36W灯管为例比较列于表3（欧司朗、松下、GE和佛山照明电器公司的产品大体相同，参数略有差异）。表3三种T8荧光灯管（36W为例）的参数和设计灯管数（照度500lx）光源型号灯管功率（W）光通量（lm）色温（K）Ra平均寿命（h）光效（lm/W）相同面积、照度时使用灯管数TLD-36W/54362500620072800069.4100TLD-36W/33362850410063800079.288TLD-36W/8403633504000851200093.075根据表3的使用灯管数，其年费用比较列于表4。表4三种T8灯管（36W）的年费用比较光源型号光源灯具年电费（元）年费合计（元）年费比较（%）支数年更换数年费用（元）数量年折旧（元）TLD-36W/5410050450501750960011800100TLD-36W/33884439644154084481038488TLD-36W/840752552537.513137200903876.6本表编制条件（参考值）：①灯管价：前2种为卤粉灯管每支9元，第3种为三基色粉灯管每支21元；②使用双管灯具，含电子镇流器及安装费，每套350元，每年按10%计算折旧费，不计息；③年利用小时：4000h；④电价：0.6元/kWh。比较结论人们认为用三基色粉的灯管价太高，用不起。从上二表可知，虽该灯管单价高很多，但综合费用反而低了不少，因为灯具费用减少了，总的初建投资更少，电费也节省了。此外，还有以下好处：Ra高，提高了视觉质量，适用范围更广；节能效果好，维修量减少，更符合节能和环保要求。其它新光源高频微波灯、电磁感应灯特点是寿命长，达60000h至80000h。光导纤维（FibreOpticLightingSystem）具有的优点和适用场所：无紫外、红外（光源位置可在被照场所）：适用于美术馆、博物馆、化妆品；无电磁、无电火花：适用于火灾、爆炸危险场所、喷水池；可变色、可闪烁：适用于城市夜景照明、庭院美化、装饰、广告；发光点微型、灵活、可拆卸再装：适用于展示、广告、拼图、满天星、桥上、扶手、栏杆；价格较高。发光二极管LED（LightEmitingDiode）特点：寿命长——达100000h单色性好——辐射光谱为窄带多种颜色——红、黄、绿、蓝、白，无需滤色，光利用率高耐震性好安全——低电压、低温升节能显色性高——Ra为75~85适用：交通信号灯、机场标志灯、夜景照明、庭院美化、商业装饰、广告、大屏幕背景、汽车尾灯、建筑标志、应急疏散标志等。未来：美国一公司已于2002年研制出大功率高光效的白光LED，1W的达18lm，光效18lm/W，5W的达120lm，光效24lm/W。美、日、欧都增加投入，将解决一系列技术问题，如配套灯具，显色性提高，色温的多样性等，那时，将使LED进入建筑照明领域，引起照明光源又一次革命性飞跃。灯具选择选择原则灯具效率（η）高：η=ΦL/ΦO，取决于反射器形状和材料，出光口大小，漫射罩或格栅形状和材料；灯具配光应适应场所条件；眩光限制符合使用场所要求；符合环境条件的IP等级。按室空间比（RCR）选择灯具的配光，以提高利用系数，表5可供参考。表5按RCR选择灯具配光RCR灯具配光类型最大允许距高比1~3宽配光2.5~1.53~6中配光1.5~0.86~10窄配光1.0~0.5选用光通维持率高的灯具：涉及反射面、漫射罩、透光罩材料抗老化、防静电性能及维修性能。镇流器选择气体放电灯以其比白炽光源高得多的光效而广泛使用，但是他必须配套镇流器才能正常工作。几十年来，荧光灯和高强度气体放电灯都广泛使用电感镇流器。由于电感镇流器自身功耗比较大，近二十多年出现了各种改进的产品，主要有两类：一类是改进铁芯材料和工艺，从而降低功耗的节能型电感镇流器；另一类是运用电子线路产生高频（或低频）电流点灯的电子镇流器。这两种镇流器各有特点，都有较好的节能效果。但由于时间不长，推广应用不够，市场占有份额还不大。按国际铜业协会的资料，节能电感镇流器约占全部镇流器的6.5%，电子镇流器约占22%，而传统的电感镇流器仍占71.5%。几种光源的几类镇流器的性能比较和应用分述如下。直管荧光灯镇流器性能比较和分析传统电感镇流器（以下用符号“LB”）和节能型电感镇流器（符号“SELB”）、电子镇流器（符号“EB”）的性能比较列于表6。EB按标准又分为H级和L级。表6直管荧光灯（36W为例）几种镇流器性能比较镇流器类型镇流器功耗（W）灯管光效比系统能效比重量比电磁干扰谐波含量（%）功率因数灯电流波峰比使用寿命（年）频闪噪声调光价格LB9111无＜100.51.58-1.6210~20有有不可低SELB4.5~5.510.921.5无＜100.51.50~1.5515~20有小不可中EB（H）3.51.10.80.3~0.4允许＜40＞0.9＜1.73~5无无可较高EB（L）3.51.10.80.4~0.5允许＜20＞0.981.4~1.58~10无无可高注：①表中镇流器功耗、谐波含量、使用寿命为参考值，各企业产品差别较大。②LB、SELB的功率因数可补偿到0.9以上。分析SELB 是在LB基础上改进而来，其自身功耗下降约40~50%，使灯的系统功耗降低约8%，由于铁芯材料好，工艺合理，温升较低，可靠性更高，寿命更长，产品质量较稳定，虽硅钢片用量增大，价格稍高，但可从节能和使用寿命得到补偿，容易获得回收。EB则是更新产品，优点是节能效果更好，发光稳定，没有频闪，没有噪声，功率因数高，可以实现调光；缺点是生产企业多，产品质量良莠不齐，有些产品电路简单，元件未经优选，工艺不先进，导致可靠性差，使用寿命不长，而优质产品价格较贵，都影响了推广应用。选用意见按上述性能比较和分析，从节能观点和提高质量观点考虑，应该积极应用SELB和EB，而不使用传统的LB。使用SELB比LB价高一些，但从节省电费中能很快回收（一年内）。可惜，不少设计中没有明确提出使用SELB的要求，工程承包公司多购买较便宜的LB，因而达不到预期目的。建议：一是设计中应明确提出技术要求或产品类型、规格；二是SELB产品应在标准中或企业型号中予以规定，便于设计中推广选用。关于SELB和EB，各有其优缺点，应根据情况选用。一般场所选用SELB，价格较低，回收期短，使用寿命长，可靠性好，无电磁干扰等优点，更易于被用户接受；对于视觉要求高、无频闪的连续作业场所，要求安静的场所（如医院、阅览）等，选用EB更合适。使用EB时，宜用优质的L级产品，其谱波含量小，避免中性线过流。从今后发展的趋势看，EB产品将有更大优势，应用面会更广。自镇流荧光灯镇流器这种灯的灯管和镇流器自成一体，配套性强。由于其功率较小，多在5~25W之间，由于小功率的EB产品质量较易过关，而LB或SELB的重量大，起动也较困难，所以绝大多数均配套EB产品。高压钠灯镇流器几种镇流器比较和应用和荧光灯一样，为了降低镇流器功耗，同样在发展SELB和EB，逐步取代LB产品。所不同的是，SELB是对LB的改进提高，技术上成熟，节能效果比较明显；而EB研制时间更短，灯泡功率比较大，技术难度较大，运行经验也不够充分，特别是150W以上功率的，节能效果不明显，难度大，还有待探索，目前还不能大面积普遍推广应用。当前，推广应用SELB代替LB是主要课题。按国际铜协（中国）提供的资料，SELB与LB的功耗比较列于表7。表7高压钠灯的镇流器功耗比较灯泡功率（W）30401001502504001000镇流器功耗占灯功率百分比（%）LB30~4022~2515~2015~1814~1812~1410~11SELB＜15＜12＜11＜12＜10＜9＜8从表7看，SELB比LB功耗降低较大，如常用的250W灯泡，SELB的功耗减少10~20W，400W灯泡约减少12~20W，而镇流器费用增加不多，不到一年即可从节省电费中回收。高压钠灯双功率节能镇流器近年来，由于道路照明等一类场所，在后半夜车流、人流较少，为了节能，可以降低照度（通常降到50%左右）的情况下，在SELB基础上开发了双功率的SELB，通过镇流器调节，可降低照度50%左右，降低系统功率40%左右。一只400W钠灯，后半夜降功率运行，每年减少用电量达400kWh，可以用集中遥控或自控，也可用定时自控实施。当然，用电子镇流器也可以实现双功率运行。高压钠灯恒功率镇流器高压钠灯的电源电压升高时，灯功率将大幅度增加，如电压为额定值的110%时，灯功率将达额定值的128%左右。对于道路照明，半夜以后，电压升高很多，灯功率和输出光通大幅度升高，而此时正是不需要太高照度的时候，所以用SELB或LB来使电源电压升高时，仍维持灯泡功率基本不变，对节能很有意义，同时对延长灯泡和镇流器使用寿命也有明显效果。金属卤化物镇流器几种镇流器比较和应用和高压钠灯一样，近年来研制了SELB和EB两类镇流器，而金卤灯的EB技术难度更大，目前应用还较少，暂时不能推广；而SELB比较成熟，比LB功耗下降明显，有较好节能效果，应予推广应用。近年引进美国的脉冲起动型金卤灯，几家企业受国际铜协（中国）委托开发配套的SELB，320W和360W灯泡的SELB之功耗只有灯功率的6.5~7.0%，加上这种金卤灯的高光效，其系统能效比普通美标400W金卤灯提高了约20~25%，更可作为重点推广产品。关于恒功率和双功率镇流器和高压钠灯一样，金卤灯的SELB也研制了电源电压变化时保持灯泡功率基本恒定的产品，对节约电能，延长灯泡、镇流器寿命都很有意义，同时还有利于灯泡色温的稳定。双功率的SELB还很少，因为金卤灯用作道路照明还很少。金卤灯镇流器和灯泡的配套美标金卤灯和欧标金卤灯的镇流器不同，欧标金卤灯可用钠灯线路或汞灯线路，即可用电感镇流器加触发器；而美标金卤灯则应配置专用的SWA镇流器，即超前顶峰式（漏磁升压式）镇流器，否则将导致启动困难，降低光效，使色温不稳定