淺談照明節(jié)能在工業(yè)電子廠房的設(shè)計與研究

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

 

摘要：文章從電子行業(yè)建筑布局及生產(chǎn)特點出發(fā)，結(jié)合筆者多年對大型電子廠房照明設(shè)計的經(jīng)驗，從高效節(jié)能產(chǎn)品和優(yōu)化照明系統(tǒng)兩方面探討工業(yè)電子廠房照明節(jié)能設(shè)計技術(shù)措施。

關(guān)鍵詞： 照明節(jié)能裝置 光源 萸光燈 鎮(zhèn)流器 燈具 照明方式 配電

       在工業(yè)領(lǐng)域,照明對企業(yè)的發(fā)展間接起到十分重要的作用。合理的照明設(shè)計與提高工廠生產(chǎn)率息息相關(guān),提高照明質(zhì)量可以降低潛在生產(chǎn)過程中的出錯禮目前,我國照明耗電量約占電力總消耗的1/6,而工業(yè)照明又占了相當大的比重。提高工業(yè)照明能效, 不僅將較大幅度降低能源消耗,有效緩解電力供應緊張局面，同時也會大幅度降低企業(yè)用電的支出成本。 因此，工業(yè)照明設(shè)計不僅要滿足工業(yè)照明質(zhì)屋的需求洞時還要能夠有效地實施節(jié)能措施。

       照明節(jié)能是一項系統(tǒng)工程,要從提高整個照明系統(tǒng)的效率來考慮。從照明光源發(fā)出光,到進入人的眼睛引起光的感覺，這是復雜的物理、生理和心理過程，該照明過程與效率如圖1何所示。由圖1可知,照明系統(tǒng)的效率是物理過程的各個客觀因素的效率累加最后通過人主觀的生理心理表現(xiàn)形式來反映。在工業(yè)領(lǐng)域以照明提高生產(chǎn)效率、提高安全度和増加工作環(huán)境的舒適度為目的,而要實現(xiàn)照明節(jié)能的目的,必須從組成物理過程的各個因素加以著手，提出具體的節(jié)能技術(shù)措施以滿足心理效率的優(yōu)化。

圖1照明過程與效率

表1無釆光窗潔凈區(qū)工作面上的低照度值

       照明節(jié)能的實施，實際上是通過高效照明裝置節(jié)能 產(chǎn)品選用與建筑電氣優(yōu)化設(shè)計兩個重要環(huán)節(jié)來完成的。

       大型的電子廠房多為多層廠房，其主要建筑分隔為具有大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)、大跨度空間、無自然釆光的密閉生產(chǎn)區(qū)，多有不同等級的潔凈要求。在這種工作區(qū)域長時間工作,較低的照度容易使人情緒沮喪,降低勞動生產(chǎn)率。我國標準《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范》GB50073-2001中明確規(guī)定了無采光窗潔凈區(qū)工作面的照度值高于或等于表『要求值。無釆光窗潔凈區(qū)混合照明中的一般照明，其照度值應該按各視覺等級相應混合照度值的10%~15%確定,并高于或等于2001x。作業(yè)區(qū)內(nèi)一般照明的均勻度應大于或等于0.7,作業(yè)區(qū)域近臨近周圍的照明均勻度應大于或小于0.5。

       在筆者設(shè)計的一些廣東沿海的外資背景的電子廠房，由于生產(chǎn)線需連續(xù)24h運轉(zhuǎn)，且工人每班運轉(zhuǎn)超過8h以上，均會建議業(yè)主提高照度標準,潔凈區(qū)一般照度都達到或高于5001x,而一般的非潔凈生產(chǎn)區(qū)，照度也達到或高于3001X。因為高照度值是提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品成品率的必要條件，其經(jīng)濟意義十分顯著.然而,高照度值并不等同于高能耗，照明功率密度值(LPD)引入即為衡量各功能區(qū)域照明節(jié)能評價的指標，不同區(qū)域根據(jù)功能需求設(shè)計的照明功率密度值應滿足《建筑照明設(shè)計標準》GB 50034-2004中第6章表6丄7規(guī)定的工業(yè)建筑照明功率密度(LPD)最高限定指標值，該條文為強制性條文。而行之有效的措施首先就是選用高效照明裝置節(jié)能產(chǎn)品。熟悉高效照明產(chǎn)品要結(jié)合廠房照明質(zhì)量要求從以下幾個方面考慮。

2.1高效光源選擇

       熒光燈是工業(yè)電子廠房用量最大的氣體放電光源,是節(jié)能光源。T5和T8作光源的燈具在工業(yè)電子廠房里使用量最大，合理的區(qū)分和選用對節(jié)能和照明質(zhì)量控制尤為重要。

       稀土三基色熒光燈各方面技術(shù)指標均優(yōu)于傳統(tǒng)的鹵粉熒光燈，并滿足我國照明標準對室內(nèi)長時間工作場所RaN80的要求。光通量衰減及頻閃也較低頻啟動的直管鹵粉熒光燈有顯著提高。圖2為兩者光通量衰減的比較，體現(xiàn)了稀土三基色熒光燈的高能源效益。

       在合理選用T5和T8做節(jié)能光源時，應首先明確 T5和T8光源的最佳工作溫度，其差別會影響在不同燈具中的發(fā)光能力。在溫度為25Y和35Y時,T5和T8的表現(xiàn)差別在于10%光通量輸出比率，如圖3由所示。

圖2英光燈光通■衰減比較

(配鎮(zhèn)流器，毎3h啟動一次）

圖3不同溫度下T8和TS的光通■(%)

       因此,在設(shè)計當中要考慮到燈具的熱輻射及所設(shè)置的場所的環(huán)境溫度對光源的影響。在封閉燈具里的光源的溫度較高,T5光源的效率可能會高于T8光源；在開放式的燈具或恒定的室內(nèi)環(huán)境溫度下會使T8光源的效率高于T5光源。例如潔凈車間，空調(diào)系統(tǒng)保持室內(nèi)溫度恒定約為23±2弋,在這個溫度下,T8 光源的光效接近最佳光效。另外,T5光源系列表面亮 度要高于T8光源，在選擇使用T5光源作為宜接照明，需更加注意燈具形式及懸掛高度，不然會更容易引起眩光。如敞開式直接型的T5燈具,懸掛高度最好 高于或等于3m。

       色溫與照度也有一定關(guān)系,低色溫的暖光在低照度下容易被人接受，高色溫下的冷光在較高的照度水平更受人歡迎。目前，市場的光源基本分為三檔 <33OOK、33OO~53OOK、>53OOK.其中。4000-5000K為晴朗天氣上午9點至10點、下午3時至4時的自然光色，給人一種清爽愉悅、自然亮麗的光環(huán)境。釆用 4000-5000K色溫的三基色熒光燈更適宜人們長期在 燈光下工作，有益于提高工作效率。

       顯色指數(shù)與光源性能有著密切的關(guān)系，顯色性好的光源相比于顯色性差的，在同樣的條件下,可以有較低的照度。這并非表示顯色性可以替代一部分照度,而是人在感覺上要清晰一些，因而也可以達到節(jié)能效果?！督ㄖ彰髟O(shè)計標準>GB 50034-2004中4.4.2條中規(guī)定長期工作的場所光源顯色指數(shù)(Ra)應大于或等于80,筆者査閱過一些燈具廠家的技術(shù)樣 本,RaN80的光源中，有部分產(chǎn)品系列有80.83,85 的區(qū)分，如TL-D 58W,設(shè)計時應注意區(qū)分。室內(nèi)照明 光源的顯色性可按表2的的規(guī)定選取

表2光源的顯色性分組

       鎮(zhèn)流器選用對于照明設(shè)計也極為重要。規(guī)范規(guī)定直管熒光燈應采用電子鎮(zhèn)流器(相當于歐標的A2和A3級產(chǎn)品)或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器(相當于歐標的B1和B2級產(chǎn)品)，如表3所示。

       由此可知,采用電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動熒光管,實際熒光管自身功率也低于額定值，如36WT8在高頻時實 際功率為32W,并且電子鎮(zhèn)流器自身功耗也低。因此,總體光效提升約10%。

表3歐盟CELMA組織關(guān)于T8熒光燈鎮(zhèn)流器能效等級的劃分

2.2高效光源附件選擇

       燈具的效率說明燈具對光源光通量的利用程度,其效率總是小于1.燈具的效率在滿足使用要求的前提下，越高越好,并不應低于表4何中規(guī)定的值。電子廠房應結(jié)合電子廠房工藝布置及空間布局的合理選用燈具。在有潔凈要求的區(qū)域，應選用光輸出率高的。

表4燈具的效率

2.3高效率節(jié)能燈具選擇

       燈具的效率說明燈具對光源光通量的利用程度, 其效率總是小于1。燈具的效率在滿足使用要求的前提下，越高越好,并不應低于表4何中規(guī)定的值。電子廠房應結(jié)合電子廠房工藝布置及空間布局的合理選用燈具。在有潔凈要求的區(qū)域，應選用光輸出率高的透明保護罩，并采用吸頂安裝,其安裝維護方便性及發(fā)光效率均優(yōu)于嵌入式安裝。在無潔凈度及其它特殊 要求的場所,優(yōu)先選用敞開式燈具，并在滿足眩光限制和配光要求的條件下,會采用高燈低掛方式以使工作面在同等功耗下獲得更多照度。另外，燈體材料的選用也會影響燈具的效率，如反射率高的材質(zhì)可以相對提高燈具的整體光學特性;變質(zhì)速度慢,低污染的材質(zhì)可以相對減少光能衰減率。

       燈具的選用同時還應達到與使用環(huán)境相協(xié)調(diào)一致的目的，如凈化等級比較高的潔凈區(qū)燈具安裝又會受到FFU(風機過濾器單元)數(shù)量和位置等條件的限制，這就意味著達到同等照度值的條件下，安裝燈具 數(shù)量要少，這樣就應選用單體光通量大的燈具。燈具的布置宜采用帶狀照明,其優(yōu)點在于發(fā)光體不再是分散的點光源或線光源，而是擴散的發(fā)光帶，因此照明 燈具能在保持發(fā)光表面亮度比較低的條件下使得室內(nèi)得到必要的照明，并很好地提高照明的均勻度，有利于節(jié)能。

       當選用嵌入式燈具時，在條件允許的情況下宜采用照明與空調(diào)一體化燈具，減少空調(diào)制冷能耗并降低燈具表面的溫度,使燈具整體接近最佳工作溫度以達到節(jié)能的目的。

3.1合理照明方式

       應優(yōu)先采用混合照明的方式,根據(jù)工藝布置及 環(huán)境視覺要求用局部照明來提高作業(yè)面的照度,以節(jié)約能源。

       備用照明應滿足所需場所或局部進行各項活動和工作需要的低照度值。一般場所備用照明的照度應高于或等于正常照明照度標準的10%,控制室、變配電室等重要場所備用照明的照度應高于或等于正常照明的照度值,為減少燈具重復設(shè)置，節(jié)約投資,備用照明應作為正常照明的一部分。

       檢修照明是用來維護潔凈區(qū)吊頂以上凈化設(shè)備的照明，應根據(jù)檢修通道的形式來合理布置以節(jié)約投資，并應考慮以后的維修與維護。

3.2照明配電

       供電電源的質(zhì)量會影響照明電器的性能。照明電器的端電壓不宜1高蛔氐測電壓H高會縮短光源壽飢電壓低于額定值^會側(cè)通量下降，其影響見表5

       如釆用熒光燈，端電壓為額定電壓的90%,則熒光燈的實際光通量僅為原光通量的85%;而當燈具端電壓為額定電壓的110%時,實際壽命將縮短為原值 的80%。因而，正常照明電源在設(shè)計中盡力做到不與沖擊性電力負荷及工藝負荷合用變壓器,以有效地控制照明電器的端電壓波珈并應對照明負荷進行專項計量;照明配電系統(tǒng)接地型式應與建筑物供電系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，一般釆用TN-S；三相配電干線的各項負荷宜分配平衡，最大相負荷不宜超過三相負荷平均值的 105%,最小相大于或等于平均值的95%。

       在特殊情況下，如應急照明和用安全特低電壓供 電的照明及安裝空間高、維護麻煩的燈具，可適當降低端電壓以延長光源壽命。照明配電分支線應采用銅芯，分支線截面應大于 或等于1.5mm2,以降低線路電能損耗。

表5電壓在90%-110%額定電壓范圍內(nèi)對光通■與平均壽命的影響        

4.1概述

       ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

4.2應用場所

       適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設(shè)掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設(shè)的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

       優(yōu)秀的照明節(jié)能設(shè)計方案是高效節(jié)能產(chǎn)品和優(yōu) 秀設(shè)計方案的結(jié)合。隨著科技的進步,照明產(chǎn)品本身 在節(jié)能性能上的飛速發(fā)展，更加要求設(shè)計人員需緊跟 科技的步伐,正確地掌握節(jié)能技術(shù)，以及借助不斷完 善的輔助設(shè)計軟件，配合建筑的功能及生產(chǎn)需求設(shè)計 出更經(jīng)濟合理的照明節(jié)能系統(tǒng)，不斷提高人們生產(chǎn)、 生活的光環(huán)境。

[1]北京照明學會照明設(shè)計專業(yè)委員會編，照明設(shè)計 手冊(第二版).

[2]建筑照明設(shè)計標準XGB50034-2004) 5《潔凈廠房設(shè)計規(guī)范XGB50073-2001).

[3]王玉琻. 工業(yè)電子廠房照明節(jié)能設(shè)計措施.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊2022.05版.