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摘要:隨著社會經(jīng)濟與工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對于能源的需求越來越大，必須采取有效措施提高能源利用率。建筑電氣照明占據(jù)居民日常生活中能源消耗的相當一部分，因此十分有必要對建筑電氣照明節(jié)能技術進行深入研究。本文從建筑電氣照明節(jié)能意義展開研究，提出建筑電氣照明節(jié)能的設計原則和一種基于軟件的節(jié)能控制方法。經(jīng)過試驗驗證，本文所提出的方法，控制精度高，響應波動小，動態(tài)性能好，對于建筑電氣照明節(jié)能效果顯著，具備大規(guī)模推廣應用的價值。

關鍵詞:建筑電氣;節(jié)能;控制系統(tǒng)

0引言

我國地大物博，人口眾多，能源種類十分豐富，面臨著能源短缺問題，因此節(jié)能減排已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略［1－2］。建筑電氣照明的能源消耗占據(jù)廣大群眾日常工作和生活中能源消耗中的相當一部分，因此在保證照明質量的同時，也要對照明節(jié)能問題進行深入研究，對建筑電氣的照明方案進行優(yōu)化，實現(xiàn)能源的高效利用［3－4］。

1建筑電氣照明節(jié)能的意義

照明作為建筑的一項基本功能，是建筑物實現(xiàn)其他功能的基本前提，照明功能必須與其他功能相互配合，才能夠保證建筑物充分體現(xiàn)其作用。在建筑電氣設計中展開節(jié)能設計，落實建筑電氣照明節(jié)能方案，能夠保證需要長期連續(xù)照明建筑的能源得到有效節(jié)約，實現(xiàn)建筑投資成本回收周期的縮短［5］。

2建筑電氣照明節(jié)能設計原則

建筑電氣照明節(jié)能設計的核心思想是節(jié)能，其設計還需要遵循以下原則展開。1)綠色環(huán)保原則:必須要以提高能源的利用效率為核心目標，從環(huán)境保護和能源高效利用的角度出發(fā)，制定照明系統(tǒng)的設計方案，實現(xiàn)經(jīng)濟、自然、人類的和諧匹配［6］。在滿足居民日常工作、生活用電需求的同時，通過照明器材的選型和控制方式等手段，也要對照明系統(tǒng)的電能消耗進行合理的控制。在保證照明系統(tǒng)投資規(guī)模的前提下，得到較好的能源高效利用效果，并實現(xiàn)安全用電［7－8］。2)適用性原則:建筑電氣照明的設計在于滿足居民的照明需求，不能單純追求節(jié)能目標而忽略居民的照明體驗，這就需要照明系統(tǒng)設計師對建筑物的結構、電力負荷分布、照明要求等進行深入了解，以此為基礎展開照明系統(tǒng)的設計。要保證照明的時長、照明色度、照明均勻度、照明對比度的功能性指標［9］。3)經(jīng)濟性指標:照明系統(tǒng)的節(jié)能設計必須結合時間的經(jīng)濟效益來進行，不能為了單純地追求節(jié)能目標而進行高額投資，導致照明系統(tǒng)建設成本增加。照明系統(tǒng)設計師需要對整個照明系統(tǒng)進行綜合分析，科學合理選擇照明材料和照明設備，根據(jù)建筑物的實際結構，配置照明設備的數(shù)量和位置［10］。4)美觀性原則:在建筑電氣照明中，還需要考慮美觀性因素，在確保節(jié)能性和功能性的基礎上，進行美觀性設計，做到節(jié)能和美觀的平衡。照明系統(tǒng)設計師需要從全局考慮，兼顧多方面因素，結合實際情況完成建筑照明節(jié)能設計方案［11－12］。

3建筑電氣照明節(jié)能控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)硬件架構

建筑電氣照明節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件架構如圖1所示。1)光感單元:在建筑電氣照明節(jié)能控制系統(tǒng)的硬件中，光感單元是實現(xiàn)節(jié)能控制的一個重要部件，其主要功能是檢測建筑物內的人員活動情況，然后根據(jù)實際情況在變化的時間點上設置合理的照明強度。光感單元會設定一個照明時間，當照明時間計時完成前2s會重新檢測建筑物內的人員活動情況，如果檢測到人員活動，則繼續(xù)進行照明，反之則將照明關閉，從而實現(xiàn)建筑電氣照明的節(jié)能。光感單元采用的器件型號為UYHWJK-09，能夠實現(xiàn)遠達150m的有效光感檢測距離，配置為3+2路檢測通道(3路常用通道，2路備用通道)，能夠支持以太網(wǎng)(LAN)和串口(ＲS485和ＲS232)兩種通信方式，通信協(xié)議為TCP/IP。2)控制單元:完成照明的控制功能，負責處理光感單元上傳的建筑物內的人員活動情況，并進行相關數(shù)據(jù)處理，得到照明控制命令，最終通過脈沖單元輸出。為了保證控制單元的運用效果，采用EIB控制系統(tǒng)，控制單元主要包括數(shù)據(jù)總線、控制執(zhí)行器、其他零部件等，控制器采用靈敏度極高的材料，能夠對信號進行高精度辨識，控制執(zhí)行器采用繼電器輸出和NPN晶體管輸出兩種模式。3)驅動單元:驅動單元作為建筑電氣照明系統(tǒng)的重要組成，負責提供照明系統(tǒng)的動力驅動，同時也是建筑電氣照明系統(tǒng)中能量消耗最大的器件。在保證驅動單元功能的基礎上，最大限度降低驅動單元的能量損耗，合理選擇器件，選取電動機型號為HDI-027。4)脈沖單元:建筑電氣照明系統(tǒng)中的脈沖單元負責將采集到的數(shù)據(jù)按照特定的規(guī)則進行脈沖輸出，以實現(xiàn)對照明的有效控制，選用的脈沖單元型號為YU-09XI，其結構如圖2所示。

3.2光照強度分析

通常情況下，建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能措施是通過對光照度進行有效控制、合理配置相關運行設備的位置，同時對可再生能源進行高效利用。光照度控制是指控制電氣照明的光通量，所謂光通量是指亮度的輻射通量，用來評價人的視覺光感，通過各個執(zhí)行單元協(xié)同控制建筑物內的照明光通量，并根據(jù)相關傳感器返回的數(shù)值，實時計算光通量的實際數(shù)值，達到規(guī)定的光通量后，由控制單元發(fā)出指令，關閉照明或部分關閉照明，不滿足規(guī)定的光通量后，適當開啟照明，進行光通量的調節(jié)，從而降低建筑電氣照明系統(tǒng)的能量消耗。建筑電氣照明系統(tǒng)的能量來自發(fā)電站，為了降低能量的損耗，可以縮短變壓器與建筑的距離，減少能量在傳輸過程中的損失?？稍偕茉词墙ㄖ姎庹彰鞴?jié)能系統(tǒng)的研究熱點，將可再生能源進行合理轉化，以降低照明系統(tǒng)的能源消耗。建筑電氣照明系統(tǒng)在進行照明的過程中，需要明確照明的時間需求、空間需求，以便進行細化的照明能源消耗統(tǒng)計。建筑物中的空間分布與門、窗、臺階等都存在關聯(lián)關系，這就導致同樣的空間格局所需要的照明量存在差異，所以不能夠根據(jù)一種照明強度完成全部建筑的照明方案設計，必須對每一個建筑的照明強度進行單獨分析計算，才能夠保證照明效果的同時又達到能源消耗的降低。首先將建筑物進行虛擬化處理，形成一個三維的坐標系，其內部的墻體、門窗、陳設等都按照一定的規(guī)則進行轉化，數(shù)據(jù)都進行歸一化處理，具體的計算方法如下:式中，η為光通量;L1、L2、L3分別代表建筑內各個位置到光源的距離;λ為建筑內舉架高度與光源高度的比值;S為建筑內的面積。任何照明光源的光束都是呈現(xiàn)發(fā)散式照射的，所以在進行光照強度計算的時候，將建筑空間認作半球體，光源發(fā)出的光與折射光垂直時，光照強度最強，約束條件為:Q(φ)=m1+m2cos(φ)+m3cos2(φ)+m4cos3(φ)(2)式中，φ為光源發(fā)出的光與折射光之間的夾角;m1、m2、m3、m4分別為建筑物內各個角落的位置。

4試驗分析

在某建筑內對本文提出的方法進行驗證，與基于BIM建模的建筑電氣照明系統(tǒng)和基于KNA節(jié)能控制的建筑電氣照明系統(tǒng)進行對比。每次測試照明強度無法保證完全一致，每次測試時間周期為24h，當三種方法全部完成測試，得到能量損耗試驗結果如圖3所示。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，得到結論。在24h的測試周期內，基于BIM建模的建筑電氣照明系統(tǒng)的無效照明時間最長，本文所提出的建筑電氣照明節(jié)能系統(tǒng)的無效照明時間最短;在規(guī)定時間內基于KNA節(jié)能控制的建筑電氣照明系統(tǒng)能量消耗最小，基于BIM建模的建筑電氣照明系統(tǒng)能量消耗最大;三種建筑電氣照明控制中，基于KNA節(jié)能控制的建筑電氣照明系統(tǒng)穩(wěn)定性最差，本文所提出的建筑電氣照明節(jié)能系統(tǒng)穩(wěn)定性最佳。綜上分析可知，基于BIM建模的建筑電氣照明系統(tǒng)顯然不是建筑電氣照明系統(tǒng)的最佳選擇。當前情況下，我國對于建筑電氣照明系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求高于建筑電氣節(jié)能的要求。綜合多方面因素考慮，本文所提出的建筑電氣照明節(jié)能系統(tǒng)是建筑電氣照明控制系統(tǒng)的最佳選擇，兼顧多種影響因素，比本文所論述到的其他兩種方法都更實用。

5結束語

在進行建筑電氣照明節(jié)能設計時，需要根據(jù)建筑的實際特點，在建筑電氣照明系統(tǒng)中設計光感單元、控制單元、驅動單元、脈沖單元等，構成一套完整的建筑電氣照明節(jié)能控制系統(tǒng)，通過軟件方法采集建筑區(qū)域內的實際情況進行計算，并對建筑內的照明進行動態(tài)調節(jié)，實現(xiàn)降低能源消耗。經(jīng)過實際測試，對本文所提出的方法進行驗證，既能夠保證照明效果滿足要求，又能夠實現(xiàn)能源消耗的降低，具備大規(guī)模推廣應用的價值，兼顧經(jīng)濟效益和社會效益。

作者:毛科學 單位:婁底市施工圖審查服務有限公司