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淺談照明節能在工業電子廠房的設計與研究

 更新日期:2022-12-28 點擊量:111
王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
 
 
摘要:文章從電子行業建筑布局及生產特點出發,結合筆者多年對大型電子廠房照明設計的經驗,從高效節能產品和優化照明系統兩方面探討工業電子廠房照明節能設計技術措施。
關鍵詞: 照明節能裝置 光源 萸光燈 鎮流器 燈具 照明方式 配電
0概述
       在工業領域,照明對企業的發展間接起到十分重要的作用。合理的照明設計與提高工廠生產率息息相關,提高照明質量可以降低潛在生產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,而工業照明又占了相當大的比重。提高工業照明能效, 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用電的支出成本。 因此,工業照明設計不僅要滿足工業照明質屋的需求洞時還要能夠有效地實施節能措施。
1照明節能設計特點
       照明節能是一項系統工程,要從提高整個照明系統的效率來考慮。從照明光源發出光,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形式來反映。在工業領域以照明提高生產效率、提高安全度和増加工作環境的舒適度為目的,而要實現照明節能的目的,必須從組成物理過程的各個因素加以著手,提出具體的節能技術措施以滿足心理效率的優化。
圖1照明過程與效率
表1無釆光窗潔凈區工作面上的低照度值
       照明節能的實施,實際上是通過高效照明裝置節能 產品選用與建筑電氣優化設計兩個重要環節來完成的。
2高效照明裝置節能產品選用
       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結構、大跨度空間、無自然釆光的密閉生產區,多有不同等級的潔凈要求。在這種工作區域長時間工作,較低的照度容易使人情緒沮喪,降低勞動生產率。我國標準《潔凈廠房設計規范》GB50073-2001中明確規定了無采光窗潔凈區工作面的照度值高于或等于表『要求值。無釆光窗潔凈區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。作業區內一般照明的均勻度應大于或等于0.7,作業區域近臨近周圍的照明均勻度應大于或小于0.5。
       在筆者設計的一些廣東沿海的外資背景的電子廠房,由于生產線需連續24h運轉,且工人每班運轉超過8h以上,均會建議業主提高照度標準,潔凈區一般照度都達到或高于5001x,而一般的非潔凈生產區,照度也達到或高于3001X。因為高照度值是提高生產效率和產品成品率的必要條件,其經濟意義十分顯著.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域照明節能評價的指標,不同區域根據功能需求設計的照明功率密度值應滿足《建筑照明設計標準》GB 50034-2004中第6章表6丄7規定的工業建筑照明功率密度(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能產品。熟悉高效照明產品要結合廠房照明質量要求從以下幾個方面考慮。
2.1高效光源選擇
       熒光燈是工業電子廠房用量最大的氣體放電光源,是節能光源。T5和T8作光源的燈具在工業電子廠房里使用量最大,合理的區分和選用對節能和照明質量控制尤為重要。
       稀土三基色熒光燈各方面技術指標均優于傳統的鹵粉熒光燈,并滿足我國照明標準對室內長時間工作場所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光能力。在溫度為25Y和35Y時,T5和T8的表現差別在于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,在設計當中要考慮到燈具的熱輻射及所設置的場所的環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環境溫度下會使T8光源的效率高于T5光源。例如潔凈車間,空調系統保持室內溫度恒定約為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。
       顯色指數與光源性能有著密切的關系,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,因而也可以達到節能效果?!督ㄖ彰髟O計標準>GB 50034-2004中4.4.2條中規定長期工作的場所光源顯色指數(Ra)應大于或等于80,筆者査閱過一些燈具廠家的技術樣 本,RaN80的光源中,有部分產品系列有80.83,85 的區分,如TL-D 58W,設計時應注意區分。室內照明 光源的顯色性可按表2的的規定選取
表2光源的顯色性分組
       鎮流器選用對于照明設計也極為重要。規范規定直管熒光燈應采用電子鎮流器(相當于歐標的A2和A3級產品)或節能型電感鎮流器(相當于歐標的B1和B2級產品),如表3所示。
       由此可知,采用電子鎮流器驅動熒光管,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組織關于T8熒光燈鎮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何中規定的值。電子廠房應結合電子廠房工藝布置及空間布局的合理選用燈具。在有潔凈要求的區域,應選用光輸出率高的。
表4燈具的效率
2.3高效率節能燈具選擇
       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何中規定的值。電子廠房應結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光效率均優于嵌入式安裝。在無潔凈度及其它特殊 要求的場所,優先選用敞開式燈具,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,如反射率高的材質可以相對提高燈具的整體光學特性;變質速度慢,低污染的材質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境相協調一致的目的,如凈化等級比較高的潔凈區燈具安裝又會受到FFU(風機過濾器單元)數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,其優點在于發光體不再是分散的點光源或線光源,而是擴散的發光帶,因此照明 燈具能在保持發光表面亮度比較低的條件下使得室內得到必要的照明,并很好地提高照明的均勻度,有利于節能。
       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一體化燈具,減少空調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能的目的。
3建筑電氣優化設計
3.1合理照明方式
       應優先采用混合照明的方式,根據工藝布置及 環境視覺要求用局部照明來提高作業面的照度,以節約能源。
       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,為減少燈具重復設置,節約投資,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吊頂以上凈化設備的照明,應根據檢修通道的形式來合理布置以節約投資,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;照明配電系統接地型式應與建筑物供電系統統一考慮,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%額定電壓范圍內對光通■與平均壽命的影響        
4安科瑞智能照明控制系統
4.1概述
       ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術,技術成熟可靠,安全穩定。開關驅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企業微電網管理云平臺進行數據交換。
4.2應用場所
       適合于各類智能小區、醫院、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系統結構
5系統功能
1)實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態,反饋現場受控回路的開關狀態,監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。
2)當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警,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開關控制;每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關,也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。
4)開關驅動器支持過零觸發功能,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掉電狀態,當照明電源掉電時,開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態;確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。
6)拖動調光控件,照明設備從0%到100%進行調光,可以對單個照明回路實現調光控制,調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制,也可以對多個照明回路實現調光控制,通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。
7)點擊場景控件,打開或者關閉對應場景設置,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是打開還是關閉。
8)設置定時時間,確認時間點后,對該事件點執行的動作進行設置,設置燈在設定的時間點亮或者滅。
9)系統可以通過預設的當地經緯度信息,自動計算每天的日升日落時間;根據天文時鐘控制照明開關,實現日落開燈、日出關燈的功能。
10)所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊;當上位機系統故障或模塊離線時,驅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行,不影響日常的照明控制效果。
11)系統結構是分布式總線結構;系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作;系統內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。
12)預留BA或第三方集成平臺接口,采用modbus、opc等方式。
6設備選型
7結束語
       優秀的照明節能設計方案是高效節能產品和優 秀設計方案的結合。隨著科技的進步,照明產品本身 在節能性能上的飛速發展,更加要求設計人員需緊跟 科技的步伐,正確地掌握節能技術,以及借助不斷完 善的輔助設計軟件,配合建筑的功能及生產需求設計 出更經濟合理的照明節能系統,不斷提高人們生產、 生活的光環境。
參考文獻
[1]北京照明學會照明設計專業委員會編,照明設計 手冊(第二版).
[2]建筑照明設計標準XGB50034-2004) 5《潔凈廠房設計規范XGB50073-2001).
[3]王玉琻. 工業電子廠房照明節能設計措施.
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.


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