照明系統(tǒng)的節(jié)能改造
一，引言
據(jù)統(tǒng)計(jì)，大多數(shù)企、事業(yè)單位的照明用電約占總電力需求的30％，故除了空調(diào)系統(tǒng)外，照明系統(tǒng)的能耗和費(fèi)用最大。不過(guò)，照明系統(tǒng)通過(guò)有效控制改造，這項(xiàng)耗費(fèi)可大大削減。大凡實(shí)施過(guò)照明控制改造的單位和機(jī)構(gòu)普遍都能體驗(yàn)到照明控制導(dǎo)致的節(jié)能可超過(guò)30%，大廈等建筑物的運(yùn)營(yíng)成本起碼可減少10%或更多的好處。為此，本文擬根據(jù)美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA：National Electrical Manufacturers Association)的一份調(diào)查報(bào)告，就照明系統(tǒng)節(jié)能改造的相關(guān)問(wèn)題作簡(jiǎn)要介紹和討論。
二，NEMA的調(diào)查報(bào)告
據(jù)美國(guó)能源部稱，全美500萬(wàn)幢商業(yè)、公共事業(yè)和工業(yè)建筑，大約超過(guò)75%均建于現(xiàn)有可用高效節(jié)能技術(shù)問(wèn)世之前，設(shè)備用電量接近 900 億千瓦小時(shí) (kWh)。典型辦公大樓中的照明 能耗已占到能耗總量的30% — 成為可控能耗最大的單項(xiàng)，每年用電開支高達(dá)1150億美元，對(duì)那些一直都在尋找有助于提高樓宇能效同時(shí)節(jié)省成本辦法的設(shè)備管理人員和行政主管來(lái)說(shuō),無(wú)疑是個(gè)驚人數(shù)字。針對(duì)這種現(xiàn)狀，代表美國(guó)電氣設(shè)備生產(chǎn)商先導(dǎo)的美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)與今日設(shè)備管理師(TFM：Today’s Facility Manager)雜志聯(lián)合發(fā)起一次TFM讀者之間有關(guān)照明設(shè)備及使用情況的調(diào)查。184位設(shè)備管理師參加了調(diào)查，他們管理的設(shè)備遍及各個(gè)行業(yè)，如圖1。參與調(diào)查行業(yè)排名的前四位商業(yè)(26.4%)，制造業(yè)(19.7%)，教育(15.7%)和醫(yī)療衛(wèi)生(11.2%)。政府,零售業(yè),法律,金融和宗教場(chǎng)所的設(shè)備管理師也做了回答。
?圖1? 不同行業(yè)照明設(shè)備耗能的變化比例
過(guò)去三年內(nèi)，調(diào)查對(duì)象超過(guò)半數(shù)(52.2%)已對(duì)照明設(shè)備或照明控制設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)；41%打算在未來(lái)的12個(gè)月中進(jìn)行升級(jí)；21.9%考慮在今后三年內(nèi)升級(jí)。成本費(fèi)用是那些不準(zhǔn)備升級(jí)考慮的最主要原因，有些還列舉了建筑物未滿10年等理由, 而其余的都在升級(jí)過(guò)程中。
一項(xiàng)由對(duì)象自主分級(jí)的問(wèn)卷向被調(diào)查者詢問(wèn)照明升級(jí)工程最主要的原因，等級(jí)可分7個(gè)，第1級(jí)最重要，第7級(jí)最不重要。約超過(guò)2/3的被調(diào)查者(78.2%)將“節(jié)約能源和成本”作為最重要的第1級(jí)，13.3%將其列為第2級(jí)；47.1%被調(diào)查者將“維修成本更低”作為第1或第2級(jí)。26.5%被調(diào)查者將“亮度提升”作為第1或第2級(jí)；22.7% 將“環(huán)境可持續(xù)性”作為第1或第2級(jí)；而將“用戶滿意”作為第1或第2級(jí)的稍低，為18.5%。反之，僅4.2%將“公司形象”和5.7%將“產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化”作為第1或第2級(jí)，實(shí)際上就是照明升級(jí)最不重要的原因了。
正因?yàn)楫?dāng)前大多數(shù)商業(yè)辦公大樓照明能耗已占到總能耗的30％，所以必須進(jìn)行照明設(shè)備和照明控制設(shè)備升級(jí)以使能在不到兩年時(shí)間內(nèi)提供最好和最快的投資回報(bào)（ROI ：return on investment）。不過(guò)，作為設(shè)備管理師應(yīng)從何處著手進(jìn)行照明升級(jí)呢? 首先,應(yīng)該對(duì)現(xiàn)有的照明系統(tǒng)做出評(píng)估。一份由能源服務(wù)公司或照明管理公司審核的照明總能耗可以找出潛在的節(jié)能方法。但是，照明光源能效等級(jí)的改進(jìn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
當(dāng)問(wèn)及被調(diào)查者他們?cè)O(shè)施中現(xiàn)在安裝的燈源類型時(shí)，結(jié)果是69.7%為日光燈，18%為小型熒光燈,5.6%選金屬鹵素?zé)? 3.4%為白熾燈或鹵素?zé)? 而高壓鈉燈為2.8% 。
70.8%被調(diào)查者普遍采用T8日光燈，是T12(18.5%)的四倍。其中53%只使用電子鎮(zhèn)流器，27.5%是主要使用電子鎮(zhèn)流器. 與此同時(shí)，5.1％的受訪者回答他們使用的是電感鎮(zhèn)流器，而大多數(shù)燈具都采用電感鎮(zhèn)流器的有11.8%.?，F(xiàn)在，T8燈管和電子鎮(zhèn)流器的效率遠(yuǎn)比過(guò)去高，故能比老T8系統(tǒng)節(jié)約額外電能。對(duì)采用電感鎮(zhèn)流器和T12燈管的設(shè)施言，通過(guò)將T12改為高效的T8和T5熒光燈管系統(tǒng)其節(jié)能和運(yùn)行成本削減的機(jī)遇最大。
在成本優(yōu)先的前提之下，設(shè)備管理員甚至可以考慮各種不同選擇以減少照明能源的使用和成本。負(fù)荷釋放（Load shedding），需求相響應(yīng)程序組成之一，即一種選擇。但46.1%的被調(diào)查者并未將其當(dāng)成一種選擇加以考慮，而且接近1/4根本不知道何為負(fù)荷釋放 (如圖2)。
圖2? 負(fù)荷釋放策略的現(xiàn)狀
用電高峰時(shí)實(shí)施負(fù)荷釋放，設(shè)備從電廠取得電力的需求可暫時(shí)減少；用電高峰過(guò)后，需求恢復(fù)正常，電廠則會(huì)向每天和每年高峰時(shí)段用電量大的客戶收取額外費(fèi)用。顯然，通過(guò)負(fù)荷釋放有利于照明系統(tǒng)的節(jié)能和運(yùn)行成本的減少。
安裝負(fù)荷釋放設(shè)備相當(dāng)簡(jiǎn)單，照明控制面板只要裝上指令注入器，并在面板輸入線的邊上安裝分芯的指令耦合器，將現(xiàn)有的螢光燈鎮(zhèn)流器換成T8燈管內(nèi)置的高效鎮(zhèn)流器，燈管全改用T8燈管，然后給指令注入器安上可用控制面板手動(dòng)，也由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)或基于局域?qū)嵱贸绦虻陌踩ヂ?lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)連接驅(qū)動(dòng)的交流繼電器激活的開關(guān)就行。
空間無(wú)人使用時(shí)，通過(guò)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)或照明自動(dòng)控制關(guān)閉照明是設(shè)備管理師管理照明的另一種方法。調(diào)查中，75.3%的調(diào)查對(duì)象表示他們控制照明成本的主要方法為定時(shí)表單（48.9%）和占用傳感（26.4%）。
需要使用照明設(shè)備時(shí)，由使用者自己手動(dòng)打開，不再使用時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，也許是將來(lái)會(huì)被采用的一種提高能效的控制策略。為此，有些制造商正在研發(fā)一種與手動(dòng)控制完全集成一體，需要時(shí)也可網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)用的占用和日光傳感器，這對(duì)促進(jìn)相關(guān)節(jié)能法規(guī)和設(shè)計(jì)的實(shí)施以及便于安裝、操作非常有利。有些調(diào)查對(duì)象預(yù)計(jì)未來(lái)的趨勢(shì)是照明控制系統(tǒng)會(huì)將照明、空調(diào)和其他電器產(chǎn)品整合成單一的，集成了諸如附屬計(jì)量、負(fù)荷釋放和指令控制等全部功能的系統(tǒng)，從而使得整棟建筑的效率最大化，運(yùn)行最節(jié)省，投資回報(bào)最快。盡管如此，照明設(shè)備的簡(jiǎn)單升級(jí)（包括高效節(jié)能燈，鎮(zhèn)流器和控制裝置）和保留易于管理的項(xiàng)目一樣能產(chǎn)生十分吸引人的回報(bào)。圖3所示為主要控制策略在實(shí)際應(yīng)用中被采用比例。
圖3? 主要控制策略的采用比例
關(guān)于照明升級(jí)投資回報(bào)的時(shí)間，38.8%被調(diào)查者認(rèn)為應(yīng)少于三年，33.1 % 建議兩年最好。在決定提供應(yīng)否進(jìn)行照明升級(jí)預(yù)算時(shí)，這確是一個(gè)重要因素。當(dāng)然，有許多渠道可以向設(shè)備管理師提供需要的預(yù)算，如第三方融資。但60.1％的被調(diào)查對(duì)象表示他們不會(huì)考慮，也許經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)惠政策對(duì)設(shè)備管理師更具吸引力。為此，政府公共事業(yè)機(jī)構(gòu)都設(shè)有節(jié)能回饋獎(jiǎng)勵(lì)，美國(guó)至少80％的州有照明設(shè)備效率激勵(lì)機(jī)制。遺憾的是約超過(guò)一半的被調(diào)查者不了解有關(guān)政策，或者認(rèn)為公共事業(yè)單位不會(huì)給照明系統(tǒng)升級(jí)以經(jīng)濟(jì)上的資助。不過(guò)，調(diào)查也顯示了解上述政策的人中有74％表示會(huì)考慮利用這些有利的國(guó)家補(bǔ)助。
除了照明升級(jí)相關(guān)的項(xiàng)目評(píng)估、設(shè)計(jì)、審計(jì)、實(shí)施、管理和投資回報(bào)外，為達(dá)到新的節(jié)能水平，調(diào)查還涉及設(shè)備管理師對(duì)先進(jìn)照明光源、設(shè)備和控制等專業(yè)知識(shí)的了解。如使用壽命比白熾燈長(zhǎng)35倍，能耗少75%的 LED改善照明系統(tǒng)將是照明節(jié)能發(fā)展的新方向。
NEMA的調(diào)查最后借EYE Lighting首席運(yùn)營(yíng)官兼總裁Keith T.S. Ward之口說(shuō)：無(wú)論選擇哪種照明系統(tǒng)的節(jié)能改造方法，現(xiàn)在都是行動(dòng)的時(shí)候！
三，一點(diǎn)感想
隨著人們生活質(zhì)量的提高，照明與人類活動(dòng)的關(guān)系日益密切，照明節(jié)能的重要性也越趨凸現(xiàn)。NEMA的調(diào)查報(bào)告為選擇照明節(jié)能改造方案提供的信息很有借鑒意義。面對(duì)全球能源緊張和經(jīng)濟(jì)風(fēng)暴，現(xiàn)在確是行動(dòng)的時(shí)候，因?yàn)槲覀冏龅囊磺斜貙?duì)社會(huì)歷史產(chǎn)生影響！