照明系统的节能改造
一，引言
据统计，大多数企、事业单位的照明用电约占总电力需求的30％，故除了空调系统外，照明系统的能耗和费用最大。不过，照明系统通过有效控制改造，这项耗费可大大削减。大凡实施过照明控制改造的单位和机构普遍都能体验到照明控制导致的节能可超过30%，大厦等建筑物的运营成本起码可减少10%或更多的好处。为此，本文拟根据美国国家电气制造商协会 (NEMA：National Electrical Manufacturers Association)的一份调查报告，就照明系统节能改造的相关问题作简要介绍和讨论。
二，NEMA的调查报告
据美国能源部称，全美500万幢商业、公共事业和工业建筑，大约超过75%均建于现有可用高效节能技术问世之前，设备用电量接近 900 亿千瓦小时 (kWh)。典型办公大楼中的照明 能耗已占到能耗总量的30% — 成为可控能耗最大的单项，每年用电开支高达1150亿美元，对那些一直都在寻找有助于提高楼宇能效同时节省成本办法的设备管理人员和行政主管来说,无疑是个惊人数字。针对这种现状，代表美国电气设备生产商先导的美国国家电气制造商协会(NEMA)与今日设备管理师(TFM：Today’s Facility Manager)杂志联合发起一次TFM读者之间有关照明设备及使用情况的调查。184位设备管理师参加了调查，他们管理的设备遍及各个行业，如图1。参与调查行业排名的前四位商业(26.4%)，制造业(19.7%)，教育(15.7%)和医疗卫生(11.2%)。政府,零售业,法律,金融和宗教场所的设备管理师也做了回答。
图1 不同行业照明设备耗能的变化比例
过去三年内，调查对象超过半数(52.2%)已对照明设备或照明控制设备进行了升级；41%打算在未来的12个月中进行升级；21.9%考虑在今后三年内升级。成本费用是那些不准备升级考虑的最主要原因，有些还列举了建筑物未满10年等理由, 而其余的都在升级过程中。
一项由对象自主分级的问卷向被调查者询问照明升级工程最主要的原因，等级可分7个，第1级最重要，第7级最不重要。约超过2/3的被调查者(78.2%)将“节约能源和成本”作为最重要的第1级，13.3%将其列为第2级；47.1%被调查者将“维修成本更低”作为第1或第2级。26.5%被调查者将“亮度提升”作为第1或第2级；22.7% 将“环境可持续性”作为第1或第2级；而将“用户满意”作为第1或第2级的稍低，为18.5%。反之，仅4.2%将“公司形象”和5.7%将“产品标准化”作为第1或第2级，实际上就是照明升级最不重要的原因了。
正因为当前大多数商业办公大楼照明能耗已占到总能耗的30％，所以必须进行照明设备和照明控制设备升级以使能在不到两年时间内提供最好和最快的投资回报（ROI ：return on investment）。不过，作为设备管理师应从何处着手进行照明升级呢? 首先,应该对现有的照明系统做出评估。一份由能源服务公司或照明管理公司审核的照明总能耗可以找出潜在的节能方法。但是，照明光源能效等级的改进远远不够。
当问及被调查者他们设施中现在安装的灯源类型时，结果是69.7%为日光灯，18%为小型荧光灯,5.6%选金属卤素灯, 3.4%为白炽灯或卤素灯, 而高压钠灯为2.8% 。
70.8%被调查者普遍采用T8日光灯，是T12(18.5%)的四倍。其中53%只使用电子镇流器，27.5%是主要使用电子镇流器. 与此同时，5.1％的受访者回答他们使用的是电感镇流器，而大多数灯具都采用电感镇流器的有11.8%.。现在，T8灯管和电子镇流器的效率远比过去高，故能比老T8系统节约额外电能。对采用电感镇流器和T12灯管的设施言，通过将T12改为高效的T8和T5荧光灯管系统其节能和运行成本削减的机遇最大。
在成本优先的前提之下，设备管理员甚至可以考虑各种不同选择以减少照明能源的使用和成本。负荷释放（Load shedding），需求相响应程序组成之一，即一种选择。但46.1%的被调查者并未将其当成一种选择加以考虑，而且接近1/4根本不知道何为负荷释放 (如图2)。
图2 负荷释放策略的现状
用电高峰时实施负荷释放，设备从电厂取得电力的需求可暂时减少；用电高峰过后，需求恢复正常，电厂则会向每天和每年高峰时段用电量大的客户收取额外费用。显然，通过负荷释放有利于照明系统的节能和运行成本的减少。
安装负荷释放设备相当简单，照明控制面板只要装上指令注入器，并在面板输入线的边上安装分芯的指令耦合器，将现有的萤光灯镇流器换成T8灯管内置的高效镇流器，灯管全改用T8灯管，然后给指令注入器安上可用控制面板手动，也由楼宇自动化系统或基于局域实用程序的安全互联网驱动连接驱动的交流继电器激活的开关就行。
空间无人使用时，通过楼宇自动化系统或照明自动控制关闭照明是设备管理师管理照明的另一种方法。调查中，75.3%的调查对象表示他们控制照明成本的主要方法为定时表单（48.9%）和占用传感（26.4%）。
需要使用照明设备时，由使用者自己手动打开，不再使用时自动关闭，也许是将来会被采用的一种提高能效的控制策略。为此，有些制造商正在研发一种与手动控制完全集成一体，需要时也可网络化运用的占用和日光传感器，这对促进相关节能法规和设计的实施以及便于安装、操作非常有利。有些调查对象预计未来的趋势是照明控制系统会将照明、空调和其他电器产品整合成单一的，集成了诸如附属计量、负荷释放和指令控制等全部功能的系统，从而使得整栋建筑的效率最大化，运行最节省，投资回报最快。尽管如此，照明设备的简单升级（包括高效节能灯，镇流器和控制装置）和保留易于管理的项目一样能产生十分吸引人的回报。图3所示为主要控制策略在实际应用中被采用比例。
图3 主要控制策略的采用比例
关于照明升级投资回报的时间，38.8%被调查者认为应少于三年，33.1 % 建议两年最好。在决定提供应否进行照明升级预算时，这确是一个重要因素。当然，有许多渠道可以向设备管理师提供需要的预算，如第三方融资。但60.1％的被调查对象表示他们不会考虑，也许经济上的优惠政策对设备管理师更具吸引力。为此，政府公共事业机构都设有节能回馈奖励，美国至少80％的州有照明设备效率激励机制。遗憾的是约超过一半的被调查者不了解有关政策，或者认为公共事业单位不会给照明系统升级以经济上的资助。不过，调查也显示了解上述政策的人中有74％表示会考虑利用这些有利的国家补助。
除了照明升级相关的项目评估、设计、审计、实施、管理和投资回报外，为达到新的节能水平，调查还涉及设备管理师对先进照明光源、设备和控制等专业知识的了解。如使用寿命比白炽灯长35倍，能耗少75%的 LED改善照明系统将是照明节能发展的新方向。
NEMA的调查最后借EYE Lighting首席运营官兼总裁Keith T.S. Ward之口说：无论选择哪种照明系统的节能改造方法，现在都是行动的时候！
三，一点感想
随着人们生活质量的提高，照明与人类活动的关系日益密切，照明节能的重要性也越趋凸现。NEMA的调查报告为选择照明节能改造方案提供的信息很有借鉴意义。面对全球能源紧张和经济风暴，现在确是行动的时候，因为我们做的一切必将对社会历史产生影响！