[摘要] 照明工程设计应考虑安全、适用、节能环保、经济和美观五方面的有机结合，指出安全是基本保证，节能、环保是当前的重要任务。文章分析了选择高效、优质光源、灯具和镇流器是节能的重要因素，灯具对安全的影响，以及镇流器对照明质量及配电线路的影响。

[关键词] 照明节能 光源 LED 灯具 防触电分类 镇流器

1 照明节能是照明设计的首要任务
评价照明工程设计的优劣，至少应考虑以下五个要素。
第一、安全：主要是防电击、防火安全。
第二、适用：满足使用要求，包括必要的照度水平和良好的照明质量，满意的视觉环境。
第三、节能、环保：提高照明系统能效，要求照明器材的环保性能良好，减少对环境的污染和干扰。
第四、经济：合理的初建费用和运行维护费用，良好的性价比。
第五、美观：特别是对于高等级公共建筑、景观照明更有重要的地位。
这五个要素，是一个系统的、完整的概念，缺一不可，必须有机结合。根据不同场所和条件，其着重点可以不同，但是安全是基本保证，适用是通常应满足的要求，节能、环保则是当今以至永久的重要方针。
当前，我们的照明工程设计的主要偏向是一部分项目忽视节能，特别是高档宾馆等公共建筑，在装饰设计中缺乏节能意识的问题比较突出，必须引起电气、照明设计师、建设单位、管理部门高度关注。
节能、环保是当今全球的重大任务，也是我国现代化建筑的基本国策。照明领域的节能是整个节能的一个组成部分，必须给予足够的重视。
2 推广应用高效光源取代低效光源是照明节能的关键因素
2.1 严格限制（乃至禁止）使用白炽灯，推广应用高效光源
(1) 具有129年历史的白炽灯，仍有很多优点，如显色性好，起点简单快捷，调光方便等，但由于其光效太低，完全不适应当前节能减排的方针，严格限制以至逐步淘汰白炽灯使用，是世界各国共同关注的任务，是必然趋势。如澳大利亚于2007年初确定在3年内逐步限制到禁止使用白炽灯；欧盟于2007年3月通过协议，要求3～5年逐步淘汰白炽灯，2008年10月欧盟成员国能源部长要求年底前制订计划，从2010年起禁止销售白炽灯等高耗能家用照明器材；美国在2007年底修订的能源法，确定于2012、2014年前分两批淘汰白炽灯；日、加等国都相应提出了类似的方针。
(2) 我国2004年颁布了《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）[1]，规定了严格限制的白炽灯应用及要求；多年来我国十分重视绿色照明，制订了实施计划；2007年财政部和发改委制订了《高效照明产品推广财政补贴资金管理办法》，确定在2008年到2010年三年中，每年推广5000万只高效光源替代白炽灯等低效光源，三年共1.5亿只，实施这个计划，预计可节能290×108 kWh，减排CO2达2900万吨；2008年春通过政府招标采购，确定13家企业提供高效光源，国家给予补贴（城乡居民按50%，大宗用户按30%补贴）。
(3) 当前，应用白炽灯（除特殊需要外）最多的是宾馆、农村和家庭等几类场所。常见的星级宾馆的客房、餐厅、大堂等，白炽灯使用过多，有的一套客房竞达20多只，安装功率达400～800W，足见缺乏节能观念之严重。
(4) 要减少以至逐步淘汰白炽灯，对农村、家庭，除宣传、教育外，主要靠政策性措施；对宾馆，则应对照明工程设计师、装饰设计师、宾馆建设者和管理者进行必要的宣传、培训，增强节能环保意识，提高照明技术水平。有人说，高级宾馆照明要用白炽灯，才能营造舒适的光环境，有一位知名的室内设计师说，需要冷色光场所，应采用荧光灯，需要暖色光的，则应采用白炽灯。这种说法，显然缺乏照明节能意识，也不了解光源特性。当今有多种高效光源，如三基色荧光灯，陶瓷金卤灯和LED灯等，完全可以满足宾馆等建筑照明的各项要求，包括显色性、暖色温、调光以及装饰性等，能营造满意的视觉环境，应把这些要求和高效、节能有机统一。
2.2 限制荧光高压汞灯应用，推广更高效的金属卤化物灯和高压钠灯
(1) 荧光高压汞灯（简称汞灯）和金属卤化物灯（简称金卤灯）相比，其光效低，显色性不好，不利于照明节能和照明质量，所以国标GB50034-2004[1]规定不宜采用汞灯，特别是不应使用光效更低的自镇流汞灯。但是由于汞灯价格较低，至今仍有很多城市的支路、小道，工厂区及居住区道路，以及老企业的车间等场所，仍有不少使用，不仅不利节能和照明质量，也提高了运行费用。其节能改造仍是一个很艰巨的任务，需要帮助使用部门提高节能意识和科学合理的技术经济分析。
(2) 在高大建筑及工业厂房和道路照明，应推广使用金卤灯和高压钠灯。有显色要求的选用金卤灯；显色要求高的应选用陶瓷金卤灯，其光效也更高；对没有显色要求的场所，以及道路照明，可用光效更高的高压钠灯。
2.3 积极推广和合理应用荧光灯
(1) 荧光灯以其高光效及各种优异性能，在公共建筑、居住建筑以及较低的工业场所获得广泛应用。当今，最高效的稀土三基色直管荧光灯光效已达100～105 lm/W，计入镇流器功耗在内的系统光效也能达到90～100 lm/W，显色指数（Ra）达80～85，有各种色温（2700～8000K）可满足不同需要。
(2) 荧光灯的类型及发展
a 管径变细：过去的直管灯多是T12（管径约38mm），上世纪70年代末研制出T8（管径26mm），90年代又研制出T5（管径16mm），其光效提高约10%，耗材更少，更符合节能、环保要求。
b 使用稀土三基色荧光粉，逐步取代卤磷酸钙荧光粉。
c 从灯管形状，除直管（双端）外，有紧凑型（CFL）、环形等，紧凑型包括自镇流和单端荧光灯。
d 新的发展还有高频电磁感应原理制成的无极荧光灯。
(3) 根据不同要求合理选择荧光灯
a 三基色直管荧光灯能效高，适应于所有功能性照明场所，如办公室、教室、医院、一般商场、较低的工业用房间等。
b CFL灯接近点光源，主要用于装饰要求较高的公共建筑，不应在上述功能性照明场所使用；自镇流荧光灯适合于取代原有白炽灯。
c 无极荧光灯最主要特点是使用寿命长，光效、显色性也比较高，主要适用于难以更换光源的场所。
(4) 直管荧光灯的应用应考虑以下要求
a 必须选用细管径（≤26mm）灯管，即T8、T5管，不应再用T12灯管，细管灯光效更高，节能、节材，更环保。
b 必须选用稀土三基色荧光灯，其光效更高、显色性好（Ra＞80），寿命更长，符合国标GB50034-2004[1]规定的长时有人工作或停留的场所的显色性要求；虽然其价高，但由于其光效高，达到同样照度时所需要的灯管数比普通卤粉荧光灯管要减少15%～25%，所减少的灯具和镇流器等附件节省的费用足以弥补灯管增加的费用，甚至有多，结果是不增加甚至降低了建设投资，同时降低了运行使用费用，从照明质量、节能和经济效益等各方面都是有利的。
c 选用功率较大的灯管：功能性照明场所应选用不小于4呎长灯管（即T8-36W，T5-28W）；除装饰要求特殊外，不应选用2呎长的灯管（即T8-18W，T5-14W）。这种小灯管光效比4呎管低，镇流器功耗相对大，综合计算，用2呎管比4呎管的耗电要增加约35%～40%，对节能很不利。
d 对多数功能性照明场所，照度多在300～750 lx左右，宜选用中色温荧光灯，不宜使用色温在5300K以上的冷色温灯管，更适应环境条件，也更节能。
2.4 关于LED的应用
(1) 十多年前白光发光二极管（LED）的问世，使其进入照明领域成为可能。LED以其优良品质，受到照明界以及社会的广泛关注和重视，并得到了多方面的应用。
(2) LED的主要特点和优点：LED的寿命长，颜色丰富，单色性好，起点快捷，可调光，耐震动，耐气候性能好，使用安全。LED是一种新兴的光源，发展快速，存在的问题正在不断研究解决，光效年年提高，实用光效已达60～80 lm/W，而且还在不断发展，已经成为优质高效光源之一，其前景十分广阔。预计在若干年后，将会广泛应用于室内外照明领域。
(3) LED最具优势的应用场所：时至现在，LED已经在下列场所获得广泛应用，而且取得极好的效果。
a 交通信号灯：其更换维护光源的优势及颜色优势，没有任何其他光源可比。
b 建筑和构筑物的景观照明，包括园林、绿地、雕塑、喷水等景观，特别是要求多色彩变化、动感强的商业场所更具优势。
c 广告牌及其他显示照明。
d 建筑内标志灯、应急疏散标志灯等。
e 汽车尾灯。
(4) 开始应用和可以创新开发应用LED的场所
a 机动车较少的支路、乡村道路、居住区道路等。
b 需要装设节能自熄开关的灯，如住宅及类似建筑的楼梯间、走道、雨蓬灯等，由于自熄频繁开、关，目前都用白炽灯，不适宜用CFL灯，而用LED代替白炽灯，是一个理想的方案，虽很不起眼，由于数量极大，其商业价值也十分可观，其节能潜力也很大。
c 宾馆及类似公共建筑要求装饰性的厅堂照明，宾馆客房需调光的床头灯，夜灯，客房的开门灯等。
d 一般台灯，生产用局部照明灯。
当然，LED的应用场所决不限于此，随着时间的推进，必将逐步扩大其使用范围。
(5) 关于LED的发展，寄语照明界同行：LED是一个发展很快、很有前景的新光源，照明界同行应致力于研究、解决应用于照明领域的技术问题，不断完善自己，提倡实事求是，促进其健康发展，切忌浮躁、夸张和炒作，坚持科学发展道路。
LED是一个半导体器件，需要经组合、封装，配套驱动控制电路，解决好散热问题，组成符合照明要求的完整灯具，是一项涉及光、热、机、电等多学科的系统工程，需要解决很多技术难题，如降低光通衰减，降低色温，提高显色性，处理好散热和对各种参数的影响，以及灯具的各类光分布等，都需要更多科技工作者、企业家脚踏实地做大量工作，潜心、致力、务实、低调，努力成就一个新兴的优质照明产品。
切忌夸大之词，不要轻易宣称比谁节能50%、60%……不要轻言几年内取代传统光源，要用切实的科技成果，产品数据，赢得设计师，取信于用户，从而赢得市场。我深信，经若干年努力，LED必将在照明领域中占有重要地位。
3 灯具是保证照明安全，提高能效的重要因素
3.1 合理选用灯具是照明安全的重要保证
照明安全最主要的防电击、防火两项课题，当然还有防爆、防尘、防水、防腐、防机械损伤等多种问题。这里仅就防电击的新要求作简述。
按《灯具的一般安全要求与试验》（GB7000.1-2002）（等同IEC60598-1∶1999）[2]规定灯具的防电击分类为四类，其防电击特征简单表述如下。
0类 —— 仅依靠基本绝缘，能适应正常条件下电击防护，但绝缘失效时，则只能依赖于环境条件。
Ⅰ类 —— 除基本绝缘外，还有附加措施，即外露可导电部分应按地（通过PE线）。
Ⅱ类 —— 除基本绝缘外，还有附加措施，即双层或加强绝缘。
Ⅲ类 —— 采用安全特低电压（SELV）供电。
2007年11月最新修订颁布的上述国标——GB7000.1-2007（等同IEC60598-1∶2003）[3]，取消了0类灯具，从2009年1月1日实施，从此时起，不能再生产、销售和使用0类灯具。由于实际应用中，选用Ⅱ类、Ⅲ类较少，大多数都选用Ⅰ类灯具。因此，照明工程设计中，对大多数的Ⅰ类灯具，应按PE线，并按《低压配电设计规范》（GB50054-95）[4]要求作接地故障保护，故障时自动切断电源。请设计师注意，务必改变那种灯具安装高度小于2.4m时接PE线的不正确观念。
3.2 合理选用灯具，提高照明能效
灯具对照明系统能效有重要影响，为此，应合理选择灯具：
第一是选择灯具效率高的灯具，在满足限制眩光条件下，尽量选用不带遮光附件的直接型灯具。
第二是选择光通维护率高的灯具。
第三是按室形指数合理选择灯具配光，例如，室形指数较大时，应选择宽配光灯具，以提高光的利用系数。
第四是争取良好的建筑条件，如墙壁、顶棚、地面应有较高反射比。
4 镇流器是保证照明质量，提高能效不可忽视的因素
4.1 镇流器对照明质量和能效的影响
(1) 不同类型的镇流器的自身功耗不同：电感镇流器的功耗比较大，尤其是小功率放电灯之镇流器功耗占灯功率的百分比则更大；高效节能型电感镇流器降低了自身功耗，应推荐采用，尤其是HID灯更是显著；荧光灯电子镇流器功耗更低，T8荧光灯用电子镇流器时，通常用30～60kHz高频电流，使灯管光效比工频时约提高10%，进一步提高了系统能效。
(2) 电感镇流器存在一定的频闪效应，对长时连续作业有不良影响，易导致视觉疲劳，而高频电子镇流器可大大降低频闪深度。
(3) 电感镇流器谐波较小，而电子镇流器谐波比较大，特别是功率≤25W的放电灯，其谐波（特别是3次谐波）太大，加大了对配电系统的污染，使线路电流，特别是中性线电流大大增加，可能导致严重后果。
(4) 线路功率因数：电感镇流器之功率因数很低，约为0.4～0.5左右；电子镇流器之功率因数，符合谐波标准规定之产品，＞25W灯者可达0.95以上；而≤25W以下灯管，由于谐波之影响，功率因数将下降到0.5～0.6。
4.2 镇流器的选用
(1) 按设计标准规定选型：
a 自镇流荧光灯应配电子镇流器。
b T8直管荧光灯应配电子式或节能电感式；T5灯管只能用电子式。
c HID灯应配节能电感式，小功率HID灯可用电子式；对于电压偏差较大，特别是道路照明，宜用恒功率型镇流器，有利于灯的寿命，保持照度稳定，有利节能；对于道路照明，每杆装一只光源时，可用变功率（双功率）镇流器，以便在后半夜降低一半照度。
(2) 采用节能电感镇流器时，应注意按要求补偿无功，提高功率因数；在需要的使用场所，还要采取措施，降低频闪效应的影响。
(3) 采用电子镇流器时，应选用优质产品，保证使用寿命和可靠性；更应重视谐波的不良影响。
电子镇流器的谐波比较大。按照国标《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》（GB17625.1-2003）[5]规定的C类设备（即照明设备）谐波电流限值，对功率＞25W的放电灯，3次谐波电流为基波电流的百分数，不超过“30λ”（λ为电路功率因数），说明谐波比较大，对配电系统有一定影响。而该标准对功率≤25W的放电灯，则谐波限值更宽：规定3次谐波为86%，5次谐波为61%。这些对配电系统是一个难以接受的数值，不仅污染电网，如此大的3次谐波在三相四线制配电系统的中性线（N线）上呈现3倍电流叠加，使N线出现严重过电流，而危及线路安全，甚至引起火灾。为此，必须引起重视，建议采取以下措施：
a 一座建筑内不要大量使用≤25W的灯管，避免过大的谐波。
b 如必须使用，建议设计中明确提出技术要求，规定这类灯管及镇流器的3次谐波或总谐波限值不大于20%（或30%）。
c 如果谐波过大，应采取滤波措施。
d 加大配电线路，特别是N线截面。
4.3 有3次谐波时，配电线电流计算及截面选择
(1) 谐波效应的计算：当用电缆或绝缘线套管时，按《建筑物电气装置 布线系统载流量》（GB/T16895.15-2002）[6]之附录C提供的方法，各相平衡的三相四线制系统，由于3次谐波在N线上叠加，N线和相线截面相同，同一电缆内视为一个综合发热体原则来选择截面。当3次谐波电流小于基波电流的33%时，应按相线电流（含谐波）选截面；当3次谐波大于33%时，应按N线电流选截面（其中，3次谐波为33%～45%时，应除以0.86系数）。
(2) 计算示例：某照明配电线路供给单灯功率≤25W放电灯，设线路计算电流为100A（未计谐波），3相平衡； 3次谐波最大达86%，此时，N线产生的电流（IN）按式（1）计算：
IN=100×86×3=258A （1）
此时，计入谐波后相线的计算电流也大于100A，经分析、计算，大约可达150～200A。因此，应按258A选择相线和N线截面，这样，比不计入谐波影响时的截面增加好几倍，足见谐波的电流效应之重大影响。
如果是明敷导线，也可以分别按不同电流选择相线和N线截面。
4.4 有关镇流器标准及应用的建议
(1) 国标GB17625.1-2003[5]中C类（照明）设备，功率≤25W的谐波电流限值规定过宽，大量使用时将导致不良后果。建议修订该标准时，应降低谐波限值，或分为两个等级，以适应不同使用要求。
(2) 尽快修订《管形荧光灯镇流器能效限定值及节能评价值》（GB17896-1999）[7]，该标准规定的能效值既不合理，又不直观，甚至有错误，九年来基本上未能实施，不利于提高能效，应及早完成修订，颁发实施。
(3) 对所有镇流器能效标准应规定不同等级能效的级别和标志，以明确界定一般型、节能型（或高效型）、超高效型等。GB50034-2004规定采用节能型电感镇流器，由于没有标志或代号，实际应用中也难以落实。
5 结语
照明是人类光明的事业，节能、环保是人类共同的永恒主题。我呼吁：我们的电气、照明设计师，室内设计师，使用单位，应共同努力，从事光明事业中不忘节能、环保，当你作每一个创意设计，考虑每一个视觉效果，每一个景观，图上画出每一个灯、一条线，都必须想到节能、环保，这是关系到人类生存条件的良知，是对社会的神圣责任。让我们以高度责任感，共同推进照明领域的节能，推进绿色照明工程的实施。