园林照明及配套电气节能设计
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摘要：优秀的园林作品离不开成功的照明设计，园林照明既是一门科学，更是一门艺术;合理的电气照明设计不仅能为优美的环境锦上添花，还有利于节约能源, 缓解我国能源供应与社会经济发展的矛盾,实现我国国民经济的可持续发展.本文通过园林照明的对象、方式及配套电气节能设计的原则、技术措施等方面来阐述园林照明及配套电气节能设计。
关键词：园林照明；灯光艺术；电气节能；节约能源；
优秀的园林作品离不开成功的照明设计，园林照明既是一门科学，更是一门艺术,合理的电气照明设计不仅能为优美的环境锦上添花，还有利于节约能源, 缓解我国能源供应与社会经济发展的矛盾,实现我国国民经济的可持续发展。所以依据园林照明的对象和方式，对于进一步研究电气照明节能具有重要的意义。
一、 园林照明
（一）园林照明的对象
1．建筑物等主体照明。为了突出和显示建筑、小品等硬质景观特殊的外形轮廓，将需要表现的形体用光勾勒出轮廓，其余则保持在暗色状态中，这样就对烘托气氛具有显著的效果。
2．广场照明。广场是人流聚集的场所，选择周围发光效率高的高杆直射光源，有特殊活动要求的广场上可布置一些聚光灯之类的光源，可以使场地内光线充足，便于人的活动或举行活动之需。
3．植物照明。植物照明设计中灯光透过花木的枝叶会投射出斑驳的光影，将光线投射到园路和花坛之上形成类似于明月照射下的斑驳光影，从而引发奇妙的想象。
4．水体照明。对喷泉、喷水池、瀑布、水幕等动态水景照明，若配以音乐尤为动人。静态的水池使灯光向上照亮周围的花木，以形成倒影，或将静水作为反光水池处理。
5．道路照明。属于功能性照明，需要使用一定亮度且均匀的连续照明的安全照明用具，以使行人及车辆能够准确识别路上的情况，游憩小路还可利用灯光营造出一种幽静、祥和的氛围。
（二）园林照明的方式
园林照明的关键是要通过光影效果，更好地突出地形地貌、植被、水景等造景元素，营造一种更为含蓄的景致，甚至为植物生长创造出更好的小气候条件。为实现意想中的效果，大致可采用重点照明、工作照明、环境照明和安全照明等方式，并在彼此的组合中，创造出无穷的变化。
二、电气节能设计
（一） 电气节能设计的原则
1、适用性原则。就是基于满足创造良好的人工照明环境提供必要的能源，为照明设备运行提供必需的动力，按照用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求，来优化供配电设计，促进电能合理利用。2、节约性原则。在电气节能设计中要充分考虑到实际的经济效益，不能盲目增加节能投资。要科学合理的选用节能设备和材料，使节能增加的投资能在较短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。3、节能性原则。需要着眼于电气设备自身的电能损耗、变压器的功率损耗、传输线上的电能损耗等方面。采取有效的措施，减少或消除与发挥照明功能无关的消耗。
总之，电气照明节能设计除应把握“满足功能、经济合理、技术先进”的原则，还应考虑照明与环境的协调、安全性、美观艺术性原则。
（二）电气节能技术措施
1、供配电系统的节能设计
供配电系统的节能设计应根据环境的负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素合理地设计供配电系统, 做到系统尽量简单可靠, 操作方便。一般宜把变配电所设置在负荷中心, 以缩短配电半径并减少线路损耗, 各段变配电所的低压供电半径均控制在规范的允许值以内,使供电线路的电压损失满足规范的允许值, 减少线路电压损失, 提高了整个电力系统的供电质量及系统运行的经济效益。合理选择变压器的容量和台数, 实现经济运行并减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。
2、变压器的节能设计
减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗[1]为
ΔP = P0 +β2PK(1)
其中,ΔP 为变压器的有功损耗(kW);P0为变压器的空载损耗(kW);PK为变压器的短路损耗(kW);β为变压器的负载率。
（1） 降低空载损耗。P0作为变压器的空载损耗又称铁损, 它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,其值与铁芯材料及制造工艺有关, 与负荷大小无关。
( 2) 降低负载损耗。PK是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损, 它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小, 并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组。目前在设计变压器时选择比较多的是 SCB10 型环氧树脂浇注干式电力变压器。该型号变压器在技术上具有节能、安全、环保的优点, 在经济上有运行损耗低、维护简单等优点。与原有的 SCB9 系列相比,其空载损耗减少10% , 负载损耗减少5%。
( 3) 选择适宜的负载率。β= S / Sn, Sn为变压器额定容量, S 为变压器运行中的实际容量, 由于变压器运行中, 外界负荷经常变化, 所以应采取一段时间内的平均负荷率。从理论上 用微分求极值,在β= 50% 时每 kW 的负荷, 此时变压器的能耗最小, 但在β= 50%负载率时仅减少变压器的线损, 并未减少变压器的铁损, 因此也不是最节能的。考虑到变压器初装费、高低压柜、土建投资及各项运行费用, 又要使变压器在使用期内预留适当的容量, 一般变配电所的变压器负载率宜控制在最经济节能的75%～85% 之间。
3 、降低线路损耗
配电线路有电阻, 有电流通过时就会产生功率损耗, 其公式为
ΔP = 3I2R.103(2)
其中, ΔP 为三相输电线路的功率损耗(kW) ; I 为线电流( A) ; R 为线路相电阻(Ω) 。
线路长度越长则电阻越大。在具体工程中,要减少线损, 只能尽量减少线路电阻。采取的具体途径有:合理选择低压配电线路的路径。为减少导线长度, 线路尽可能走直线,不走或少走回头路。合理确定变配电所的位置。变压器尽量接近负荷中心,以减少供电半径。增大导线截面。对于线路较长的线路,在按满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定截面的基础上再加大一级导线截面,以减少线路和电阻。这样虽然增加了线路费用,但由于节约能耗而减少了年运行费用, 综合考虑节能经济时是合理的[2]。
4 、提高配电系统的功率因数
功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗,从而达到节能的目的。具体措施有:减少用电设备无功损耗,提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备。用静电电容器进行无功补偿,电容器可产生超前的无功电流, 抵消用电设备的滞后无功电流,从而提高了配电系统的功率因数, 同时又减少了线路的无功电流。在具体设计中采用了分散就地补偿和变配电所集中补偿等方式。
5 、景观照明系统的节能设计
( 1) 采用新型节能光源: 近年来随着我国电力能源紧缺, 人们节能意识的增强, 各生产厂家不断把新技术新材料运用到新的照明产品中, 照明设计有了向采用绿色、节能、环保、高效、长寿命的灯具光源转变的趋势。景观照明节能设计中宜大量采用高亮度 LED 光源、微波硫灯、彩色数码光管、冷极管、光纤、PAR 型卤化物灯、节能灯等新型节能光源, 具有高光效、高亮度、高显色性、多色调、长寿命等特点，例如新型的照明器光纤灯具，一个光源发生器150瓦可带7个发光点，可取代7个水下灯(水下灯具每套为80瓦)，其节能效果明显。
( 2) 采用智能照明控制系统:景观照明通过先进的智能照明控制系统来实现智能控制, 智能灯光控制台设在智能管理中心, 数字式可编程开关控制器设在灯光控制箱内。通过先进的智能照明控制系统, 可实现良好的节能效果、有效延长了光源的寿命、提高了控制管理的工作效率及实现了多种照明效果。
智能照明控制系统借助各种不同的预设置控制方式和控制元件, 对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理, 实现节能; 智能照明控制系统能成功地抑制电网的浪涌电压, 避免过电压和欠电压对光源的损害, 采用软启动和软关断技术, 避免了冲击电流对光源的损害, 光源的寿命通常可延长 2～4 倍;智能照明控制系统采用模块式的自动控制, 照明预置场景的参数以数字式存储在 EPROM 中, 这些信息的设置和更换十分方便, 使景观照明的控制管理和设备维护变得十分简单, 从而提高了管理的工作效率以及减少了维护、管理的费用。
6 、电动机的节能设计
电动机一般都是与暖通、给排水、电梯等专业的设备配套的, 由设备制造厂商统一供应。其节能措施主要贯彻在运行的过程中, 主要措施有: 就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗。减少电机的轻载和空载运行。因为在这种情况下, 电机的效率是很低的。对功率较大的电动机可以采用软启动器。它启动平稳,从启动到运行,其电流变化不超过 3倍, 可保证电网电压的波动在所要求的范围内,以达到节能的目的[3]。
三、 结束语
总之，园林照明就是以灯光为载体创造良好的灯光环境艺术。节能是现代园林照明中不可忽视的环节, 随着科学技术的进步，电气节能还有很大的上升空间，潜力巨大，只有在设计中不断学习, 精心考虑设计方案,运用先进的节能理论, 选择高效的节能设备, 按照节能技术标准合理设计就能对昂贵的二次能源-----电能进行有效的节约，从而为我国的节能事业做出自己的一份微薄的奉献。
参考文献
[1] 中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册[ M ] .北京: 中国电力出版社, 2005.
[2] 陈元丽. 现代建筑电气设计指南[ M ] . 北京: 中国水利水电出版社, 2007.
[3] JG J 16- 2008, 民用建筑电气设计规范[ S] .
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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