工业照明系统的节能改造与智能控制技术研究

工业照明系统的节能改造与智能控制技术研究

常瑞峰

包头市热力（集团）有限责任公司  014010

摘要:工业照明是工业生产中不可或缺的基础设施,其能耗占工业总用电量的比例不容小觑。然而,当前工业照明系统普遍存在设备效能低、设计不合理、控制落后、管理缺失等问题,亟需采取有效措施推进节能改造。本文在分析工业照明能耗现状的基础上,系统梳理了制约工业照明节能的主要问题,并从推广高效光源、优化照明设计、应用智能控制、健全管理制度等方面,提出了一系列针对性解决对策。研究可为工业照明节能改造提供理论指引和实践参考,具有重要的现实意义。

关键词:工业照明;节能改造;智能控制;照明设计;管理制度

一、引言

1.1 研究背景

工业照明在保障工业生产活动正常进行中发挥着重要作用,其能耗占工业用电总量的比重一般在5%~15%之间。随着工业生产规模的不断扩大,工业照明能耗呈现逐年上升趋势。与此同时,工业照明系统在设备选型、系统设计、运行控制、维护管理等环节还存在诸多不足,节能潜力尚未得到充分挖掘。在"碳达峰、碳中和"目标的背景下,亟需加快工业照明节能改造步伐,从源头、传输、用能等各个环节入手,实现工业照明系统节能增效。

1.2 研究意义

工业照明节能改造一方面可以降低工业生产能耗,减轻企业能源成本负担,另一方面也是国家节能减排、绿色发展战略的重要组成部分。通过分析工业照明节能的现状和问题,提出切实有效的节能改造对策,对于推动工业高质量发展、助力实现"双碳"目标具有重要意义。同时,探索工业照明节能的新技术、新模式,也为节能领域相关理论研究提供了新的思路。

二、工业照明节能现状分析

2.1 工业照明能耗现状

据统计,2019年我国工业照明用电量约1200亿kW·h,占工业用电总量的6.3%。分行业来看,制造业工业照明用电量最高,约占工业照明总用电的60%;其次是采矿业,约占20%;电力、热力、燃气及水生产和供应业约占15%。从企业能耗构成看,照明用电一般占企业总用电量5%~10%,高耗能行业如钢铁、有色、建材等,这一比例更是高达10%以上。工业照明能耗不仅规模庞大,增速也较为明显。"十三五"期间,在国家大力推进节能减排的背景下,工业照明用电量年均增长率虽有所下降,但仍保持在4%左右。可以预见,随着工业生产规模的进一步扩大,工业照明能耗仍有较大的上升空间。因此,加强工业照明节能管理和技术改造,对于工业领域整体节能减排具有重要意义。

2.2 工业照明设备现状

目前,我国工业照明设备主要包括白炽灯、荧光灯、高强气体放电灯(如高压钠灯、金属卤化物灯等)和LED灯等。其中,白炽灯、荧光灯等传统光源仍占较大比重,约50%的企业车间主要采用荧光灯照明。这类光源普遍存在光效低、寿命短、能耗高等问题,已不能满足节能降耗的要求。近年来,金属卤化物灯、LED灯等节能型光源在工业领域得到推广应用,但受制于较高的初始成本,目前渗透率还不高。此外,在配光设计、灯具布局等方面,不少企业也存在照度不均匀、眩光严重等问题,导致照明质量和视觉舒适度不佳。照明用电设备如镇流器、电感镇流器等,也普遍效率偏低,节能空间较大。

2.3 工业照明管理现状

国内不少工业企业对照明能耗缺乏足够重视,管理多流于形式。企业普遍缺乏专门的照明能耗统计制度,对照明设备实际能耗情况了解不清。在具体管理过程中,也缺乏必要的计量、考核手段,无法对照明能耗实施有效监管。同时,企业的照明控制多采用手动开关的方式,随意性大,管理粗放,造成大量的电能浪费。自动控制系统在工业照明中的应用比例较低,调光、感应等智能控制手段更是少之又少。此外,企业缺乏健全的节能管理制度,员工节能意识淡薄,开灯、关灯随意,能源浪费情况普遍存在。上述种种因素,导致工业照明能耗居高不下,节能管理和技术改造面临诸多障碍。

三、工业照明节能面临的问题

3.1 照明设备效能低

目前,不少企业使用的照明设备如白炽灯、普通荧光灯等,其发光效率普遍较低。据统计,白炽灯的发光效率仅为10~15 lm/W,普通荧光灯也只有50~80 lm/W。使用这些低效照明设备不仅照明质量差,而且能耗大,严重制约了工业照明节能的实现。同时,企业现有的镇流器、电感镇流器等照明用电设备,其效率也多低于80%,大量电能在变压、整流等环节被白白浪费。此外,不少企业的灯具使用年限过长,光衰严重,灯罩灰尘积累,反射效率大幅降低,进一步加剧了能源损耗。

3.2 照明设计不合理

当前,国内工业照明设计还存在诸多不足。一方面,照明系统的布灯方式多采用单一的顶棚布置,灯具间距大,照度分布不均,局部眩光严重,既影响了视觉舒适度,又造成了电能浪费。另一方面,灯具选型和配置缺乏科学性,很少考虑空间环境、作业特点等因素,导致照明质量和实际需求严重脱节。在色温选择、显色指数匹配等方面,也缺乏人性化考量,不利于营造舒适、健康的照明环境。此外,光源的配光曲线与使用场所的几何特征匹配不当,造成光通量利用率偏低。种种不合理的照明设计,导致照明系统能耗居高不下。

3.3 照明控制手段落后

智能化是工业照明发展的必然趋势,但就目前来看,国内企业在智慧照明控制方面的应用还比较滞后。据调查,超过70%的企业车间仍在沿用手动开关的控制方式,存在严重的电能浪费问题。即便是采用自动控制的企业,也多局限于简单的定时控制,与环境感应、空间占用等实际需求脱节,难以实现精细化管理。区域控制、场景控制等智能手段在工业照明系统中的渗透率更是微乎其微。此外,大多数企业都缺乏必要的用电监测设施,无法实时掌控各区域、各时段的照明能耗情况,导致管理流于形式,节能效果大打折扣。

四、工业照明节能问题的解决对策

4.1 推广高效节能光源

积极推广LED灯、电感耦合等离子体灯等新型高效光源,是提升工业照明设备效能的关键举措。与传统光源相比,LED灯具有光效高、寿命长、易维护等优势,其发光效率可达100~200 lm/W,是白炽灯的10倍以上。电感耦合等离子体灯光效更是高达150 lm/W以上,且显色性好、光衰小,特别适合应用于高空照明场所。企业应加快淘汰白炽灯、普通荧光灯等低效光源,大力推广高效节能型光源,从源头上降低照明系统能耗。同时,选用效率高、损耗小的电子镇流器取代传统电感镇流器,推广应用无功补偿装置,可有效降低照明配电系统的电能损耗。加强对灯具、灯罩等附属设备的清洁、维护,也是提高光通量利用率、减少能源浪费的重要手段。

4.2 优化照明设计

针对工业照明设计的不足，需从布灯方式、灯具选型、光学设计等方面优化改进，提升照明质量。布灯方式应灵活选择多种形式，减少灯具间距，提高照度均匀度。灯具选型需考虑光源参数与作业环境的匹配性，满足不同照明需求。应用优化算法提高光通量利用率。光学设计应选用高反射材料，优化部件结构，减少光能损耗。同时，充分利用自然采光，优化窗户、天窗布置，引入自然光补充照明，实现节能。

4.3 应用智能照明控制技术

智能照明控制是工业照明节能增效的关键。企业应加快智能照明系统建设，采用分区、定时、调光等先进控制技术，提升照明系统自动化水平。分区控制可根据需求独立控制灯具，减少能源浪费；定时控制实现自动开关，降低人为损耗；调光控制实时监测亮度，自动调节输出功率。建设无线照明控制网络，实现远程集中控制，提高控制效率。同时，加强照明系统用电信息采集分析，为智能化控制提供数据支持，推动照明管理精细化、数字化发展。

参考文献

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