淺談地下污水廠低碳照明系統的設計及應用

淺談地下污水廠低碳照明系統的設計及應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著全球環境問題的日益突出，低碳環保已經成為全球共同的目標。作為城市環境中的關鍵設施，地下污水廠的照明系統對節能減排和環保有著重要作用。文章以某地下污水廠為例進行照明系統設計，對設計中的燈具選型、綠色能源應用方式和照明智能化控制的要求做出分析，同時提出解決思路，從而減少地下污水廠碳排放和能源消耗，實現綠色、低碳的照明設計目標。

關鍵詞：低碳環保；地下污水廠；照明系統設計；智能化控制

1引言

隨著城市化進程的加速和人口的增長，地下污水廠的重要性日益凸顯。受限于城市規劃、土地利用率、自然環境等因素，地下或半地下污水廠成為城市污水處理規劃的新方向。然而，地下污水廠通常缺少日光和自然光，易造成運行成本的提高，因此在電氣設計方面，照明系統的優化設計顯得尤為重要。

目前，我國面對日益嚴重的氣候變化和環境問題，先后發布了一系列建筑節能標準，國家發展委員會也制定了《節能中長期專項規劃》，這些規范標準明確了民用建筑的節能設計方向。但現代地下或半地下污水廠區別于民用建筑，只有針對性地對其進行分析與設

計，才能提高地下污水廠照明系統的能效和環保性，減少能源消耗，降低二氧化碳排放，達到節能減排的目的。

2地下污水廠照明需求

2.1光照度

地下污水廠的工作場所需要保證良好的光照度，以確保工作人員的視覺清晰度和操作安全。照度的高低主要取決于工作場所的種類（如辦公室、車間、管道等）和要求，通常應根據國家或地方標準進行設置。

2.2色溫和色彩還原性

地下污水廠的工作場所需要采用合適的光源，以保證良好的視覺效果和舒適度。色溫是指光的色調，如冷色調和暖色調等，應根據工作場所的需要進行設置。色彩還原性是指光源對物體顏色的還原效果，一些對顏色敏感的操作，如檢測和分析，要求光源的色彩還原性要盡可能高。此外，光源選擇還應符合《室內照明用LED產品能效限定值及能效等級》（GB30255—2019）中關于能效等級的規定。

2.3光照均勻性

地下污水廠的地下空間較大，需要保證光的均勻分布，以防止一些區域因過于明亮或過于暗淡而影響操作效果和員工視力健康。在地下污水廠的照明系統中需要設置合適的控制系統，以實現照明的自動化控制和調節，根據不同時間和工作場所的需求，靈活調整照明亮度和色溫等參數，從而達到節能和提高效率的目的。

3地下污水廠低碳照明系統的設計

3.1工程概況

以銀川市某大型地下污水廠項目為研究對象，該工程規模為30萬t/d，其地下操作層包含生物池、加藥間、除臭系統、二沉池等區域，設計形式為單層工業建筑。以二沉池區域為例，此部分長140m，寬75m，高6.5m，標準單元柱距為9.3m×7.5m。以12個標準單元為1個計算單元，即針對長37.2m、寬22.5m的計算單元空間進行燈具數量計算和布置，如圖1所示。燈具設計安裝高度為6.0m，工作面為地面。

3.2一般照明系統的設計

3.2.1燈具選型

地下污水廠照明系統的設計，應結合污水廠的實際需求。為實現照明系統采購、運行、維護全流程的低碳理念，在綜合樓、廠房、道路等區域全部采用LED燈具。LED燈具有高效節能、可控性強、壽命長、熱量低、環保等優點，符合當下低碳理念對照明燈具的應用要求。

LED燈具可以消耗更少的能量，帶來更高的光照度和更好的照明效果，從而降低能源消耗和運營成本。LED燈具可以通過數字化控制系統進行精確的控制，可以調節照明亮度和色溫，實現自動化控制和遠程控制，滿足不同時間和工作場所的需要；可以實現定時開關、光線感應等智能控制，提高照明效率和能效比；LED燈具有較長的使用壽命，能夠保持較長時間的高亮度和穩定性，減少了更換燈具的頻率和成本，降低了地下污水廠的維護費用；在環保方面，LED燈具不含有汞、鉛等有害物質，不會對環境產生污染，同時具有較高的能效比，減少了碳排放和能源消耗，符合綠色、低碳的照明設計理念。

3.2.2燈具布置

采用利用系數法計算燈具數量：

式中：N為燈具數量；Eav為工作面上的平均照度，lx；A為工作面面積，m2；Φ為光源光通量，lm；K為燈具的維護系數；U為燈具的利用系數。

設計區域為地下污水廠的工作區，屬于經常操作的區域，根據《建筑照明設計標準》（GB50034—2013）[1]的規定，設計照度標準值為100lx，即Eav=100lx；工作面面積A=37.2×22.5=837m2；因環境符合室內污染一般的特征，維護系數K取0.7。

關于利用系數U，需要先計算室形指數RI，其計算公式為

式中：RI為室形指數；a為計算單元長度；b為計算單元寬度；c為工作面度；h為燈具的安裝高度。

由頂棚反射比ρc=0.3、墻面反射比ρw=0.5、地面反射比ρf=0.2，可知空間表面平均反射比ρ=0.3922，因此可計算得出有效空間反射比ρeff≈0.1。經查產品手冊，可知當RI=2.00時，U=0.78；當RI=2.50時，U=0.83，通過插值法計算得出當RI=2.337時，U=0.8137。根據產品手冊，選用95W的LED工廠燈，單個燈具光通量Φ=11400lm。因此，燈具數量為?？紤]到計算單元區域由12個標準單元組成，在采用每個標準單元布置1盞95W的LED工廠燈。

3.2.3方案校驗

*大允許距高比。根據《照明設計手冊（第三版）》[2]燈具配光曲線選擇表，選取寬配光的燈具時，*大允許距高比LH為

式中：L為燈具光中心間的距離，m；H為燈具的懸掛高度，m。廠房縱向間距7.5m設置1盞燈具，橫向間距9.3m設置1盞燈具，燈具均勻布置，則縱向距高比為7.5/6=1.25，橫向距高比為9.3/6=1.55，距高比均符合要求。

實際照度值。經計算實際照度為93.1lx，滿足與照度標準值的偏差不超過±10%的規范要求。

功率密度值。功率密度值=12×95÷（37.2×22.5）≈1.36W/m2，滿足規范的節能指標要求。

3.3光導照明技術的應用

在污水廠廠房箱體處理區域設計了一套低碳環保的光導照明系統，如圖2所示。該系統以室外自然光為光源，通過特殊的傳輸裝置高效地將光線導入室內場所，為得到理想的地下空間照明效果，需進行照度分析。

根據工藝需求，在地下污水廠的操作空間內部，還應劃分出一條供水廠工作人員日常巡視的通道，在此通道上，裝設有自控儀表、就地控制站、就地按鈕箱等裝置，可實現設備的現場控制和儀表的現場監測?？紤]到光導技術中的導光管在項目建設初期造價較高的特點，為實現社會效益與經濟效益的雙贏，只在地下操作空間的巡視通道布置導光管。

污水廠位于寧夏銀川，在我國屬于光氣候第Ⅱ區，查《建筑采光設計標準》（GB50033—2013）[3]可知室外天然光設計照度值Es為16500lx。在計算單元區域中，巡視通道長55.8m，寬4m，通道采光面積A為223.2m2。根據制造商提供的數據可知，導光管管徑尺寸為900mm，截面積At=0.64m2，系統效率η=0.723，因此，每個導光管的設計輸出光通量Φ=Es×At×η=7635lm。室空間比按照巡視走廊計算，取值8.7，經查表后利用插值法計算，可知采光利用系數U=0.50，維護系數K=0.8。因此，采用光導管照明區域的平均照度為

。

光導管照明區域的照度大于照度標準值75lx，滿足要求。在對導光管進行設備選型時，需滿足漫射器的設計要求，應將滿射角控制在37°以上。

通過應用光導照明技術，在地下污水廠在日常維護中實現了零能耗、免維護、低成本、自然舒適的目標。光導照明在白天基本取代了電力照明，降低了污水廠內部的白天照明能耗，這也間接降低了二氧化碳和其他污染物的排放。導光管內部中空，無須定期更換燈具，除擦拭采光器外，真正實現了免維護。并且光導技術的光源取自太陽光，光線柔和、全頻譜、無閃爍、顯色性好，可以減少人們的視覺疲勞，工作環境更加舒適。

3.4智能照明控制技術在的應用

智能照明控制技術是一種通過感知和控制技術來實現燈光自動化的技術。在地下污水廠中，智能照明控制技術可以幫助實現更加智能、高效的照明控制，從而達到節能、舒適和環保的效果。地下污水廠的智能照明控制系統由一臺照明控制計算機、若干照明控制模塊，以及照明控制面板、照度傳感器、紅外線傳感器等組成。照明控制計算機位于廠區綜合樓中控室內，負責對整個智能照明控制系統進行控制和管理，各照明控制模塊安裝于各分區的照明配電箱內。系統利用實時可靠的通信總線將網絡控制命令發送至各照明控制模塊，同時接收現場的手動/自動工作狀態、燈具的開關狀態和火災自動報警的聯動信號。在各室內區域現場主要出入口設置照明控制面板和紅外線傳感器，就地進行照明模式的切換與燈具的開關，*大限度地節約照明系統的能耗。通過建立智能照明控制系統，實現了亮度感應、時間控制、遠程控制等功能，幫助地下污水廠實現了更加智能、高效、舒適和環保的照明控制。

4?地下污水廠低碳照明系統的特點

在地下污水廠中應用低碳照明系統，可以在減少能源消耗和碳排放的前提下，實現節能減排和燈具長壽命、色彩還原度高、易于控制等方面的目標。但不可否認的是低碳照明系統的應用仍然存在一些缺點。

4.1初始成本高。

低碳照明系統采用的LED等光源成本較高，增加了設備的初始投資，但在使用壽命和節能效果上可以得到回報。

4.2需要專業安裝和維護。

低碳照明系統的安裝和維護需要專業技術人員，如光線的調節和安裝等，一旦出現問題，需要專業人員維修或更換，增加了成本和維護難度。

4.3光照度不足。

低碳照明系統的光源亮度比傳統照明設備低，需要更多的LED光源才能達到傳統照明設備相同的光照度，增加了設備的數量和成本。

5AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

5.1.1平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

5.1.2平臺拓撲圖

5.2平臺子系統

5.2.1智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適、高效的目的。

5.3消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

5.3.1消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

5.4相關平臺部署硬件選型清單

5.4.1智能照明系統

應用場合（綜合樓、污水地下箱體）	產品	型號	功能
普通照明	配電箱

	ASL220-S 系列	1、ALIBUS總線擴展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出，輸出可通過按鈕手動控制，輸出狀態液晶屏顯示。 4、2路開關量輸入，可接入開關、報警、人體紅外感應器等信號。 5、外形尺寸:144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標準導軌式安裝
按鍵面板		ASL220-F1/2	1聯兩鍵 1、ALIBUS總線場景面板，通信鏈路供電； 2、1聯2鍵輕觸按鍵，多彩背光指示，金、黑、灰可選； 3、每個按鍵支持長按、短按功能，均可實現開關、調光、場景控制； 4、外形尺寸:86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安裝
探測器		ASL220-PM/T	PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器，通信鏈路供電,功耗：20mA@24V； 2、特殊運算電路，可通過紅外感應探測到人體動作； 4、安裝方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；產品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
備用照明	雙切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS總線擴展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開關量輸入，可接入開關、報警、人體紅外感應器等信號，1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯動啟動一般照明（備用照明）。 7、35mm標準導軌式安裝
應用場合（綜合樓、污水地下箱體）	產品	型號	功能
普通照明	配電箱

	ASL220-S 系列	1、ALIBUS總線擴展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出，輸出可通過按鈕手動控制，輸出狀態液晶屏顯示。 4、2路開關量輸入，可接入開關、報警、人體紅外感應器等信號。 5、外形尺寸:144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm標準導軌式安裝
按鍵面板		ASL220-F1/2	1聯兩鍵 1、ALIBUS總線場景面板，通信鏈路供電； 2、1聯2鍵輕觸按鍵，多彩背光指示，金、黑、灰可選； 3、每個按鍵支持長按、短按功能，均可實現開關、調光、場景控制； 4、外形尺寸:86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安裝
探測器		ASL220-PM/T	PIR+照度傳感器 1、ALIBUS總線傳感器，通信鏈路供電,功耗：20mA@24V； 2、特殊運算電路，可通過紅外感應探測到人體動作； 4、安裝方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；產品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
備用照明	雙切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS總線擴展模塊，通信鏈路供電。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持繼電器輸出。 4、1路開關量輸入，可接入開關、報警、人體紅外感應器等信號，1路485通訊。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防聯動啟動一般照明（備用照明）。 7、35mm標準導軌式安裝
IP網關

	ASL200-485-IP	IP協議轉換器（ALIBUS<-->TCP/IP） 1、1路ALIBUS通信總線接口。 2、1路RS485 3、1路以太網接口，以太網通訊 4、串口速率1200~115200bps可配置。串口支持標準MODBUS-RTU協議。 5、外形尺：96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D)。 6、35mm標準導軌式安裝 7、IP地址設置連接、ALIBUS系統組網擴容、ALIBUS通訊軟件連接
IP輔助電源

ASL200-P20

輔助電源 1、輸入電壓范圍：176-264VAC 2、輸出電壓及功率：24VDC/20W 3、電壓調整范圍：21.6~29V 4、工作溫度:-40~+70℃ 5、外形尺寸：96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D) 35mm標準導軌式安裝

5.4.2消防應急照明和疏散指示系統

應用場合（綜合樓、污水地下箱體）	產品	型號	功能
各變電所、地下箱體、綜合樓	集中電源集中控制型消防應急標志燈具（高防護）

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面安全出口)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面疏散出口)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面左向)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面右向)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面雙向)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面樓層)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛

	A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面米標)	防護等級：IP67 設備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛
集中電源集中控制型消防應急照明燈具（高防護）

	A-ZFJC-E*W-A604T8單管式應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：Φ26*L400、Φ26*L600、Φ26*L1200 安裝方式：吸頂、吊掛 設備功率：3、6、9、12、15W

	A-ZFJC-E*W-A603HC高防護應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：Φ175*H60 安裝方式：吸頂、壁掛 設備功率：3、6、9、12、15W

	A-ZFJC-E*W-A603HE高防護應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：198*98*55 安裝方式：吸頂、壁掛 設備功率：3、6、9、12、15W
消防應急燈具電源

	A-D-0.3KVA-A200L A-D-0.5KVA-A200L A-D-0.75KVA-A200L A-D-0.1KVA-A200L	防護等級：IP65 設備尺寸：500*400*200、600*480*230 安裝方式：壁掛 設備功率：0.3、0.5、0.75、1KVA 回路數量：8路
防爆工藝車間	集中電源集中控制型消防應急防爆標志燈具		A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面出口)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛
	A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面左向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛
	A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面右向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛
	A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面雙向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛
	A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面樓層)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛
	A-BLJC-2LROEI1W-A430EX（雙面安全出口)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：吊管安裝
	A-BLJC-2LROEI1W-A430EX（多信息復合)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：吊管安裝
	A-BLJC-2LROEI1W-A430EX（雙面單向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：吊管安裝
	A-BLJC-2LROEI1W-A430EX（雙面雙向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：165*375*65 安裝方式：吊管安裝
集中電源集中控制型消防應急防爆照明燈具

	A-ZFJC-E*W-A630EX	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：256*243*78 安裝方式：壁掛 設備功率：3、6、10W

	A-ZFJC-E*W-A632EX	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：Φ135mm*H168mm 安裝方式：吊管安裝 設備功率：3、6、9、12、15W
消防應急燈具電源(防爆)

	A-D-0.3KVA-A200EX A-D-0.5KVA-A200EX A-D-1KVA-A200EX	防護等級：IP43 設備尺寸：904*702*220、1354*702*220 安裝方式：壁掛 設備功率：0.3、0.5、1KVA 回路數量：8路
區域 變電所	區域分機		A-C-A100/B3	區域分機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示安全的疏散路線。
中繼器		CAN轉光纖中繼	通過CAN轉光纖中繼實現把CAN總線傳輸轉換至光纖傳輸延長通訊距離增加方案多樣性。
主變電所 監控中心	監控主機

A-C-A100

監控主機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示的疏散路線。

6結語

文章基于對低碳照明技術的分析，結合地下污水廠的實際需求，設計了一套低碳照明系統。該系統采用了LED、導光管和智能照明控制等低碳照明技術，實現了更加智能、高效和舒適的照明。相信在不久的將來，低碳照明技術將會在更廣泛的場景中得到應用，為人類創造更加美好的照明環境。通過對地下污水處理廠照明設計的經驗總結和對規范的研究，形成有效和對性照明設計方法。

參考文獻

龍承潮.地下污水廠低碳照明系統的設計及應用

中國建筑科學研究院.建筑照明設計標準:GB50034—2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2014.

北京照明學會照明設計專業委員會.照明設計手冊(第三版)[M].北京:中國電力出版社,2017

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

審核編輯 黃宇