室内照明与暖通协同优化对能耗的影响研究.pdf

中国厨卫室内照明与暖通协同优化对能耗的影响研究郝冠宇（中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安）摘 要 文章研究了室内照明与暖通系统的协同优化对能耗的影响 分析了建筑内部光照 温度 湿度等参数的变化 以及采用光感应控制和温湿度调整等策略 通过研究这些因素对照明与暖通系统能耗的影响 能够利用光感应控制优化照明系统的使用 以及根据温湿度调整空调系统的运行状态 显著减少能耗 同时提升室内环境的舒适度 关键词 室内照明 暖通设计 空调系统中图分类号 作者简介：郝冠宇（），硕士研究生，中级工程师，研究方向为暖通及动力。引言随着能源紧缺问题的日益凸显，建筑领域对能源的高效利用提出了更为迫切的需求。在这背景下，室内照明与暖通系统作为建筑能耗的两大主要组成部分，逐渐成为探索优化的重要领域。室内照明与暖通系统协同优化理论 协同优化概念室内照明与暖通系统协同优化是通过整合室内照明和暖通系统，来实现能源效率最优化的策略。这个优化理论基于两个主要概念：能耗交互和综合调节。能耗交互指的是室内照明和暖通系统的能耗相互影响，例如光照强度的变化会影响人体感知的温度，进而影响暖通系统的控制策略。综合调节是在考虑照明和暖通系统的交互作用基础上，制定一套综合的调节策略，以降低能耗并提升室内环境舒适度。这包括在不同时间段调整照明亮度和温度设定，以适应人体活动和外部环境变化。综合调节的核心思想是通过协调照明和暖通系统的运行，最小化总能耗的同时确保室内环境质量和用户舒适度。目标函数设定目标函数的设定在室内照明与暖通系统协同优化中起着重要的作用。针对能耗方面，目标函数可以包括电力消耗和供暖消耗。通过最小化电力消耗和供暖能耗，可以降低系统的能源开销。同时，室内环境舒适度也是目标函数考虑的因素之一。通过调整照明和暖通系统以提供合适的温度和光照强度，可以提升用户的舒适度。此外，经济性也是目标函数的重要组成部分。通过选择运行效率高、能耗低的设备，合理安排能源使用时间以及控制维护成本，可以降低系统运行的经济成本。综合考虑这些因素，可以制定出一个综合的目标函数，以实现室内照明与暖通系统的协同优化。优化方法室内照明与暖通系统的协同优化旨在通过深入理解两者的相互关系，制定综合调控策略，以最大程度地提高能源利用效率和室内环境舒适度。以下是一种逻辑分析下的协同优化思路。（）能耗交互分析。分析室内照明和暖通系统之间的能耗交互关系，了解光照强度对暖通系统能耗的中国厨卫 环境保护与节能 年 期 影响，以及温度对照明系统能耗的影响。（）综合调控策略制定。根据能耗交互分析的结果，制定综合调控策略，例如根据不同时间段的需求调整照明亮度和温度设定，以降低能耗并保持舒适度。（）智能控制与反馈机制。利用智能控制技术，实时监测室内环境参数，并根据预设的优化策略自动调整照明和暖通系统的运行状态，以实现能源效率和舒适度的平衡。影响因素 光照对暖通的影响 光照与温度关系光照是室内环境中一个重要的变量，它不仅影响人体的视觉感知，还与人体的生理和心理状态密切相关。此外，光照还能影响室内空气温度的分布和暖通系统的能耗。具体影响因素如下。（）温度调节与日照热效应。充足的自然光照可以引入日照热效应，即光线进入室内被吸收后转化为热量。这可能导致局部区域温度升高，影响暖通系统的供暖负荷。通过合理调整遮挡和光照控制，可以减小日照热效应对室内温度的影响，从而降低暖通系统的运行能耗。（）人体活动与室内热舒适度。光照会对人体的生理活动产生影响，影响人体代谢率和舒适度感知。在强烈光照下，人体可能感到更加温暖，从而可能减少对暖通系统的需求。这种影响可能会导致在一些情况下，暖通系统的运行需求较低，从而降低能耗。假设在一个典型的室内环境中，进行了一周的数据采集。白天阳光照射进入室内，每日平均光照强度为 。分析数据显示，在光照较强的时段，室内感知温度相较于没有日照时要高 左右，同时暖通系统的供暖负荷降低了约 。这表明光照对于减少暖通系统的负荷具有一定的影响，适度利用光照能够节约能源。光照对空调负荷的影响光照是室内空调负荷的一个重要影响因素，它直接影响着室内的热量收支平衡。光照的影响主要体现在以下方面。（）日照热效应。光照照射到建筑物内部，部分光线被吸收并转化为热量。这就是日照热效应，它导致室内温度升高，增加了冷却负荷。在阳光充足的情况下，日照热效应可能会引起室内局部温度升高，从而需要增加空调供冷量以维持室内舒适度（如图 所示）。（）自然通风影响。光照射到室内不仅可以带来热量，还可能影响室内空气流动。通过合理的通风设计，可以利用自然通风来散去部分热量，降低空调负荷。在适宜的光照条件下，通过通风使得室内空气循环，有助于减轻空调系统的负担。光照对空调负荷的影响是复杂而动态的过程，实际影响取决于多个因素，如室内外温度差、窗户类型、建筑朝向等。假设在一个夏季日常的室内环境中，进行了几天的数据采集。在晴朗的白天，阳光透过窗户照射到室内，使得室内光照明亮。分析数据发现，在这些晴天中，室内的瞬时温度在阳光直射时可能比没有日照时升高 左右，从而需要增加空调制冷以保持舒适度。这显示了光照对空调负荷的直接影响，需要在设计和调控空调系统时加以考虑。图 时间与温度变化关系 空调对照明的影响空调系统对照明的影响是一个复杂而关键的问题，它涉及到空调对室内温度和湿度的调节，以及这些调节如何影响照明需求。（）温度对照明需求的影响。空调系统通过调节室内温度影响人体的热舒适度，从而可能影响照明需求。在高温环境中，人们倾向于使用更多的自然光照明，因为强烈的光线可以增加人体的活跃感和警觉性。相反，在低温环境下，人们可能更愿意使用人工照明来提供额外的热量。这种温度与照明需求之间的关系需要考虑到舒适度、节能和光照质量之间的平衡。（）空调系统调节对照明的影响。空调系统的运行调节也会影响室内照明的需求。例如，在制冷模式下，空调系统会降低室内温度，可能会使人们感到寒冷，从而增加照明需求。另外，在制热模式下，空调系统会升高室内温度，可能减少人们对自然光的依赖，进而减少照明需求。因此，空调系统的运行模式和设置会直接影响照明需求的变化。为了更好地说明这些影响，文章展示了不同温度和空调模式下的光照需求的可能变化，见表。表 不同温度和空调模式下的光照需求的可能变化温度 空调模式光照需求变化制冷模式增加制冷模式中等制冷模式减少制热模式减少制热模式中等制热模式增加表 说明了温度和空调模式如何影响照明需求的变化。需要注意的是，实际影响还取决于室内外光照条件、建筑设计和用户行为等因素。综合考虑这些因素，可以制定更为精确的照明和空调协同调节策略，以实现能源的高效利用和用户的舒适体验。环境保护与节能中国厨卫 中国厨卫 能耗影响评价指标 能耗降低率计算选择适当的评价指标是评估能耗影响的第一步。在照明与空调系统的协同优化中，常用的评价指标包括总能耗、每单位面积能耗、照明能耗、空调能耗等。根据具体情况，可以综合考虑这些指标来评估系统的能耗变化。例如，如果关注整体的能源利用效率，就可以选择总能耗作为评价指标。如果关注单位面积内的能源利用效率，可以选择每单位面积能耗。能耗降低率计算方法为：能耗降低率初始能耗优化后能耗初始能耗 其中，初始能耗为未进行优化之前的能耗，优化后能耗为应用照明与空调协同优化策略后的能耗。能耗降低率反映了协同优化策略对能源效率的改善程度。计算得出的能耗降低率可作为评价照明与空调协同优化策略效果的重要依据。如果能耗降低率较高，就说明优化策略在节约能耗方面取得了显著效果。如果能耗降低率较低，就可能需要进一步调整协同优化策略，针对具体影响因素进行优化，以提升能源利用效率。假设有一栋 层的办公楼，需要进行照明与暖通协同优化，以提高能源利用效率。建筑参数：建筑面积为 ，楼层数为 层，窗户面积为 ，窗户朝向为南北朝向；照明系统参数：照明设备功率为 ，照明系统能效为 ，光照控制为智能光感应控制；暖通系统参数：初始室内温度为 ，初始室内湿度为 ，空调系统制冷负荷为 ，空调系统制热负荷为 ，空调设备能效为 （制冷时）。在室内照明与暖通系统的协同优化中，采用光感应控制和根据室内温度、湿度调整空调系统运行状态的策略，可以实现更有效的能源利用和提升室内舒适度。（）光感应控制。光感应控制是基于室内外光照强度的变化来调整照明系统的亮度。在白天，光感应控制可以通过自动调整照明设备的亮度，使室内光照达到所需水平，同时最大限度地利用自然光。这项策略的优势包括以下方面。能源节约。在光线充足的情况下，光感应控制可以减少人工照明的使用，从而降低照明系统的能耗。环境舒适度。光感应控制可以实现室内自然光的平衡分布，提高工作和生活环境的舒适度，同时减少眩光和眼睛疲劳。（）温湿度调整空调系统运行状态。根据室内温度和湿度调整空调系统运行状态是另一个重要的优化策略。根据不同的温湿度情况，调整空调系统的运行参数，以提供合适的室内环境和降低能耗。这项策略的优势包括以下方面。能耗优化。根据实际温湿度情况调整空调系统的运行状态，可以避免不必要的过度制冷或制热，从而降低空调系统的能耗。节能效果。通过在温度和湿度范围内维持合适的室内环境，可以减少频繁的温度调节，降低能源浪费。室内舒适度评价在上述工程案例中，实施了光感应控制和根据室内温湿度调整空调系统运行状态等优化策略，除了节能之外，室内舒适度的提升也是重要的目标。以下是对该工程案例中室内舒适度评价的分析。（）舒适度评价指标。在室内舒适度评价中，常用的指标包括热舒适度和视觉舒适度。热舒适度通常使用 指数来衡量，该指数考虑了温度、湿度、活动水平等因素。视觉舒适度则关注光照质量、眩光和光线分布等。（）分析与结果。在工程案例中，通过光感应控制，室内光照得到优化，可以减少眩光、提高视觉舒适度，并且在白天充分利用自然光，使人感到更加自然和舒适。同时，通过根据温湿度调整空调系统运行状态，室内温湿度得到了有效控制，从而提升了热舒适度。如果调整得当，室内温度和湿度的变化就可以在人体的舒适范围内，避免出现过冷或过热的情况。综合考虑光感应控制和温湿度调整的优化策略，可以有效提高室内舒适度。然而，需要注意的是，舒适度是一个主观感受，不同人可能对舒适度有不同的感受。因此，在实际工程中，需要收集用户反馈和调查数据，以了解优化策略对室内舒适度的影响。综合舒适度评价和能耗分析，可以制定出更全面有效的协同优化策略，实现节能和舒适度提升的双重目标。综合经济性评估综合经济性评估在照明与暖通协同优化研究中扮演着至关重要的角色。该评估不仅将经济效益与能耗优化紧密结合，还为项目的可行性、可持续性以及经济回报提供了关键信息。通过综合考虑方案实施成本、预期的能耗降低带来的节省、运维成本、设备更新等因素，综合经济性评估能够量化项目的投资回报，帮助决策者做出明智的决策。基于这一评估，可以权衡成本和效益，从而为照明与暖通协同优化策略的实施提供科学依据，确保在提高能源效率的同时实现经济可行性。结语照明与暖通系统的协同优化仍然是一个复杂且需要持续改进的领域。在实际应用中，建筑特征、气候条件、用户行为等因素的差异将影响协同优化效果。因此，进一步的研究和不断的实践将持续为人们提供更多的启示和机会，以实现能源效率的持续提升与人类舒适度的不断提升。参考文献 马忠娇基于能耗监测的空调系统节能改造相似工况节能量计算方法大连：大连理工大学，王鹏皓，王鑫，彭琛，等基于 系统的大型购物中心能耗指标统计分析建筑技术，（）：刘斌青岛中德生态园被动房技术中心 年度能耗与空气质量监测分析报告住宅与房地产，（）：王鑫公共建筑用能分项计量综合关键技术研究北京：清华大学，朱伟峰，金正日上海市大型公共建筑分项能耗参考值的分析与探讨暖通空调，（）：，中国厨卫 环境保护与节能