节能降耗视角下医院建筑电气照明的优化设计策略

安科瑞鲁一扬15821697760

摘要

伴随新时代的持续推进，我国照明技术已然历经从传统蜡烛到电气照明的漫长演进历程。当下，医院建筑电气照明系统多采用一体化设计模式，鉴于医院需保障 24 小时不间断照明的特殊属性，其能源消耗颇为巨大。尤其是在医院内部分空间无人使用时，传统照明系统整体同时开启的方式会造成大量不必要的能源损耗，而过量的能源消耗对环境及人体均会产生诸多不良影响。基于此现状，本文着重针对节能降耗的医院建筑电气照明系统设计展开深入研究，旨在为提升医院照明系统的节能水平提供参考依据。

关键词

节能降耗；医院建筑；电气照明；照明系统设计

引言

当前，能源短缺问题已演变为全球性挑战。在建筑行业蓬勃发展的进程中，建筑电气照明系统的节能成效与我国能源利用率紧密相关。照明系统中存在的低功率因数以及高电压波动现象，往往会导致较大的功率损耗。故而，深入探究电气照明系统的节能设计极具现实意义。

1.医院照明设计需求

门诊照明设计

门诊作为医院至关重要的功能区域，其照明设计关键在于营造舒适宜人的照明环境，以促进患者与医生之间的良好沟通。因此，门诊照明需维持必要的照度并具备出色的色彩还原性，从而契合医生的工作需求。同时，为舒缓患者的焦虑情绪并避免其产生不适之感，通常优先选用无频闪的暖白光光源。门诊区域的照度标准一般设定为 300Lx，灯具布置方向多与外窗平行，且采用分区控制方式。

病房照明设计

病房是患者长时间停留的重要空间，基于医护人员与患者不同的活动需求，对照明要求存在显著差异。故而，病房整体照明设计多采用混合式方案。患者需要柔和的照明氛围以保持身心舒适，病房照度通常介于 100 - 150Lx 之间，采用无频闪、色温适宜的暖光源。医护人员则需要充足的局部照明来开展检查与治疗工作，一般在病床顶部安装高显色性半透明聚光灯，局部照度可达 300 - 500Lx。此外，考虑到夜间照明的必要性，为避免对其他患者造成干扰，原则上在墙壁踢脚线位置安装微光灯具或采用格栅百叶窗，将照明亮度控制在 1 - 2Lx。

手术及清洁区域照明设计

对于有洁净要求的空间，如工作区和重症监护室等，需配备灭菌洁净灯具。其中，手术及清洁区域对照明系统设计要求极高。以手术室照明设计为例，需安装专用手术无影灯、普通照明灯具、信号灯以及应急照明电源，且手术无影灯与普通照明应分别控制，并采用独立电路供电，以确保供电可靠性。手术室照明标准照度需在 750Lx 以上，建议按 1000Lx 进行设计，光源显色指数一般要求在 90 以上，色温需与无影灯相适配。此外，普通照明多采用内置密封灯带，为防止意外进入，应在手术室外门上方 0.2 米处安装警示灯，并配备应急照明电源。

2.建筑电气照明系统节能设计中的问题

功率因数与线路损耗问题

系统中广泛应用的荧光灯和金卤灯负荷系数较低，这一特性导致照明系统功率因数下降，进而引发较大的线路损耗。为有效解决此问题，设计人员需合理配置无功补偿功率，但这无疑增加了建筑照明系统的建设与运行成本。

电压波动影响

若系统平均电压升高幅度超过 4%，荧光灯的使用寿命将大幅缩短约一半。因此，建筑照明系统若存在明显的电压波动，不仅会缩短灯具使用寿命，还会增加供电线路运行时的功率损耗。针对此问题，需合理选择照明灯具。

3.基于节能降耗的系统设计要点

光感器设计

光感器是医院建筑电气照明系统硬件部分实现节能降耗的关键器件之一。其主要工作任务为检测医院建筑内人员的活动情况，并依据人员活动时间节点的变化，合理调控照明强度。光感器安装于每栋建筑的各楼层顶部，设定有特定的照明时间阈值。当照明时间达到阈值时，光感器会提前 2 秒重新进行人员检测，若仍有人员存在，则保持照明；若人员已离开，则立即熄灭灯具，从而有效节省建筑照明能源消耗。光感器的临界光亮度设定为 80cd/m²，有效时间设定为 300 秒。

灯具选择与布置

为营造温馨舒适的医疗环境，依据综合医院建筑各功能场所的特殊要求，参照现行国家标准《建筑照明设计标准》（GB 50034 - 2013）及相关设计规范的照明标准值，精心挑选适宜的灯具以满足医疗活动需求。

在门诊区域，灯具选择以满足医疗服务需求为导向。一般情况下，可选用网状荧光灯；若条件许可，推荐采用 LED 光源的天花板嵌板照明，照度约为 300Lx。此外，为便于医生诊断与治疗操作，可在患者头顶位置安装暖白色、色温为 4000K 的窄光束天花板灯，照度通常在 300 - 500Lx 之间。

对于手术区域，照明强度要求较高，但灯具数量不宜过多，同时需兼顾节能需求。因此，建议选用发热量低、对室内温度影响小的 LED 光源。灯具选型时还需考虑清洁卫生要求，一般选择具有良好防震效果和防眩光功能的内置密封灯带。手术室照明多采用调光方式，应避免强烈反射，照明均匀度不低于 0.7，色温需与无影灯光源相匹配，显色性接近自然光。根据手术室的面积大小和手术特点，选用无特殊阴影的灯具，并配备调光开关，采用特殊配电方案供电。

在病房区域，需配备局部照明灯具。通常选用漫反射灯具和高显色性光源，如在综合医疗带上安装模块化荧光灯，既能满足患者在床上的照明需求，又能避免对其他床位产生影响。光源色温应偏暖，功率不宜过高。

控制开关的使用

当某一区域或固定场所存在多盏灯具时，需对其进行合理管理。在自然采光充足的情况下，开关应安装在靠近窗户的位置。在室内照明设计过程中，充分考虑使用人数，若人数较少，仅开启少量灯具，其余灯具可关闭，以减少资源浪费。民用场所的居室和通道照明设计可采用统一开关控制方式，综合考虑照明条件和场所使用要求，进行合理的分组控制。影院照明设计则需进行统一管理和控制，依据影院内部标准和要求调整照明强度。酒店客房应全部配备节能控制开关，楼梯和走廊可充分利用自然采光，并安装应急照明设备和节能控制开关，光线充足时自动关闭节能控制开关。

控制器设计

对于医院建筑电气照明系统而言，准确识别并执行光感器和脉冲器发出的照明指令至关重要。因此，在系统硬件部分设计一款控制器，以实现对照明系统的有效控制。为达到预期控制效果，选用 EIB 控制系统，该控制器主要由总线、控制阀、各类零部件以及双绞线构成。总线采用二进制材料，具有高灵敏度，可识别并控制任意强度的信号。控制器输出模式采用继电器和 NPN 晶体管模式，供电电源为 24V，控制精度可达 1.0 级。为降低各器件间的工作磨损，控制器外壳采用不锈钢材质，工作功率为 2W，控制频率为 800 次 / 秒，输出有效功率为 25W。

采用新型电子节能镇流器

镇流器是节能灯不可或缺的部件。传统镇流器虽在一定程度上发挥作用，但实际效果难以满足当前需求，且能耗较高。新型电子节能镇流器具有诸多优势，如噪音低、频闪污染小、能耗低等，同时能显著降低线损率，提升电网质量水平。因此，应高度重视并合理应用电子节能镇流器，以实现良好的节能降耗效果。

4.AcrelEMS - MED 医院能源综合管理平台

平台概述

AcrelEMS - MED 医院能源管理平台紧密结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范，充分考虑医院用户需求以及能源管理部门要求，对能源、能耗、能效数据进行全面采集与深入分析，监测电能质量、智慧用电相关指标及其他用能指标，并与国家能源政策和用能模式改革相契合。该平台能够有力辅助医院后勤管理人员开展能源供应系统及设备的运行管理工作，助力医院管理层实时精准掌握医院能耗状况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了坚实的技术支撑平台。

4.2平台拓扑图

4.3医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

应用场合（配电室）	产品	型号	功能
普通照明	配电箱		ASL220-S 系列	1、ALIBUS总线扩展模块，通信链路供电。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持继电器输出，输出可通过按钮手动控制，输出状态液晶屏显示。 4、2路开关量输入，可接入开关、报警、人体红外感应器等信号。 外形尺寸: 144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm标准导轨式安装
按键面板		ASL220-F1/2	1联两键 1、ALIBUS总线场景面板，通信链路供电； 2、1联2键轻触按键，多彩背光指示，金、黑、灰可选； 3、每个按键支持长按、短按功能，均可实现开关、调光、场景控制； 4、外形尺寸: 86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安装
探测器		ASL220-PM/T	PIR+照度传感器 1、ALIBUS总线传感器，通信链路供电,功耗：20mA@24V； 2、特殊运算电路，可通过红外感应探测到人体动作； 4、安装方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；产品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
备用照明	双切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS总线扩展模块，通信链路供电。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持继电器输出。 4、1路开关量输入，可接入开关、报警、人体红外感应器等信号，1路485通讯。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防联动启动一般照明（备用照明）。 7、35mm标准导轨式安装
应用场合（舱室）	产品	型号	功能
普通照明	配电箱		ASL220-S 系列	1、ALIBUS总线扩展模块，通信链路供电。 2、功耗：≤5VA 3、4路16A磁保持继电器输出，输出可通过按钮手动控制，输出状态液晶屏显示。 4、2路开关量输入，可接入开关、报警、人体红外感应器等信号。 5、外形尺寸:144mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、35mm标准导轨式安装
按键面板		ASL220-F1/2	1联两键 1、ALIBUS总线场景面板，通信链路供电； 2、1联2键轻触按键，多彩背光指示，金、黑、灰可选； 3、每个按键支持长按、短按功能，均可实现开关、调光、场景控制； 4、外形尺寸:86mm(W)*86mm(H)*24mm(D)； 5、86底盒安装
探测器		ASL220-PM/T	PIR+照度传感器 1、ALIBUS总线传感器，通信链路供电,功耗：20mA@24V； 2、特殊运算电路，可通过红外感应探测到人体动作； 4、安装方式：嵌入式； 5、外形尺寸：ф80mm*33mm；产品外露尺寸：ф80mm*2.5mm
备用照明	双切箱		ASL210-S 系列	1、ALIBUS总线扩展模块，通信链路供电。 2、功耗：≤3VA 3、4路16A磁保持继电器输出。 4、1路开关量输入，可接入开关、报警、人体红外感应器等信号，1路485通讯。 5、外形尺寸:108mm(W)*90mm(H)*70mm(D)。 6、消防联动启动一般照明（备用照明）。 7、35mm标准导轨式安装
IP网关		ASL200-485-IP	IP协议转换器（ALIBUS<-->TCP/IP） 1、1路ALIBUS通信总线接口。 2、1路RS485 3、1路以太网接口，以太网通讯 4、串口速率1200~115200bps可配置。串口支持标准MODBUS-RTU协议。 5、外形尺： 96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D)。 6、35mm标准导轨式安装 7、IP地址设置连接、ALIBUS系统组网扩容、ALIBUS通讯软件连接
IP辅助电源		ASL200-P20	辅助电源 1、输入电压范围：176-264VAC 2、输出电压及功率：24VDC/20W 3、电压调整范围：21.6~29V 4、工作温度:-40~+70℃ 5、外形尺寸：96.6mm(W)*70mm(H)*18mm(D) 6、35mm标准导轨式安装

5结束语

近年来，新的大型医院建筑不断涌现，医院的服务质量和水平也在不断提高。作为24小时不间断运行的公共建筑，医院照明系统中灯具的种类和数量非常多。良好的照明环境和舒适度可以提高患者的康复效果，降低医疗失误率。医院照明系统有引导、手术、等待、住院、急诊、值班、用餐、监控、室外照明等类别和要求。照明能耗约占医院总能耗的8%~15%，能耗占比很大。

参考文献：

周梁燕.基于节能降耗的医院建筑电气照明系统设计

刘文茜.浅析大型医院建筑照明系统设计[J].中国设备工程,2021(23):104-105.

时登福.建筑电气照明系统节能优化设计技术要点分析[J].光源与照明,2021(06):7-8.

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．

[5] 安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10

审核编辑 黄宇