地下建筑照明效能及智能照明控制系統(tǒng)研究

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　摘要：與地面建筑相比，地下建筑最大的特點是沒有天然采光，主要依賴人工照明。長期以來，地下建筑的照明設(shè)計沿用地面建筑的設(shè)計標準，照明效能一直沒有得到很好的利用，導(dǎo)致工作人員工作效率下降，身體健康受損，影響了地下建筑戰(zhàn)略功能和經(jīng)濟效能的發(fā)揮。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，對照明系統(tǒng)的節(jié)能和科學(xué)管理提出了越來越高的要求，地下建筑照明的地位越來越重要，必須引起高度重視。電光源的不斷發(fā)展、新型光源的出現(xiàn)及智能照明控制系統(tǒng)的誕生，為解決以上問題奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：地下 建筑 照明 智能照明 控制 系統(tǒng)

　　與地面建筑相比，地下建筑最大的特點是沒有天然采光，主要依賴人工照明措施，因此，地下建筑的照明使用時間長、照度和可靠性要求高，潮濕對燈具及線路影響較大。長期以來，地下建筑的照明設(shè)計沿用地面建筑的設(shè)計標準，照明效能一直沒有得到很好的利用，工作人員長期在這種環(huán)境中工作，不但使工作效率下降，而且會出現(xiàn)視覺疲勞、頭昏、神經(jīng)衰弱等癥狀，嚴重影響了地下建筑戰(zhàn)略功能和經(jīng)濟效能的發(fā)揮，因此，必須對地下建筑的照明效能做具體深入的研究。

　　傳統(tǒng)的建筑自控系統(tǒng)一般只包括計算機網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)自動報警、安全防范等子系統(tǒng)，智能照明系統(tǒng)的發(fā)展相對滯后。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，對照明系統(tǒng)的節(jié)能和科學(xué)管理提出了越來越高的要求。尤其是地下建筑照明能耗占電力能耗的比重大，照明的地位越來越重要。在我國，照明能耗約占電力能耗的10~12％，而地下建筑照明能耗所占的比例更高，根據(jù)筆者統(tǒng)計，約占35％左右。因此，在地下建筑中，應(yīng)把智能照明作為智能化系統(tǒng)重要的組成部分來考慮，合理選用光源、燈具及性能優(yōu)越的照明控制系統(tǒng)，提高照明質(zhì)量和節(jié)能效果。

　　1、地下建筑照明效能探討

　　照明可以人為地創(chuàng)造良好的光照條件，使人眼既無困難又無損傷、舒適而高效地識別所觀察的對象，從事相應(yīng)的活動，并保證身心健康，提高勞動生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少各種事故。采用不同形式、不同大小的燈具，利用光照的方向性和層次性等特點還可以渲染建筑的功能，烘托環(huán)境的氣氛。

　　1.1做好深入細致的效能研究，為照明設(shè)計提供科學(xué)

　　的依據(jù)

　　照明質(zhì)量的評價是一個十分復(fù)雜、涉及諸多因素的問題。長期以來，照明設(shè)計一直是以照明的照亮度、均勻度、立體感、眩光、顯色性指數(shù)和物體的顏色參數(shù)等物理量為標準進行設(shè)計和評價照明效果。隨著時代的發(fā)展和科技的進步，照明設(shè)計不僅在數(shù)量指標方面應(yīng)達到標準的要求，更要綜合考慮人的視覺特性、舒適感、建筑照明藝術(shù)和節(jié)能等因素。不同亮度和色彩對人具有不同的視覺感受，不同人、不同時間、不同場所，甚至人的不同情緒都會反映出對亮暗和色彩的不同感受，照明設(shè)計要體現(xiàn)人和環(huán)境相互關(guān)系，營造一個舒適、明亮并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境。

　　到目前為止，地下建筑照明效能的研究近乎于空白，缺乏科學(xué)合理的照度標準和以人為本的環(huán)境模式，再加上設(shè)計人員的水平、經(jīng)驗參差不齊，使得照明效能的實現(xiàn)得不到保證，甚至?xí)驗樵O(shè)計和運用不當(dāng)，產(chǎn)生光污染，如眩光、頻閃、顯色失真，產(chǎn)生一些人們不需要的熱量、紅外線和紫外線等。

　　時代的發(fā)展要求我們開拓創(chuàng)新，與時俱進。如果因循守舊，照搬照抄前人的成果，或只做表面上的修修補補，那樣我們的認識水平永遠都停留在當(dāng)前的高度上，裹足不前。從事照明研究和設(shè)計的人員要到工程實踐中去，實際調(diào)查地下建筑的性質(zhì)、規(guī)模、特點和要求，認真聽取用戶的感受和建議，切身體驗照明效能的實現(xiàn)，通過大量的試驗，得出不同地下建筑、不同功能單元及同一地點不同時間、不同人流量時的照度標準和環(huán)境模式?？傊?，提高認識的高度，把握以人為本的理念，在設(shè)計中兼顧科學(xué)性和藝術(shù)性，體現(xiàn)人和環(huán)境的相互關(guān)系，使工作人員樂于身臨其境并自覺維護，而環(huán)境有利于保護人的身心健康和提高工作效率。

　　1.2充分利用新產(chǎn)品、新技術(shù)，改善地下建筑的環(huán)境

　　改善地下建筑工作環(huán)境，提高照明效能可以采用以下措施，一是通過新型采光方法和材料有效地利用天然光；二是在人工照明中選用高品質(zhì)的照明光源；三是對各類燈具進行無級連續(xù)調(diào)光和緩和的場景切換控制。

　　1.2.1通過新型采光方法和材料有效地利用天然光

　　利用天然光的常見方法有：

　?。?）導(dǎo)光管法

　　用導(dǎo)光管將太陽集光器收集的光線傳送到室內(nèi)需要采光的地方，如中國建筑科學(xué)院的地下建筑天然采光研究成果，就是用此法解決天然采光問題。

　?。?）棱鏡組多次反射法

　　用一組傳光棱鏡將集光器收集的太陽光傳送到需要采光的部位。澳大利亞用這種方法把光送到房間10m進深的部位進行照明；英國用這種方法解決了地下建筑和無窗建筑的采光。

　　1.2.2選用高品質(zhì)的照明光源

　　傳統(tǒng)的地下建筑中，普遍采用白熾燈和熒光燈作為照明光源，高強度氣體放電燈也有使用。

　　通過幾代科技人員不懈的努力，白熾燈的光效和壽命得到大幅度的提高，而價格卻下降了10倍，使其在室內(nèi)照明中獲得廣泛的應(yīng)用。1959年，人們又發(fā)明了鹵鎢循環(huán)原理的石英白熾燈，它體積小，光效維持率達到95％以上，經(jīng)過不斷改進，鹵鎢燈的結(jié)構(gòu)逐步小型化，壽命和發(fā)光效率比普通白熾燈有較大提高。

　　20世紀40年代，由于節(jié)能的需要，出現(xiàn)了熒光燈。80年代以來，緊湊型熒光燈完成了系列化、電子化、一體化和大功率化的進展，通過進一步應(yīng)用電子鎮(zhèn)流器和三基色熒光粉，節(jié)能效果更加理想，顯色指數(shù)顯著提高，成為室內(nèi)照明中取代白熾燈最有潛在價值的光源。熒光燈家族中還先后出現(xiàn)了超細管徑冷陰極熒光燈、無極熒光燈和無汞平面熒光燈，這些燈具在光效、光亮度、壽命、啟動甚至環(huán)保等方面各有千秋，已經(jīng)被用于地下建筑照明。

　　在地下建筑大面積照明中，經(jīng)常用到節(jié)能型的高強度氣體放電燈。高壓汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈都屬于這類光源。特別值得注意的是使用陶瓷材料作內(nèi)管的陶瓷金屬鹵化物燈，光效更高，光色更好，更穩(wěn)定，而且體積小、亮度高，便于做投影光源。

　　近來又出現(xiàn)了比傳統(tǒng)光源更先進的新型光源，其中最典型的是半導(dǎo)體發(fā)光二極管。他具有高亮度、低功耗、響應(yīng)快、壽命長等傳統(tǒng)光源無法比及的特性，被公認為21世紀最有前途的光源。

　　創(chuàng)新是沒有止境的，我們既要熟悉早期研制的、已獲得廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)光源，更要密切關(guān)注傳統(tǒng)光源的改進、發(fā)展及不斷涌現(xiàn)的新光源。在設(shè)計施工中，根據(jù)地下建筑的性質(zhì)、規(guī)模、特點和要求，綜合比較各種光源的技術(shù)和經(jīng)濟指標，選用高效節(jié)能的光源，采用高品質(zhì)的綠色照明燈具，優(yōu)化照明配電系統(tǒng)，最大限度發(fā)揮照明的效能，使用戶更加滿意。

　　1.2.3對各類燈具進行無級連續(xù)調(diào)光和緩和的場景切換控制

　　傳統(tǒng)的照明都是在需要時打開，不需要時關(guān)閉，工作模式和控制方法比較死板，照度和場景很難改變，用戶即使不滿意，也無能為力，如果進行改造，將造成重復(fù)性投資。隨著信息時代的來臨，智能照明系統(tǒng)應(yīng)運而生，它完備的控制功能和預(yù)置的多種可切換場景可以滿足用戶不同的需求。

　　開關(guān)和調(diào)光是智能照明控制系統(tǒng)的兩種控制方式，控制系統(tǒng)通過合理管理可根據(jù)不同時間段或人們的不同需要自動調(diào)節(jié)照度，改善工作環(huán)境，同時節(jié)約能源，降低運行費用。

　　某些重要區(qū)域通過調(diào)光方式和場景（由各照明回路不同的亮暗搭配組成的某種燈光效果）設(shè)置功能產(chǎn)生各種燈光效果，營造不同的燈光環(huán)境，給人以舒適完美的視覺享受。用戶能在降低運行費用中得到經(jīng)濟回報，在短期內(nèi)回收前期設(shè)備投資。

　　2、地下建筑智能照明控制系統(tǒng)探討

　　2.1智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)具備的功能

　　智能照明控制包括：集中控制、現(xiàn)場控制、遙控、時間控制、電話控制、可視化軟件控制、場景設(shè)置、燈光軟啟動、調(diào)光、亮度記憶等。筆者認為，地下建筑應(yīng)考慮設(shè)置以下功能。

　　2.1.1集中控制

　　與地面建筑相比，大多數(shù)地下建筑軸線長，各功能單元分布較為分散，都在現(xiàn)場進行照明的控制、巡檢很困難。設(shè)置集中控制以后，問題將迎刃而解。

　　在中央控制室設(shè)一臺智能照明中央監(jiān)控計算機，在該計算機上用圖形模擬顯示照明設(shè)備平面布置圖，在圖上以形象直觀的方式實時動態(tài)地顯示各區(qū)域的照明設(shè)備使用狀況。操作人員可通過界面監(jiān)視整個智能照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)，根據(jù)需要用鼠標點擊圖形來進行控制。中央監(jiān)控計算機具有歷史數(shù)據(jù)存儲能力，能實時提供智能照明系統(tǒng)的資料，并生成和打印各種報表，為設(shè)備維護提供依據(jù)。

　　系統(tǒng)采用專用的編程軟件，操作人員可對系統(tǒng)進行程序修改或編程。

　　通過手持式編程器插入網(wǎng)絡(luò)上的編程接口，就可修改照明工作狀態(tài)的參數(shù)。

　　2.1.2現(xiàn)場控制

　　在一些人員經(jīng)常工作的地方（如會議室、控制室、主要通道、重要辦公場所）設(shè)置智能開關(guān)代替普通的機械式開關(guān)，中央監(jiān)控計算機不工作時也可在現(xiàn)場控制燈光。它由230V的交流電源直接供電，按動開關(guān)上的按鈕，可作為一個普通的開關(guān)使用；同時，有一個內(nèi)置的接收器可以接收遙控器或無線探頭發(fā)出的信號，使用遙控器可以對電子開關(guān)進行控制。

　　現(xiàn)場智能開關(guān)可設(shè)定密碼保護功能，避免無關(guān)人員操作。

　　2.1.3多種控制功能

　　中央監(jiān)控計算機和現(xiàn)場智能開關(guān)均可實現(xiàn)多種控制功能，包括全開全關(guān)，無級連續(xù)調(diào)光、緩和場景切換等。全開全關(guān)功能可確保人員離開地下建筑時，那些受智能系統(tǒng)控制的燈具停止工作。在工作時經(jīng)常需要多種環(huán)境模式的場所，如在人防、國防工程的會議室、作戰(zhàn)指揮室設(shè)置緩和的場景切換控制，使用時只需選擇相應(yīng)的場景按鍵，會自動按設(shè)定好的方式打開相應(yīng)區(qū)域的照明回路，實現(xiàn)適合開會、放映投影或研究地圖等功能的環(huán)境。

　　2.1.4遙控功能

　　一般情況下，地下建筑尤其是地道式和坑道式地下工程，軸線長，支坑道多，有必要裝設(shè)遙控裝置。遙控器或無線探頭可以發(fā)出無限射頻，這種無限射頻能穿越障礙物，被智能開關(guān)上的接收器接收，無線接收器可把無線信號轉(zhuǎn)換為電力載波信號，并發(fā)送到220V電力線路上。

　　2.1.5人體感應(yīng)功能

　　在衛(wèi)生間或一些通道處裝設(shè)感應(yīng)開關(guān)或有紅外線探測功能的燈具：當(dāng)探測到人體移動時，會自動發(fā)光照明，人走燈關(guān)。同時宜設(shè)并聯(lián)定位開關(guān)，以便必要時解除感應(yīng)或探測功能。

　　2.1.6燈光軟啟動、軟關(guān)斷

　　地下建筑的照明條件遠不如地面建筑，為保護人員的身體健康，特別是眼健康，在那些人員長期工作的場所，燈光可實現(xiàn)軟啟動、軟關(guān)斷。開燈時，燈光由暗漸漸變亮；關(guān)燈時，燈光由亮漸漸變暗。軟啟動、軟關(guān)斷還能保護燈泡，延長使用壽命，節(jié)約維護經(jīng)費。另外，燈光可配備亮度記憶功能，以免進行重復(fù)性設(shè)置。

　　2.1.7火災(zāi)應(yīng)急照明控制

　　地下建筑防火要求很高，發(fā)生火災(zāi)時，應(yīng)自動啟動相應(yīng)區(qū)域的應(yīng)急照明，強行關(guān)閉一般照明回路。事故照明可選擇僅用消防中心的計算機控制而禁止用監(jiān)控計算機或現(xiàn)場控制，也可選擇都有控制權(quán)。

　　另外，控制系統(tǒng)要具有良好的可擴展性、開放性和電磁兼容性。

　　智能照明控制系統(tǒng)是整個地下建筑智能化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可以通過標準接口與其他控制系統(tǒng)兼容進行互聯(lián)。

　　為了抑制電磁干擾，使系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性，總線傳輸距離較遠，可采取以下措施：與附近可能產(chǎn)生電磁干擾的電氣設(shè)備（如電動機、電力變壓器、復(fù)印機等）保持必要的隔離；對系統(tǒng)進行連續(xù)、有效的屏蔽；上升時間，即電壓從額定電壓的5％上升至95％所用的時間，應(yīng)超過200μs.

　　2.2智能照明控制系統(tǒng)的效益和展望

　　采用智能照明控制系統(tǒng)帶來的好處主要表現(xiàn)在：照明控制智能化；照度的一致性；場景變換靈活；可觀的節(jié)能效果；延長光源壽命；提高管理水平，減少維護費用。因此，智能照明控制系統(tǒng)自誕生起就引起了人們的高度重視，并具備良好的發(fā)展前景。

　　今后，它將繼續(xù)朝著智能化、小型化、標準化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)更加優(yōu)化，功能更加完善，擴展更加便捷，保護更加可靠，節(jié)能更加可觀。值得一提的是，當(dāng)前的控制系統(tǒng)中，照明控制箱和智能控制器都是獨立運行，給生產(chǎn)、設(shè)計、用戶使用與維護都增加了不必要的麻煩。把兩者集成到一個箱體內(nèi)，做成一體化照明智能控制箱，使用時只需連接外部連線，安裝更方便，使用更可靠，也更加節(jié)省人力、物力、財力，帶來更大的經(jīng)濟效益，實用價值更高。

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