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(diǎn)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(jì)沿用地面建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(jì)效能的發(fā)揮。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)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(diǎn)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(shí)間長、照度和可靠性要求高，潮濕對(duì)燈具及線路影響較大。長期以來，地下建筑的照明設(shè)計(jì)沿用地面建筑的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)出現(xiàn)視覺疲勞、頭昏、神經(jīng)衰弱等癥狀，嚴(yán)重影響了地下建筑戰(zhàn)略功能和經(jīng)濟(jì)效能的發(fā)揮，因此，必須對(duì)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、安全防范等子系統(tǒng)，智能照明系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)滯后。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，對(duì)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(jì)，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(shí)別所觀察的對(duì)象，從事相應(yīng)的活動(dòng)，并保證身心健康，提高勞動(dòng)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(diǎn)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(xì)致的效能研究，為照明設(shè)計(jì)提供科學(xué)

　　的依據(jù)

　　照明質(zhì)量的評(píng)價(jià)是一個(gè)十分復(fù)雜、涉及諸多因素的問題。長期以來，照明設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)照明效果。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，照明設(shè)計(jì)不僅在數(shù)量指標(biāo)方面應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)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(duì)人具有不同的視覺感受，不同人、不同時(shí)間、不同場(chǎng)所，甚至人的不同情緒都會(huì)反映出對(duì)亮暗和色彩的不同感受，照明設(shè)計(jì)要體現(xiàn)人和環(huán)境相互關(guān)系，營造一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)和以人為本的環(huán)境模式，再加上設(shè)計(jì)人員的水平、經(jīng)驗(yàn)參差不齊，使得照明效能的實(shí)現(xiàn)得不到保證，甚至?xí)驗(yàn)樵O(shè)計(jì)和運(yùn)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(shí)代的發(fā)展要求我們開拓創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)。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(bǔ)補(bǔ)，那樣我們的認(rèn)識(shí)水平永遠(yuǎn)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(jì)的人員要到工程實(shí)踐中去，實(shí)際調(diào)查地下建筑的性質(zhì)、規(guī)模、特點(diǎn)和要求，認(rèn)真聽取用戶的感受和建議，切身體驗(yàn)照明效能的實(shí)現(xiàn)，通過大量的試驗(yàn)，得出不同地下建筑、不同功能單元及同一地點(diǎn)不同時(shí)間、不同人流量時(shí)的照度標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境模式。總之，提高認(rèn)識(shí)的高度，把握以人為本的理念，在設(shè)計(jì)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(hù)，而環(huán)境有利于保護(hù)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(duì)各類燈具進(jìn)行無級(jí)連續(xù)調(diào)光和緩和的場(chǎng)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。

　　（2）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(jìn)深的部位進(jìn)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(qiáng)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(jià)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(dá)到95％以上，經(jīng)過不斷改進(jìn)，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(jì)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(jìn)展，通過進(jìn)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(jià)值的光源。熒光燈家族中還先后出現(xiàn)了超細(xì)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(dòng)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(qiáng)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(jìn)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(rèn)為21世紀(jì)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(jìn)、發(fā)展及不斷涌現(xiàn)的新光源。在設(shè)計(jì)施工中，根據(jù)地下建筑的性質(zhì)、規(guī)模、特點(diǎn)和要求，綜合比較各種光源的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，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(duì)各類燈具進(jìn)行無級(jí)連續(xù)調(diào)光和緩和的場(chǎng)景切換控制

　　傳統(tǒng)的照明都是在需要時(shí)打開，不需要時(shí)關(guān)閉，工作模式和控制方法比較死板，照度和場(chǎng)景很難改變，用戶即使不滿意，也無能為力，如果進(jìn)行改造，將造成重復(fù)性投資。隨著信息時(shí)代的來臨，智能照明系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它完備的控制功能和預(yù)置的多種可切換場(chǎng)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(shí)間段或人們的不同需要自動(dòng)調(diào)節(jié)照度，改善工作環(huán)境，同時(shí)節(jié)約能源，降低運(yùn)行費(fèi)用。

　　某些重要區(qū)域通過調(diào)光方式和場(chǎng)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(yùn)行費(fèi)用中得到經(jīng)濟(jì)回報(bào)，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(chǎng)控制、遙控、時(shí)間控制、電話控制、可視化軟件控制、場(chǎng)景設(shè)置、燈光軟啟動(dòng)、調(diào)光、亮度記憶等。筆者認(rèn)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(chǎng)進(jìn)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(tái)智能照明中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)，在該計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)動(dòng)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(gè)智能照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)需要用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖形來進(jìn)行控制。中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)具有歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，能實(shí)時(shí)提供智能照明系統(tǒng)的資料，并生成和打印各種報(bào)表，為設(shè)備維護(hù)提供依據(jù)。

　　系統(tǒng)采用專用的編程軟件，操作人員可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(chǎng)控制

　　在一些人員經(jīng)常工作的地方（如會(huì)議室、控制室、主要通道、重要辦公場(chǎng)所）設(shè)置智能開關(guān)代替普通的機(jī)械式開關(guān)，中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)不工作時(shí)也可在現(xiàn)場(chǎng)控制燈光。它由230V的交流電源直接供電，按動(dòng)開關(guān)上的按鈕，可作為一個(gè)普通的開關(guān)使用；同時(shí)，有一個(gè)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(hào)，使用遙控器可以對(duì)電子開關(guān)進(jìn)行控制。

　　現(xiàn)場(chǎng)智能開關(guān)可設(shè)定密碼保護(hù)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(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)智能開關(guān)均可實(shí)現(xiàn)多種控制功能，包括全開全關(guān)，無級(jí)連續(xù)調(diào)光、緩和場(chǎng)景切換等。全開全關(guān)功能可確保人員離開地下建筑時(shí)，那些受智能系統(tǒng)控制的燈具停止工作。在工作時(shí)經(jīng)常需要多種環(huán)境模式的場(chǎng)所，如在人防、國防工程的會(huì)議室、作戰(zhàn)指揮室設(shè)置緩和的場(chǎng)景切換控制，使用時(shí)只需選擇相應(yīng)的場(chǎng)景按鍵，會(huì)自動(dòng)按設(shè)定好的方式打開相應(yīng)區(qū)域的照明回路，實(shí)現(xiàn)適合開會(huì)、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(hào)轉(zhuǎn)換為電力載波信號(hào)，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(cè)功能的燈具：當(dāng)探測(cè)到人體移動(dòng)時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)光照明，人走燈關(guān)。同時(shí)宜設(shè)并聯(lián)定位開關(guān)，以便必要時(shí)解除感應(yīng)或探測(cè)功能。

　　2.1.6燈光軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷

　　地下建筑的照明條件遠(yuǎn)不如地面建筑，為保護(hù)人員的身體健康，特別是眼健康，在那些人員長期工作的場(chǎng)所，燈光可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷。開燈時(shí)，燈光由暗漸漸變亮；關(guān)燈時(shí)，燈光由亮漸漸變暗。軟啟動(dòng)、軟關(guān)斷還能保護(hù)燈泡，延長使用壽命，節(jié)約維護(hù)經(jīng)費(fèi)。另外，燈光可配備亮度記憶功能，以免進(jìn)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(shí)，應(yīng)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)區(qū)域的應(yīng)急照明，強(qiáng)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(jì)算機(jī)控制而禁止用監(jiān)控計(jì)算機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)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(kuò)展性、開放性和電磁兼容性。

　　智能照明控制系統(tǒng)是整個(gè)地下建筑智能化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)接口與其他控制系統(tǒng)兼容進(jìn)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(yuǎn)，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(dòng)機(jī)、電力變壓器、復(fù)印機(jī)等）保持必要的隔離；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)、有效的屏蔽；上升時(shí)間，即電壓從額定電壓的5％上升至95％所用的時(shí)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(chǎng)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(hù)費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展更加便捷，保護(hù)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(dú)立運(yùn)行，給生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、用戶使用與維護(hù)都增加了不必要的麻煩。把兩者集成到一個(gè)箱體內(nèi)，做成一體化照明智能控制箱，使用時(shí)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(cái)力，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)用價(jià)值更高。

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