智能建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘 要】照明系統(tǒng)是智能建筑中的重要組成部分。智能建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在建筑智能化領(lǐng)域中有著重要的地位。本文通過對照明線路與配電線路的設(shè)計(jì)，采用集散型控制系統(tǒng)來完成照度控制、節(jié)能控制及自動(dòng)控制，從而達(dá)到綠色智能的效果。

【關(guān)鍵詞】智能建筑；照明；配電；控制

1.引言

隨著計(jì)算機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)建筑中的電氣、通訊等設(shè)備的自動(dòng)化程度越來越高，其所創(chuàng)造的空間舒適度也越來越好，人們迫切要求建筑在管理及控制方面實(shí)現(xiàn)智能化，因此照明系統(tǒng)作為智能建筑的重要組成部分而快速發(fā)展。

2.智能建筑照明線路設(shè)計(jì)

照明線路的設(shè)計(jì)和變電所系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容、過程和步驟類似。照明系統(tǒng)的監(jiān)控主要有：照度控制、節(jié)能控制和自動(dòng)控制。其調(diào)光原理是，當(dāng)天然光較弱時(shí)，自動(dòng)增強(qiáng)人工照明，當(dāng)天然光較強(qiáng)時(shí)，自動(dòng)減弱人工照明。即人工照明的照度與天然光照度成反比例變化，以使兩者始終能夠動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償。

調(diào)光方法可分為照度平衡型和亮度平衡型兩大類。前者可使近窗處工作面與房間深部工作面上的照度達(dá)到平衡，盡可能均勻一致；后者可使室內(nèi)人工照明亮度與窗的亮度比例達(dá)到平衡，消除人與物的黑相，多用于照明質(zhì)量要求高的場所。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)對照明空間的照明質(zhì)量要求，實(shí)測室內(nèi)天然光照度分布曲線，選擇調(diào)光方式和控制方案。調(diào)光時(shí)，根據(jù)工作面上的照度標(biāo)準(zhǔn)和傳感器檢測的天然光亮度變化信號自動(dòng)控制照明燈具。

照度調(diào)節(jié)的這一系列過程是通過采用OptiSYS LCS-300分布式無線智能照明系統(tǒng)來完成，OptiSYS LCS-300分布式無線智能照明系統(tǒng)有著先進(jìn)的照明監(jiān)控方法和監(jiān)控計(jì)算機(jī)將控制，數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸給CPU模塊，經(jīng)過CPU模塊的處理再通過CAN總線傳輸給各個(gè)調(diào)光模塊或者通訊等模塊，可以實(shí)現(xiàn)對各種照明燈具更專業(yè)、更靈活的開關(guān)控制或調(diào)光控制，是實(shí)現(xiàn)舒適照明的有效手段，也是節(jié)能的有效措施。照度控制、節(jié)能控制以及自動(dòng)控制相互配合，以達(dá)到最佳的節(jié)能控制要求。

3.智能建筑照明配電線路設(shè)計(jì)

3.1照明負(fù)荷計(jì)算

照明系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算通常采用負(fù)荷密度法。負(fù)荷密度法定義為單位面積上的負(fù)荷需求量與建筑面積的乘積，即

Pjs=KA/100

式中，Pjs——建筑物的總負(fù)荷計(jì)算（KW）

K——單位面積上的負(fù)荷需求量（W/m2）

A——建筑面積（m2）

3.2照明設(shè)備選擇

（1）線路電流的計(jì)算

線路電流是影響導(dǎo)線溫升的重要因素，所以有關(guān)導(dǎo)線、電纜截面選擇的計(jì)算首先是確定線路的計(jì)算電流。根據(jù)國家設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，三相照明電路中各相負(fù)荷的分配應(yīng)盡量保持平衡，每個(gè)分配電盤中最大與最小的相負(fù)荷電流不宜超過30%。單相負(fù)荷應(yīng)盡可能地均勻分配在三相線路上，當(dāng)計(jì)算范圍內(nèi)單相用電設(shè)備容量之和小于總設(shè)備容量的15%時(shí)，可按三相平衡負(fù)荷計(jì)算。

（2）導(dǎo)線和電纜的選擇與敷設(shè)

a.導(dǎo)體材料以及電線和電纜型號的選擇

電線、電纜一般采用鋁芯線。在確保長期運(yùn)行、連接可靠的回路中，在高層建筑中，或者在特別重要的公共建筑中，高溫設(shè)備中，應(yīng)急系統(tǒng)中，應(yīng)采用銅芯電線和電纜。電線和電纜的型號與截面的選擇根據(jù)需要確定。選擇的步驟和供配電系統(tǒng)的導(dǎo)線截面選型類似。

b.照明配電線路的保護(hù)與低壓電氣的選擇

（a）短路保護(hù)

照明配電線路的短路保護(hù)，應(yīng)在短路電流對導(dǎo)線和連接件產(chǎn)生的熱作用和電動(dòng)作用造成危害之前切斷短路電流。短路保護(hù)，電氣的分?jǐn)嗄芰?，?yīng)能切斷安裝處的最大預(yù)期短路電流。所有照明配電線路均應(yīng)設(shè)置短路保護(hù)，主要選用熔斷器、低壓斷路器以及能承擔(dān)短路保護(hù)的漏電保護(hù)器作為短路保護(hù)。對于照明配電線路，干線或分干線的保護(hù)電氣應(yīng)裝設(shè)在每回線路的電源測、線路的分支處和線路載流量的減小處。

（b）過負(fù)載保護(hù)

照明配電線路過負(fù)載保護(hù)的目的是，在線路過負(fù)載電流所引起導(dǎo)體的溫升對其絕緣、接插頭、端子和周圍物質(zhì)造成嚴(yán)重?fù)p害之前切斷電路。過負(fù)載保護(hù)器宜采用反時(shí)限特性的保護(hù)電器，其分?jǐn)嗄芰傻陀诒Ｗo(hù)電器安裝處的短路電流，但應(yīng)能承受通過的短路能量。過負(fù)載保護(hù)電器的原定動(dòng)作電流應(yīng)大于被保護(hù)照明線路的計(jì)算電流，但應(yīng)小于被保護(hù)照明線路允許持載流量的1.45倍。

（c）接地故障保護(hù)

接地故障保護(hù)是指因絕緣損壞致使相線對地和與地有聯(lián)系的導(dǎo)電體之間的短路，它包括相線與大地，以及PE線、PEN線、配電設(shè)備和照明燈具的金屬外殼、敷線管槽、建筑物金屬構(gòu)件之間的線路。由于接地故障電流較小，保護(hù)方式還因接地形式和故障回路阻抗不同而異，所以接地故障保護(hù)比較復(fù)雜。接地保護(hù)總的原則是：切斷接地故障的時(shí)限，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)接地形式和用電設(shè)備使用情況確定，但最長不宜超過5s。應(yīng)設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，將電氣線路的PE干線和PEN干線與建筑物金屬構(gòu)件和金屬管道等導(dǎo)電體連接。

（3）照明光源選擇

選擇照明光源時(shí)需要綜合考慮照明設(shè)施的要求、使用環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)合理性等因素。在建筑物內(nèi)應(yīng)用最多的低氣壓弧光放電光源為熒光燈，隨著技術(shù)的提高，熒光燈無論在光效、顯色性、色溫還是在節(jié)能方面都有了很大提高。特別在附件方面：

a.鎮(zhèn)流器，以往多采用電阻、電感鎮(zhèn)流器，它們功率損耗大或使電路的功率因數(shù)降低?，F(xiàn)在很多公司推出電子鎮(zhèn)流器，其主要特點(diǎn)就是環(huán)保節(jié)能。它環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，可延長燈管使用壽命，節(jié)約能耗，它的自身損耗占光源的5%--10%，對電網(wǎng)無污染。

b.補(bǔ)償電容，在每個(gè)熒光燈燈具上都帶有自補(bǔ)償電容，進(jìn)一步提高功率因數(shù)，使功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。

3.3照明控制方法

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，信息控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了全面的普及和推廣，它們在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，使得照明控制有了長足的進(jìn)步。照明控制逐漸成為照明設(shè)計(jì)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，同時(shí)，照明控制對綠色照明計(jì)劃的實(shí)施也具有特別的意義。

（1）照明控制策略

照明設(shè)計(jì)倡導(dǎo)“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，營造人性化的效果。照明控制策略有三種：晝光控制、時(shí)間表控制以及局部光環(huán)境控制。在公共場所中，我們可以采用晝光控制策略。晝光照明控制器由光敏傳感器、開關(guān)和調(diào)光裝置組成，隨自然光的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)點(diǎn)燈開啟的數(shù)量。當(dāng)晝光提供的照度增加時(shí)，關(guān)閉一定量的點(diǎn)燈，反之亦然。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，無需人為動(dòng)作。

（2）照明控制方式

照明控制方式主要有兩種：靜態(tài)控制和動(dòng)態(tài)控制。

a.靜態(tài)控制——開關(guān)控制

根據(jù)燈具的使用情況以及不同的功能需求，方便地開燈或關(guān)燈。這是燈具最簡單，最根本的控制方式。開關(guān)控制可分為翹板開關(guān)控制、斷路器開關(guān)控制、紅外傳感器開關(guān)控制等。其中紅外傳感器與調(diào)光技術(shù)的并用，不僅可以控制燈的開關(guān)狀態(tài)，而且可以控制空間的照度水平，這將使人走入黑暗空間的情況大為減少。

b.動(dòng)態(tài)控制——調(diào)光控制

調(diào)光控制是為了實(shí)現(xiàn)不同類型用房的多功能性，是營造不同光環(huán)境的有效方式。調(diào)光就是要改變光源的光通量輸出。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，通過控制可控電力電子器件的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)負(fù)載的輸入電壓，改變光源的輸入功率，從而使光源輸出的光通量發(fā)生變化。

（3）綠色照明

隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，尤其是城市夜景照明的發(fā)展，照明能耗在整個(gè)建筑能耗中所占比例日益增加，照明節(jié)能日顯重要。照明節(jié)能一般可以通過兩條途徑實(shí)現(xiàn)：使用最有效的照明裝置以及合理選擇照明控制方式和控制系統(tǒng)。

4.結(jié)語

智能建筑照明系統(tǒng)是一個(gè)龐大的實(shí)用性領(lǐng)域，隨著各種高新技術(shù)的發(fā)展和融入呈現(xiàn)出精細(xì)化、交叉化和高端化的發(fā)展趨勢，具有強(qiáng)大的生命力。

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作者簡介：

李玉軒，性別：男，天津工業(yè)大學(xué)在職研究生 研究方向：控制理論與控制工程，工作單位：天津城市職業(yè)學(xué)院 講師