日光照明與智能控制一體化照明系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

姜振華

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 機(jī)電總承包事業(yè)部，北京 100040）

0 引言

20 世紀(jì)80 年代，在美國(guó)發(fā)明了導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本原理是利用物理原理將太陽(yáng)光通過(guò)管道引入室內(nèi)，以最大限度地利用自然光進(jìn)行照明。該系統(tǒng)具有舒適、綠色、環(huán)保等特點(diǎn)，一經(jīng)上市即受到廣泛歡迎，主要應(yīng)用于住宅、體育館、工業(yè)廠房、地下車(chē)庫(kù)等，尤其是在一些用電量大、跨度大、白天需要開(kāi)燈的建筑非常適合，可節(jié)約大量能源［1］。

智能光控制系統(tǒng)就是通過(guò)在照明系統(tǒng)中應(yīng)用智能化與自動(dòng)化技術(shù)，將導(dǎo)光管照明和燈具照明協(xié)調(diào)起來(lái)。照明控制系統(tǒng)也是近些年在建筑中常用的一種成熟技術(shù)，根據(jù)需要設(shè)定控制值，在照度不夠的情況下開(kāi)啟燈具照明［2］。一般情況采用2 種模式：光照度控制或時(shí)間控制。光照度控制模式是通過(guò)RS485 接口讀取數(shù)字光照度傳感的當(dāng)前照度值，根據(jù)照度參數(shù)進(jìn)行開(kāi)啟或關(guān)閉燈光回路，進(jìn)行補(bǔ)光或節(jié)能［3］；在白天日光照明充足時(shí)，利用導(dǎo)光管照明且關(guān)閉普通燈具照明設(shè)施，在夜間或日光照明不足時(shí)，部分或全部開(kāi)啟燈具照明設(shè)施，實(shí)現(xiàn)智能化照明，降低能源消耗。

1 項(xiàng)目概述

北京朝陽(yáng)站為京沈高鐵首發(fā)站，京沈高鐵是我國(guó)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》“四縱四橫”客運(yùn)鐵路網(wǎng)的最后“一縱”——北京—哈爾濱（大連）高速鐵路的重要組成部分。

北京朝陽(yáng)站位于北京市東北部四環(huán)和五環(huán)之間，具體位置為姚家園北街以南、姚家園路以北、駝房營(yíng)路以東、蔣臺(tái)洼西路以西之間的地塊內(nèi)，總建筑面積18.3萬(wàn)m2，站臺(tái)面積4.35萬(wàn)m2。車(chē)站規(guī)模為7臺(tái)15線(xiàn)，西側(cè)為普速車(chē)場(chǎng)，東側(cè)為高速車(chē)場(chǎng)。

北京朝陽(yáng)站站臺(tái)設(shè)計(jì)采用導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)，一方面可以滿(mǎn)足站臺(tái)上必要的照明要求，同時(shí)將自然光引入到站臺(tái)，給車(chē)站員工、乘客帶來(lái)光的感受，體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)；另一方面也響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、健康、低碳、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念。

2 導(dǎo)光管系統(tǒng)應(yīng)用方案

導(dǎo)光管的基本原理是將太陽(yáng)光通過(guò)高反射率管道經(jīng)過(guò)反射的物理原理引入室內(nèi)。該系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成：采光裝置、導(dǎo)光裝置和漫射裝置［4］。導(dǎo)光管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 導(dǎo)光管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）采光裝置：包括密封墊圈、采光罩、防雨板、保溫隔熱套等。該部分在收集太陽(yáng)光線(xiàn)的同時(shí)，還要保證陽(yáng)光導(dǎo)入系統(tǒng)與雨棚連接可靠，避免灰塵、雨水進(jìn)入。系統(tǒng)可采集低角度陽(yáng)光，同時(shí)又將正午過(guò)強(qiáng)的太陽(yáng)光反射出去。采光帽可屏蔽紫外線(xiàn)，防止系統(tǒng)老化（見(jiàn)圖2）。

圖2 采光裝置

（2）導(dǎo)光裝置：包括導(dǎo)光管和彎頭配件，是系統(tǒng)的核心部件，反射率高達(dá)99.7%。主要用來(lái)傳輸光線(xiàn)。光線(xiàn)經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入站臺(tái)內(nèi)，需經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次反射、折射，管道越長(zhǎng)，反射次數(shù)越多，可利用的光線(xiàn)越少，所以導(dǎo)光管的反光率直接影響最終采光效果（見(jiàn)圖3）。

圖3 導(dǎo)光裝置

（3）漫射裝置：包括漫射器及其組件，采用菲尼爾透鏡原理，主要用于將進(jìn)入室內(nèi)的光線(xiàn)進(jìn)行打散，并漫射到室內(nèi)，在保證照度的同時(shí)可擴(kuò)大照明范圍（見(jiàn)圖4）。

圖4 漫射裝置

北京朝陽(yáng)站共7 個(gè)站臺(tái)，其中2、3、4、5、6 站臺(tái)設(shè)計(jì)了導(dǎo)光管日光照明系統(tǒng)，站臺(tái)屋面為露天停車(chē)場(chǎng)，在屋面預(yù)留導(dǎo)光管空洞，4 個(gè)為1 組，穿過(guò)屋面板引入站臺(tái)，再調(diào)整為1排，完全可以滿(mǎn)足室內(nèi)站臺(tái)照明需求。

因?qū)Ч夤苁遣杉?yáng)光的直射光和漫射光用于照明，在夜間導(dǎo)光管不亮，此時(shí)夜間照明達(dá)不到需求，所以采用智能光控制系統(tǒng)，與照明回路進(jìn)行連接。北京朝陽(yáng)站為人流密集的公共建筑，建筑區(qū)域較大，為保證使用效果，采用時(shí)間控制方式，在春夏秋冬不同季節(jié)，設(shè)定不同時(shí)間開(kāi)啟燈具。如果采用光控，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置一些光照強(qiáng)度傳感器，然后回傳給控制器，啟動(dòng)或關(guān)閉燈具開(kāi)關(guān)。北京地區(qū)天氣變化較大，采用光控會(huì)出現(xiàn)頻繁開(kāi)啟現(xiàn)象，而時(shí)段控制比較理想，例如，夏季可設(shè)置為18：00—6：00 燈具全部開(kāi)啟，6：00—18：00采用日光照明。導(dǎo)光管與燈具照明回路交替使用，既能保證站臺(tái)上的照明要求，又能最大限度地降低能耗。

3 照明系統(tǒng)施工安裝工藝

3.1 導(dǎo)光管日光照明

（1）根據(jù)平面布置圖、導(dǎo)光照明系統(tǒng)的型號(hào)，確定導(dǎo)光照明系統(tǒng)的位置。

（2）在防水板上邊緣粘貼帽圈密封條、保溫隔熱墊，并確認(rèn)牢固。

（3）管道與管環(huán)卡扣連接，管道與管道之間連接采用固定釘連接，連接后用鋁箔膠帶密封嚴(yán)實(shí)。

（4）管道與漫射屏連接，將黑色膠條粘貼在梯形孔2/3 的位置，將漫射屏卡扣卡進(jìn)管道梯形孔內(nèi)，外圈采用密封條進(jìn)行密封。

（5）將裝好漫射屏的管道垂直向下放置在防水板上。

（6）采光罩安裝：將采光罩反光片安裝在北側(cè)，將密封毛條沿防水板上沿周邊粘貼一周，再將采光罩垂直向下扣下，固定墊圈放入預(yù)留孔中，用固定釘固定。安裝完成效果見(jiàn)圖5。

3.2 智能光控制系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用需求選擇相應(yīng)的控制模塊，將其分別安裝在相應(yīng)的照明配電箱內(nèi)。在配電箱內(nèi)預(yù)留出智能照明控制模塊的安裝位置和連接方式。智能照明模塊可讓配電箱廠家組裝，也可由施工單位安裝，但在安裝過(guò)程中，一定要注意模塊之間的順序、接線(xiàn)順序、導(dǎo)軌固定是否牢靠、接線(xiàn)端子編號(hào)等細(xì)節(jié)問(wèn)題［5］。智能照明控制模塊安裝在配電箱內(nèi)（見(jiàn)圖6）。

圖5 采光罩安裝

圖6 智能照明控制模塊安裝

光照強(qiáng)度傳感器安裝是重要環(huán)節(jié)，其位置確定非常關(guān)鍵。不能選擇暗區(qū)域，也不能選擇明亮區(qū)域。導(dǎo)光管影響不到的暗區(qū)域?qū)е禄芈烽_(kāi)啟，浪費(fèi)電力資源；導(dǎo)光管影響的明亮區(qū)域，光照強(qiáng)度傳感器傳輸給控制器的信號(hào)不滿(mǎn)足需開(kāi)啟條件，又會(huì)導(dǎo)致其他區(qū)域照度不足，所以安裝傳感器需要進(jìn)行多次試驗(yàn)。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

3.3.1 調(diào)試前準(zhǔn)備

在天氣晴朗時(shí)，導(dǎo)光管處于正常采集太陽(yáng)光狀態(tài)，無(wú)遮擋；檢查所有導(dǎo)光管是否按圖紙進(jìn)行施工，檢查設(shè)備搭接是否完整，打釘是否牢固；鋁箔膠帶粘貼是否嚴(yán)實(shí)，是否存在漏光現(xiàn)象，采光罩安裝是否牢固；按圖紙檢查核對(duì)配置的數(shù)量，并記錄在案。

3.3.2 調(diào)試

在晴天和陰天狀態(tài)下，直接采用照度儀測(cè)量室內(nèi)導(dǎo)光管的照度值。智能照明聯(lián)調(diào)工作已基本完成，即可開(kāi)始控制器的編程及調(diào)試。通過(guò)安裝在配電箱的控制模塊對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行直接開(kāi)關(guān)控制調(diào)試。根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)表，檢查通過(guò)接口上傳的所有系統(tǒng)參數(shù)是否正確。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)與實(shí)施效果

日光照明與智能控制一體化照明系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)效果見(jiàn)圖7。系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施方便靈活。控制設(shè)備無(wú)需將系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備通過(guò)電纜線(xiàn)相互連接，單機(jī)可獨(dú)立運(yùn)行，極大方便了對(duì)建筑物原有照明控制改造和新建項(xiàng)目照明集中控制的實(shí)施。

圖7 日光照明與智能控制一體化照明系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)效果

（2）高效、節(jié)能、低碳、環(huán)保。系統(tǒng)在滿(mǎn)足員工對(duì)環(huán)境要求的前提下，還能根據(jù)人員的活動(dòng)狀況、工作規(guī)律、自然光狀況來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)照明環(huán)境，不用電或降低電的使用量，可以最大限度地減少能源消耗，響應(yīng)政府節(jié)能減排的號(hào)召。

（3）良好的經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)可以大大減少維護(hù)人員的工作量、降低維修費(fèi)用、提高工作效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，國(guó)家大力提倡建造舒適健康、低碳環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑，與之相關(guān)聯(lián)的綠色建筑材料、綠色設(shè)備也越來(lái)越受到建筑師們的青睞，導(dǎo)光管這一零碳節(jié)能設(shè)備正是其中的優(yōu)秀代表。再加上與之匹配的智能光控制系統(tǒng)，必將成為綠色建筑中具有突出效果的應(yīng)用。日光照明舒適、健康，與智能光控制系統(tǒng)相結(jié)合的合理應(yīng)用，既可節(jié)能減排，還能節(jié)約管理費(fèi)用、提高工作效率及滿(mǎn)意度［6］，在大型基建中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。