摘 要:指揮調(diào)度大廳作為重要的決策和控制中心,其照明設(shè)計(jì)對(duì)于保障工作效率、人員舒適度和信息準(zhǔn)確傳遞至關(guān)重要。以某指揮調(diào)度大廳照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例,重點(diǎn)圍繞大廳軟膜天花照明整體設(shè)計(jì)方案、照度計(jì)算、DALI調(diào)光系統(tǒng)等方面,對(duì)相關(guān)特點(diǎn)、要點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行了論述和分析,旨在為類似指揮調(diào)度大廳等大面積場(chǎng)所的照明設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:指揮調(diào)度大廳; 智能照明控制系統(tǒng); 照度計(jì)算; DALI調(diào)光系統(tǒng)可尋址; 雙向通信; 無極調(diào)光; 健康照明
中圖分類號(hào): TU88文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1674-8417(2024)09-0058-06
DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2024.09.011
0 引 言
隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,為加強(qiáng)數(shù)字政府和智慧城市建設(shè),提升數(shù)字化治理水平,指揮調(diào)度大廳在各個(gè)領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。無論是城市運(yùn)行管理中心、城市交通管理中心,還是大型企業(yè)的運(yùn)營指揮中心,照明設(shè)計(jì)都是構(gòu)建高效、安全、舒適工作環(huán)境的基礎(chǔ)。一個(gè)良好的照明環(huán)境不僅能夠滿足視覺需求,提高工作效率,還能減少疲勞和錯(cuò)誤,保障指揮工作的順利進(jìn)行。因此,深入研究并優(yōu)化指揮調(diào)度大廳的照明設(shè)計(jì),對(duì)于提升整體運(yùn)營效率和員工健康具有重大意義。
1 項(xiàng)目概況
本項(xiàng)目為維修改造工程,原建筑總建筑面積4 263.94 m2,地上3層。本次維修改造范圍為首層指揮調(diào)度中心大廳,建筑面積562 m2,改造方案不改變建筑外立面,對(duì)原指揮中心內(nèi)裝修進(jìn)行全部拆除并新建。指揮調(diào)度大廳建設(shè)堅(jiān)持科學(xué)、合理、節(jié)約的用地原則,按功能要求進(jìn)行合理分區(qū)、精心布局;按流線要求做到功能清晰、流程通暢、管理方便。指揮大廳層高設(shè)計(jì)為6.7 m,為高大空間照明設(shè)計(jì),天花照明重新設(shè)計(jì)為矩形帶透光軟膜燈盒,內(nèi)置LED燈帶。整個(gè)吊頂設(shè)計(jì)簡潔、穩(wěn)重、大氣。本次照明設(shè)計(jì)需滿足不同工作區(qū)域和任務(wù)的特定視覺需求,如大屏幕顯示區(qū)、操作控制臺(tái)、會(huì)議區(qū)等;避免明暗差異過大,確保整個(gè)大廳的光照均勻,減少視覺疲勞;保證良好的顯色指數(shù),以準(zhǔn)確呈現(xiàn)顏色和細(xì)節(jié);防止眩光對(duì)工作人員的視覺干擾。同時(shí)本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中旨在讓指揮調(diào)度大廳體現(xiàn)現(xiàn)代感、先進(jìn)性、智能化;在整體照明設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)無極調(diào)光,智能照明控制。天花吊頂造型效果如圖1所示。
2 DALI調(diào)光系統(tǒng)
LED的發(fā)光原理同傳統(tǒng)照明不同,是靠P-N結(jié)發(fā)光,同功率的LED光源,因其采用的芯片不同,電流電壓參數(shù)則不同,故其內(nèi)部布線結(jié)構(gòu)和電路分布也不同,導(dǎo)致了不同的光源對(duì)調(diào)光驅(qū)動(dòng)的要求也不盡相同。目前LED照明調(diào)光系統(tǒng)主要為脈寬調(diào)制(PWM),可控硅調(diào)光,后沿切相(RPC)MOS管調(diào)光,0~10 V調(diào)光,DMX調(diào)光,DALI調(diào)光,電力載波調(diào)光等。目前在維修改造項(xiàng)目中,在不改變?cè)姓彰飨到y(tǒng)及線路的基礎(chǔ)上,經(jīng)常使用電力載波調(diào)光技術(shù),電力載波調(diào)光系統(tǒng)是利用電力線纜作為通信載體,實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光或者其他電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制與調(diào)節(jié)的技術(shù)。這種系統(tǒng)通過在現(xiàn)有的電力線上疊加高頻信號(hào),這些信號(hào)攜帶著控制信息,可以用來控制安裝在照明設(shè)備或其他電器上的接收器,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光亮度的調(diào)節(jié)或者開關(guān)控制。電力載波技術(shù)(PLC)的優(yōu)勢(shì)在于不需要額外布線,可以利用已有的電力線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,大大降低了安裝成本和復(fù)雜度。但電力載波通信存在信號(hào)干擾、傳輸距離限制和原老舊電力線纜質(zhì)量的影響等問題,在穩(wěn)定性及可靠性上存在一定隱患。本項(xiàng)目指揮調(diào)度大廳室內(nèi)完全重新裝修,所有照明線路及燈具重新設(shè)計(jì),重新安裝,照明系統(tǒng)無利舊電力線路,不受電力載波調(diào)光系統(tǒng)局限。由于可尋址數(shù)字照明接口(DALI)系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)傳輸,這使得它能提供非常精確和平滑的調(diào)光性能,控制靈活且可擴(kuò)展性強(qiáng),具有雙向通信能力,抗干擾能力強(qiáng),價(jià)格成本適中,易于安裝及維護(hù);同時(shí)通過精細(xì)的調(diào)光控制,DALI系統(tǒng)有助于實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果,故本項(xiàng)目采用基于DALI總線的智能LED照明設(shè)計(jì)方案[1]。DALI調(diào)光系統(tǒng)起源于20世紀(jì)90年代末,是照明控制領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)革新。它最初由幾個(gè)歐洲主要的照明設(shè)備制造商聯(lián)合開發(fā),旨在為商業(yè)和工業(yè)照明應(yīng)用提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、靈活且高效的控制解決方案。2000年后由國際電工委員會(huì)(IEC)正式發(fā)布并獨(dú)立升級(jí)為國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62386。DALI技術(shù)主要應(yīng)用于商業(yè)建筑、辦公空間、零售店鋪、學(xué)校、醫(yī)院、博物館、酒店以及室外照明等對(duì)燈光控制有高要求的場(chǎng)合。DALI調(diào)光系統(tǒng)具有如下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。(1) DALI系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)在于其數(shù)字化、可尋址性及雙向通信能力。由于其數(shù)字通信特性,相比模擬系統(tǒng),DALI更能抵抗電氣噪聲干擾。每個(gè)燈具或控件都有唯一的地址,可以單獨(dú)控制和監(jiān)控,從而實(shí)現(xiàn)精確的亮度調(diào)節(jié)、場(chǎng)景設(shè)置、能耗管理等功能。這對(duì)比于傳統(tǒng)模擬調(diào)光系統(tǒng)是一大進(jìn)步,同時(shí)易于安裝和重新配置,可以根據(jù)需要調(diào)整照明布局和控制策略,大大提高了照明系統(tǒng)的靈活性。① 雙向通信。DALI改進(jìn)了1~10 V模擬控制的單向廣播式操作方式,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字雙向通信。DALI系統(tǒng)采用半雙工的串行通信方式,可以發(fā)送命令至燈具,同時(shí)燈具也能反饋狀態(tài)信息,如故障報(bào)告等。② 地址分配。在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中,DALI允許單獨(dú)尋址驅(qū)動(dòng)器,并動(dòng)態(tài)分配到虛擬照明組。借助DALI,設(shè)計(jì)師能夠創(chuàng)造出高性能的照明解決方案,完美匹配建筑使用者的需求。每個(gè)DALI設(shè)備都有一個(gè)唯一的短地址(從1到64),可以在安裝時(shí)通過DALI控制器進(jìn)行設(shè)置,這意味著最多可以直接控制64個(gè)獨(dú)立設(shè)備。不過,通過使用多組設(shè)備或特殊命令,系統(tǒng)可以擴(kuò)展控制更多的設(shè)備。③ 命令集。DALI協(xié)議定義了一系列的標(biāo)準(zhǔn)命令來控制燈具,包括開關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景設(shè)置、查詢狀態(tài)等。④ 電源與數(shù)據(jù)線。DALI系統(tǒng)布線非常簡單,通常使用同一對(duì)導(dǎo)線來傳輸電源和數(shù)據(jù),且不受極性影響,這意味著除了控制信號(hào)外,還可以通過相同的線路為燈具供電。⑤ DALI電源供應(yīng)具有快速的響應(yīng)時(shí)間和有效的電流限制。
穩(wěn)壓電源:穩(wěn)定的電壓供給,一般目標(biāo)電壓設(shè)定在適合DALI總線的范圍內(nèi)(例如16 V)。
電流限制電阻:限制流經(jīng)總線的最大電流,保護(hù)電路免受短路影響。選擇合適的阻值以保證在最大負(fù)載下不超過250 mA。
快速響應(yīng)的電流限制電路:使用專用的電流限制IC或組合使用晶體管與反饋機(jī)制,以確保在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)響應(yīng)電流尖峰。
隔離元件:如光耦合器,用于在微控制器和DALI總線之間提供電氣隔離,增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
保護(hù)元件:如瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS)或齊納二極管,防止過電壓損壞電路。DALI電源供給電路圖如圖2所示。
(2) DALI調(diào)光系統(tǒng)在照明質(zhì)量、人體健康及舒適度提升上有巨大優(yōu)勢(shì),DALI調(diào)光系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)燈光的開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié),還能對(duì)現(xiàn)代照明系統(tǒng)的其他重要參數(shù)進(jìn)行精細(xì)控制,包括照度、色溫調(diào)節(jié)、統(tǒng)一眩光評(píng)級(jí)(UGR)和顯色指數(shù)(Ra)。① 照度控制。
精細(xì)調(diào)節(jié):DALI系統(tǒng)允許對(duì)每個(gè)燈具或燈組的輸出光強(qiáng)度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的照度控制。這對(duì)于創(chuàng)造符合不同活動(dòng)或時(shí)間需求的照明環(huán)境至關(guān)重要,比如工作區(qū)域需要較高照度以促進(jìn)效率,而休息區(qū)則可能需要柔和的光線。② 色溫調(diào)節(jié)。
動(dòng)態(tài)白光控制:許多支持DALI協(xié)議的LED燈具和驅(qū)動(dòng)器具備調(diào)色溫功能,能夠在暖白光到冷白光之間調(diào)節(jié)。這不僅影響空間的氛圍(如暖色調(diào)適合營造溫馨放松的環(huán)境,冷色調(diào)則更適合需要集中注意力的場(chǎng)合),還能根據(jù)自然光線的變化自動(dòng)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)人體生物節(jié)律照明,有助于提升舒適度和工作效率。③ 統(tǒng)一眩光評(píng)級(jí)(UGR)。
間接控制:雖然DALI系統(tǒng)本身不直接測(cè)量或控制UGR,但它可以通過調(diào)光和方向性控制間接減少眩光。例如,適當(dāng)降低高UGR區(qū)域的燈具亮度,或者利用DALI控制的遮光設(shè)備,都能有效改善視覺舒適度。④ 顯色指數(shù)。
燈具選擇與配置:DALI系統(tǒng)不直接影響燈具的顯色指數(shù)(Ra),但通過該系統(tǒng)可以優(yōu)先選擇并配置高顯色指數(shù)(Ra值接近100)的燈具。高Ra值意味著光源能更真實(shí)地展現(xiàn)物體顏色,這對(duì)于色彩敏感的應(yīng)用場(chǎng)景尤為重要。通過DALI系統(tǒng),可以根據(jù)不同區(qū)域的需求配置相應(yīng)顯色性能的照明方案。綜上所述,DALI調(diào)光系統(tǒng)通過高度的可控性和靈活性,對(duì)提高照明質(zhì)量、增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性、提升用戶舒適度等方面有著顯著的正面影響。(3) DALI系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能降耗效果[2]。一般調(diào)光系統(tǒng)即使燈光關(guān)閉,電力依然在流動(dòng)。即便燈具未啟用,有線或無線智能驅(qū)動(dòng)器在待機(jī)模式下仍會(huì)消耗約0.5 W的電能,等待可能數(shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周之久的下一個(gè)指令。大型項(xiàng)目輕易就會(huì)涉及數(shù)千盞大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)的燈具,但它們?nèi)栽诩w消耗著不必要的待機(jī)功耗。DALI調(diào)光系統(tǒng)能消除待機(jī)功耗,DALI控制器可為每個(gè)DALI總線集成一個(gè)電源繼電器。當(dāng)總線上的所有驅(qū)動(dòng)器都關(guān)閉時(shí),該繼電器便會(huì)斷開,從而消除了待機(jī)功耗。當(dāng)燈光重新開啟時(shí),控制器會(huì)自動(dòng)恢復(fù)對(duì)總線的供電,實(shí)現(xiàn)相同的功能而不浪費(fèi)電能。同時(shí)在燈具關(guān)閉時(shí)隔離DALI驅(qū)動(dòng)器的電源可以減少驅(qū)動(dòng)器的熱磨損,從而延長其使用壽命。消除了由待機(jī)功耗產(chǎn)生的熱量,還能減輕暖通空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的負(fù)荷,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更大的能源節(jié)約。節(jié)能對(duì)比分析如圖3所示。
由以上分析圖表可以看到,DALI調(diào)光系統(tǒng)消除待機(jī)功耗后,有效節(jié)能可達(dá)到50%。
3 LED燈帶規(guī)格、布置及照度計(jì)算
依據(jù)GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》表3.3.7-12中要求:主控制室照度標(biāo)準(zhǔn)值為500 lx,照明功率密度限值不大于13.5 W/m2[3]。依據(jù)GB/T 50034—2024《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表5.5.1中要求:主控制室照度標(biāo)準(zhǔn)值為500 lx,統(tǒng)一眩光值UGR不大于19,照度均勻度U0不小于0.6,一般顯色指數(shù)Ra不小于80[4]。本項(xiàng)目為指揮調(diào)度中心,不僅要滿足正常辦公及作為主控制室指揮的照度要求,同時(shí)也要滿足視頻會(huì)議直播及高清電視轉(zhuǎn)播的要求。參照GB/T 50034—2024《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》表5.3.13-2中有電視轉(zhuǎn)播體育建筑照明標(biāo)準(zhǔn)值,結(jié)合指揮調(diào)度大廳作為主控制室的照度標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮,本項(xiàng)目正常照度設(shè)計(jì)為500 lx,帶高清電視錄像轉(zhuǎn)播照度設(shè)計(jì)為1 000 lx,色溫選用4 000 K,一般顯色指數(shù)Ra不小于90。由于采用DALI無極調(diào)光系統(tǒng),因此本項(xiàng)目照明平均最高照度需要達(dá)到1 000 lx以上。照度計(jì)算采用DiaLuxEVO(V9.2),依據(jù)建筑資料三維建模,本區(qū)域裝修后長×寬×高=20 m×16 m×6.6 m。按照如上標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算后,模擬平面?zhèn)紊珗D如圖4所示。
依據(jù)GB 50222—2017《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》表5.1.1中要求:A、B級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房及裝有重要機(jī)器、儀器的房間頂棚裝修材料燃燒性能等級(jí)為A級(jí),本項(xiàng)目參照此要求,吊頂天花燈盒透光軟膜(45%光損,55%透光率)選用進(jìn)口A級(jí)不燃材料透光膜。
LED燈帶額定電壓24 V、功率8 W/m、光通量840 lm、色溫4 000 K、光束角160°、顯色指數(shù)Ra≥90、飽和紅色顯色性R9≥80、色容差SDCM<5,配光曲線如圖5所示。
根據(jù)透光軟膜燈盒內(nèi)LED燈帶安裝經(jīng)驗(yàn),LED燈帶距離透光軟膜在約200 mm為最佳距離,既可以平衡LED燈帶照明亮度及光通量的均勻性,也可以防止LED燈帶發(fā)熱損傷透光軟膜。本項(xiàng)目透光軟膜燈盒內(nèi)LED燈帶距離透光軟膜深度為185 mm、燈帶布置間距80 mm。A區(qū):2.5 m×33根/組-合計(jì)8組,8 W×2.5×33=660 W,8組合計(jì)5 280 W。B區(qū):8.5 m×33根/組-合計(jì)4組,8 W×8.5×33=2 244 W,4組合計(jì)8 976 W。合計(jì)燈具功率14 256 W,功率密度44.55 W/m2,由于透光膜55%的透光率,裝修后功率密度按照減半計(jì)算為22.28 W/m2根據(jù)以上設(shè)定參數(shù),指揮大廳照度計(jì)算結(jié)果如下:0.75水平面平均照度為1 083 lx、功率密度為22.28 W/m2、一般顯色指數(shù)Ra≥90,飽和紅色顯色指數(shù)R9≥80,色容差SDCM<5。
4 智能照明控制
智能照明控制系統(tǒng)是一種結(jié)合了現(xiàn)代信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的照明解決方案,它允許用戶通過網(wǎng)絡(luò)或特定的控制設(shè)備(如智能手機(jī)、平板電腦或?qū)S每刂破鳎┻h(yuǎn)程或自動(dòng)地控制照明設(shè)備,智能照明控制系統(tǒng)往往將DALI作為其控制層的一部分,利用DALI協(xié)議的靈活性和可擴(kuò)展性,來實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的精細(xì)控制,包括調(diào)光、開關(guān)、場(chǎng)景設(shè)置,以及故障監(jiān)測(cè)等功能。通過DALI調(diào)光系統(tǒng),智能照明系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境光照、占用情況或預(yù)設(shè)時(shí)間表調(diào)整照明強(qiáng)度,從而有效降低能耗并提高能源效率。DALI協(xié)議支持燈具狀態(tài)反饋,智能照明控制系統(tǒng)可以據(jù)此進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷,簡化維護(hù)流程。智能照明控制系統(tǒng)結(jié)合DALI調(diào)光,可預(yù)先設(shè)置多種燈光效果,以適應(yīng)不同場(chǎng)合的燈光需求,供工作人員任意選擇,還可通過開放的TCP/IP協(xié)議,方便地與樓宇設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)BA集成,極大提升用戶體驗(yàn)[5]。本項(xiàng)目選用多功能嵌入式電容觸摸屏作為智能照明控制面板,硬線接入DALI無極調(diào)光系統(tǒng),不僅可以在控制面板上設(shè)置多個(gè)照明場(chǎng)景,也可以在控制面板上單獨(dú)調(diào)節(jié)任意燈膜的照明亮度,系統(tǒng)既高效又安全,同時(shí)滿足特定的應(yīng)用需求。例如,工作場(chǎng)景可能設(shè)定為全亮度(100%)和冷白光(4 000 K);而休息場(chǎng)景則可能是50%亮度和暖白光(3 000 K)。通過DALI協(xié)議,可以對(duì)每一盞燈或燈組進(jìn)行單獨(dú)編程,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,能夠根據(jù)不同的空間和活動(dòng)需求進(jìn)行靈活調(diào)整和定制??刂葡到y(tǒng)通過集成DALI調(diào)光系統(tǒng),不僅增強(qiáng)了照明管理的智能化水平,還提升了系統(tǒng)的靈活性和能效比,是現(xiàn)代智能建筑中不可或缺的一環(huán)。
DALI調(diào)光及智能照明控制原理圖如圖6所示。
5 結(jié) 語
指揮調(diào)度大廳照明設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性的工程,需要充分考慮功能性、舒適性和節(jié)能性等多方面因素。合理選擇光源、優(yōu)化燈具布置和采用先進(jìn)的照明控制技術(shù),能夠打造一個(gè)高效、舒適的照明環(huán)境,為指揮調(diào)度工作的順利開展提供有力保障。本文通過多方面分析、論述指揮調(diào)度大廳的照明設(shè)計(jì)方案,提出了綜合性的設(shè)計(jì)原則和策略,旨在促進(jìn)類似大面積場(chǎng)所照明設(shè)計(jì)水平的提升,為設(shè)計(jì)應(yīng)用提供有價(jià)值的參考。隨著照明技術(shù)的不斷進(jìn)步,類似指揮調(diào)度大廳等大面積場(chǎng)所的照明設(shè)計(jì)將朝著更加智能化、個(gè)性化、人性化和綠色化的方向發(fā)展。
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收稿日期: 20240818
Lighting Design for a Command and Control Center
Based on DALI Dimming System
WANG Lu, LI Wei, XIONG Guang
(CITIC General Institute of Architectural Design and Research Co., Ltd., Wuhan 430014, China) Abstract:
The lighting design of command and control centers,as pivotal hubs for decision-making and control,is vital to ensuring work efficiency,occupant comfort,and accurate information conveyance.This article exemplifies the lighting system design for a command and control center,focusing primarily on the overall scheme of soft film ceiling lighting,illuminance calculations,and the DALI dimming system.It delves into the unique characteristics,key points,and challenges involved,aiming to provide references and insights for lighting designs in similar large-scale facilities such as command and control centers.Key words:
command and control center; smart lighting control system; illuminance calculation; DALI dimming system addressable; two-way communication; continuous dimming; healthy lighting