地下建筑照明效能及智能照明控制系统研究

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　摘要：与地面建筑相比，地下建筑最大的特点是没有天然采光，主要依赖人工照明。长期以来，地下建筑的照明设计沿用地面建筑的设计标准，照明效能一直没有得到很好的利用，导致工作人员工作效率下降，身体健康受损，影响了地下建筑战略功能和经济效能的发挥。随着科技的进步和社会的发展，对照明系统的节能和科学管理提出了越来越高的要求，地下建筑照明的地位越来越重要，必须引起高度重视。电光源的不断发展、新型光源的出现及智能照明控制系统的诞生，为解决以上问题奠定了良好的基础。

　　关键词：地下 建筑 照明 智能照明 控制 系统

　　与地面建筑相比，地下建筑最大的特点是没有天然采光，主要依赖人工照明措施，因此，地下建筑的照明使用时间长、照度和可靠性要求高，潮湿对灯具及线路影响较大。长期以来，地下建筑的照明设计沿用地面建筑的设计标准，照明效能一直没有得到很好的利用，工作人员长期在这种环境中工作，不但使工作效率下降，而且会出现视觉疲劳、头昏、神经衰弱等症状，严重影响了地下建筑战略功能和经济效能的发挥，因此，必须对地下建筑的照明效能做具体深入的研究。

　　传统的建筑自控系统一般只包括计算机网络、设备监控、火灾自动报警、安全防范等子系统，智能照明系统的发展相对滞后。随着科技的进步和社会的发展，对照明系统的节能和科学管理提出了越来越高的要求。尤其是地下建筑照明能耗占电力能耗的比重大，照明的地位越来越重要。在我国，照明能耗约占电力能耗的10~12％，而地下建筑照明能耗所占的比例更高，根据笔者统计，约占35％左右。因此，在地下建筑中，应把智能照明作为智能化系统重要的组成部分来考虑，合理选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，提高照明质量和节能效果。

　　1、地下建筑照明效能探讨

　　照明可以人为地创造良好的光照条件，使人眼既无困难又无损伤、舒适而高效地识别所观察的对象，从事相应的活动，并保证身心健康，提高劳动生产率，提高产品质量，减少各种事故。采用不同形式、不同大小的灯具，利用光照的方向性和层次性等特点还可以渲染建筑的功能，烘托环境的气氛。

　　1.1做好深入细致的效能研究，为照明设计提供科学

　　的依据

　　照明质量的评价是一个十分复杂、涉及诸多因素的问题。长期以来，照明设计一直是以照明的照亮度、均匀度、立体感、眩光、显色性指数和物体的颜色参数等物理量为标准进行设计和评价照明效果。随着时代的发展和科技的进步，照明设计不仅在数量指标方面应达到标准的要求，更要综合考虑人的视觉特性、舒适感、建筑照明艺术和节能等因素。不同亮度和色彩对人具有不同的视觉感受，不同人、不同时间、不同场所，甚至人的不同情绪都会反映出对亮暗和色彩的不同感受，照明设计要体现人和环境相互关系，营造一个舒适、明亮并富有艺术魅力的照明环境。

　　到目前为止，地下建筑照明效能的研究近乎于空白，缺乏科学合理的照度标准和以人为本的环境模式，再加上设计人员的水平、经验参差不齐，使得照明效能的实现得不到保证，甚至会因为设计和运用不当，产生光污染，如眩光、频闪、显色失真，产生一些人们不需要的热量、红外线和紫外线等。

　　时代的发展要求我们开拓创新，与时俱进。如果因循守旧，照搬照抄前人的成果，或只做表面上的修修补补，那样我们的认识水平永远都停留在当前的高度上，裹足不前。从事照明研究和设计的人员要到工程实践中去，实际调查地下建筑的性质、规模、特点和要求，认真听取用户的感受和建议，切身体验照明效能的实现，通过大量的试验，得出不同地下建筑、不同功能单元及同一地点不同时间、不同人流量时的照度标准和环境模式。总之，提高认识的高度，把握以人为本的理念，在设计中兼顾科学性和艺术性，体现人和环境的相互关系，使工作人员乐于身临其境并自觉维护，而环境有利于保护人的身心健康和提高工作效率。

　　1.2充分利用新产品、新技术，改善地下建筑的环境

　　改善地下建筑工作环境，提高照明效能可以采用以下措施，一是通过新型采光方法和材料有效地利用天然光；二是在人工照明中选用高品质的照明光源；三是对各类灯具进行无级连续调光和缓和的场景切换控制。

　　1.2.1通过新型采光方法和材料有效地利用天然光

　　利用天然光的常见方法有：

　　（1）导光管法

　　用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方，如中国建筑科学院的地下建筑天然采光研究成果，就是用此法解决天然采光问题。

　　（2）棱镜组多次反射法

　　用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。澳大利亚用这种方法把光送到房间10m进深的部位进行照明；英国用这种方法解决了地下建筑和无窗建筑的采光。

　　1.2.2选用高品质的照明光源

　　传统的地下建筑中，普遍采用白炽灯和荧光灯作为照明光源，高强度气体放电灯也有使用。

　　通过几代科技人员不懈的努力，白炽灯的光效和寿命得到大幅度的提高，而价格却下降了10倍，使其在室内照明中获得广泛的应用。1959年，人们又发明了卤钨循环原理的石英白炽灯，它体积小，光效维持率达到95％以上，经过不断改进，卤钨灯的结构逐步小型化，寿命和发光效率比普通白炽灯有较大提高。

　　20世纪40年代，由于节能的需要，出现了荧光灯。80年代以来，紧凑型荧光灯完成了系列化、电子化、一体化和大功率化的进展，通过进一步应用电子镇流器和三基色荧光粉，节能效果更加理想，显色指数显著提高，成为室内照明中取代白炽灯最有潜在价值的光源。荧光灯家族中还先后出现了超细管径冷阴极荧光灯、无极荧光灯和无汞平面荧光灯，这些灯具在光效、光亮度、寿命、启动甚至环保等方面各有千秋，已经被用于地下建筑照明。

　　在地下建筑大面积照明中，经常用到节能型的高强度气体放电灯。高压汞灯、高压钠灯和金属卤化物灯都属于这类光源。特别值得注意的是使用陶瓷材料作内管的陶瓷金属卤化物灯，光效更高，光色更好，更稳定，而且体积小、亮度高，便于做投影光源。

　　近来又出现了比传统光源更先进的新型光源，其中最典型的是半导体发光二极管。他具有高亮度、低功耗、响应快、寿命长等传统光源无法比及的特性，被公认为21世纪最有前途的光源。

　　创新是没有止境的，我们既要熟悉早期研制的、已获得广泛应用的传统光源，更要密切关注传统光源的改进、发展及不断涌现的新光源。在设计施工中，根据地下建筑的性质、规模、特点和要求，综合比较各种光源的技术和经济指标，选用高效节能的光源，采用高品质的绿色照明灯具，优化照明配电系统，最大限度发挥照明的效能，使用户更加满意。

　　1.2.3对各类灯具进行无级连续调光和缓和的场景切换控制

　　传统的照明都是在需要时打开，不需要时关闭，工作模式和控制方法比较死板，照度和场景很难改变，用户即使不满意，也无能为力，如果进行改造，将造成重复性投资。随着信息时代的来临，智能照明系统应运而生，它完备的控制功能和预置的多种可切换场景可以满足用户不同的需求。

　　开关和调光是智能照明控制系统的两种控制方式，控制系统通过合理管理可根据不同时间段或人们的不同需要自动调节照度，改善工作环境，同时节约能源，降低运行费用。

　　某些重要区域通过调光方式和场景（由各照明回路不同的亮暗搭配组成的某种灯光效果）设置功能产生各种灯光效果，营造不同的灯光环境，给人以舒适完美的视觉享受。用户能在降低运行费用中得到经济回报，在短期内回收前期设备投资。

　　2、地下建筑智能照明控制系统探讨

　　2.1智能照明控制系统应具备的功能

　　智能照明控制包括：集中控制、现场控制、遥控、时间控制、电话控制、可视化软件控制、场景设置、灯光软启动、调光、亮度记忆等。笔者认为，地下建筑应考虑设置以下功能。

　　2.1.1集中控制

　　与地面建筑相比，大多数地下建筑轴线长，各功能单元分布较为分散，都在现场进行照明的控制、巡检很困难。设置集中控制以后，问题将迎刃而解。

　　在中央控制室设一台智能照明中央监控计算机，在该计算机上用图形模拟显示照明设备平面布置图，在图上以形象直观的方式实时动态地显示各区域的照明设备使用状况。操作人员可通过界面监视整个智能照明系统的运行状态，根据需要用鼠标点击图形来进行控制。中央监控计算机具有历史数据存储能力，能实时提供智能照明系统的资料，并生成和打印各种报表，为设备维护提供依据。

　　系统采用专用的编程软件，操作人员可对系统进行程序修改或编程。

　　通过手持式编程器插入网络上的编程接口，就可修改照明工作状态的参数。

　　2.1.2现场控制

　　在一些人员经常工作的地方（如会议室、控制室、主要通道、重要办公场所）设置智能开关代替普通的机械式开关，中央监控计算机不工作时也可在现场控制灯光。它由230V的交流电源直接供电，按动开关上的按钮，可作为一个普通的开关使用；同时，有一个内置的接收器可以接收遥控器或无线探头发出的信号，使用遥控器可以对电子开关进行控制。

　　现场智能开关可设定密码保护功能，避免无关人员操作。

　　2.1.3多种控制功能

　　中央监控计算机和现场智能开关均可实现多种控制功能，包括全开全关，无级连续调光、缓和场景切换等。全开全关功能可确保人员离开地下建筑时，那些受智能系统控制的灯具停止工作。在工作时经常需要多种环境模式的场所，如在人防、国防工程的会议室、作战指挥室设置缓和的场景切换控制，使用时只需选择相应的场景按键，会自动按设定好的方式打开相应区域的照明回路，实现适合开会、放映投影或研究地图等功能的环境。

　　2.1.4遥控功能

　　一般情况下，地下建筑尤其是地道式和坑道式地下工程，轴线长，支坑道多，有必要装设遥控装置。遥控器或无线探头可以发出无限射频，这种无限射频能穿越障碍物，被智能开关上的接收器接收，无线接收器可把无线信号转换为电力载波信号，并发送到220V电力线路上。

　　2.1.5人体感应功能

　　在卫生间或一些通道处装设感应开关或有红外线探测功能的灯具：当探测到人体移动时，会自动发光照明，人走灯关。同时宜设并联定位开关，以便必要时解除感应或探测功能。

　　2.1.6灯光软启动、软关断

　　地下建筑的照明条件远不如地面建筑，为保护人员的身体健康，特别是眼健康，在那些人员长期工作的场所，灯光可实现软启动、软关断。开灯时，灯光由暗渐渐变亮；关灯时，灯光由亮渐渐变暗。软启动、软关断还能保护灯泡，延长使用寿命，节约维护经费。另外，灯光可配备亮度记忆功能，以免进行重复性设置。

　　2.1.7火灾应急照明控制

　　地下建筑防火要求很高，发生火灾时，应自动启动相应区域的应急照明，强行关闭一般照明回路。事故照明可选择仅用消防中心的计算机控制而禁止用监控计算机或现场控制，也可选择都有控制权。

　　另外，控制系统要具有良好的可扩展性、开放性和电磁兼容性。

　　智能照明控制系统是整个地下建筑智能化系统的子系统，可以通过标准接口与其他控制系统兼容进行互联。

　　为了抑制电磁干扰，使系统具有良好的电磁兼容性，总线传输距离较远，可采取以下措施：与附近可能产生电磁干扰的电气设备（如电动机、电力变压器、复印机等）保持必要的隔离；对系统进行连续、有效的屏蔽；上升时间，即电压从额定电压的5％上升至95％所用的时间，应超过200μs.

　　2.2智能照明控制系统的效益和展望

　　采用智能照明控制系统带来的好处主要表现在：照明控制智能化；照度的一致性；场景变换灵活；可观的节能效果；延长光源寿命；提高管理水平，减少维护费用。因此，智能照明控制系统自诞生起就引起了人们的高度重视，并具备良好的发展前景。

　　今后，它将继续朝着智能化、小型化、标准化的方向发展。网络系统更加优化，功能更加完善，扩展更加便捷，保护更加可靠，节能更加可观。值得一提的是，当前的控制系统中，照明控制箱和智能控制器都是独立运行，给生产、设计、用户使用与维护都增加了不必要的麻烦。把两者集成到一个箱体内，做成一体化照明智能控制箱，使用时只需连接外部连线，安装更方便，使用更可靠，也更加节省人力、物力、财力，带来更大的经济效益，实用价值更高。

　　参考文献：

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