夏兵

【摘 要】國家大力提倡建立節(jié)約型社會，節(jié)能減排被安排到了工作日程上來。據有關數據顯示，由于建筑電氣照明系統(tǒng)分布不合理，浪費的電能甚至達到了整棟大樓用電量的五分之一。因此，對控制系統(tǒng)的建筑電氣照明設計研究，對建筑節(jié)能意義重大。本文以某節(jié)能項目為例，對DIALux照明設計軟件進行了簡要的介紹，通過對建筑項目整體照明系統(tǒng)進行全面了解，從而開展項目總線智能控制系統(tǒng)設計，在一定程度上對建筑節(jié)能起到了積極作用。

【關鍵詞】控制系統(tǒng);照明方案;節(jié)能設計;控制策略

中圖分類號： TU85;TU113.66 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）20-0033-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.014

0 引言

兩會期間李克強總理首次提出了“互聯網+”的經營理念，各大企業(yè)為了響應國家號召積極開展“互聯網+”的商業(yè)模式[1]。與此同時，創(chuàng)新性的提出了“智慧城市”“智慧家居”等與互聯網緊密相關的智能化發(fā)展行業(yè)，甚至更進一步人們將智能化用在了建筑建設中。隨著近年來建筑智能化建設的興起，節(jié)能控制系統(tǒng)在建筑電氣照明方面得到了迅速發(fā)展。建筑照明電氣系統(tǒng)作為建筑內部建設的關鍵一環(huán)，其設計質量直接影響著建筑使用者的經濟利益。建筑電氣照明系統(tǒng)設計不合理會對建筑內的電能產生巨大的浪費，因此，對建筑照明系統(tǒng)進行合理改造，不僅符合國家提倡的節(jié)約理念，而且對建筑使用者來說也是有益無害的。

1 項目概況

本項目作為吸引海外科技人才示范項目，是威海市重點扶持項目之一，由政府投資進行建設。該項目在質量及工期等方面有嚴格要求， 對原有材料、結構、機電管線進行排查并制定最符合最終效果與經濟效益的改造設計方案。本項目涉及的區(qū)域種類較多，包括了倉庫、辦公室、普通理化實驗室、儀器分析室、潔凈室等，每個區(qū)域設計要求不同，并且涉及要求眾多，各種儀器對電器需求又各不同，涉及的規(guī)范較多。

2 照明設計軟件DIALux

2.1 DIALux軟件

DIALux是當下功能最完備的照明計算軟件之一，其最大優(yōu)勢就在于能夠配適于各個不同廠家生產的所有類型燈具，并通過其強大的軟件功能，使得照明設計及計算要求都能得以實現。DIALux軟件具有以下幾個優(yōu)點：（1）該軟件操作簡單、通俗易懂，能夠與AutoCAD互通進行圖形編輯和繪制，是適合燈具設計人員使用的專業(yè)的現場模擬軟件;（2）計算結果高效準確，打破了燈具設計師憑借主觀意愿對燈具設計進行評估;（3）軟件設置具有模塊化，針對相應模塊進行操作，更加專業(yè)和有針對性[2]。

2.2 建模與照明計算

DIALux軟件增加了在室內照明計算中的房間建模功能，通過Room Element中的各項建模元素，結合設計者的設計風格以及實際的設計需求，可以對其中的屋頂、室內臺階及斜坡等形體進行不同高度差調整，使得建模更為符合設計者的理念。另外，在對內部陳設進行建模的過程中，DIALux軟件中也設有各類不同風格、款式的家具供設計者自行選擇，使得該過程更為便捷。當要對墻面、地面等物體的材質和顏色等進行建模時，不僅可以使用DIALux軟件內已有的素材，還可以根據實際情況導入外部的圖片以使建模更為貼近設計。DIALux軟件能夠對建筑物的風格進行自定義，設計者只要根據設計房屋的風格進行相應模型的搭建，最終得到設計者想要的設計模型。

本項目在建模之前，對原有建筑現場進行了勘查，在對建筑物結構有一個全面了解的情況下，通過DIALux軟件采用自定義的方法，將屋頂、地面、墻體和材質均設計成項目中材料的風格和具體屬性，從而對室內進行了照明計算。在進行照明計算過程中，采用的是國際照明委員會（CIE）推薦的室內照明計算法。計算步驟如下：首先，以建筑內房間、燈具配光數據和燈具布置的實際情況，計算建筑頂棚、墻壁、工作面的光通量;然后，根據計算出來的數據計算照明設施的光通密度，從而得到室內實際照度。詳細過程如下：

如圖1所示，光源S，作直線垂直于平面ABC并交平面ABC于O，則光通量FWp（直接）為：

FWp（直接）=GM1*FC1+GM2*FC2+GM3*FC3+GM4*FC4（1）

式中GM1、GM2、GM3、GM4稱為GM系數，表示的是矩形面邊長X、Y和燈具懸掛高度H之比X/H、Y/H的函數，它的數表和計算式是可參考資料給出的。FC1、FC2、FC3、FC4稱為累計球帶光通量。圖2所示為燈具下半球面，按立體角分為四等分，通過各球帶射出的光通量自上而下順次名為F1、F2、F3、F4時，則

FC1=F1

FC2=F1+F2

FC3=F1+F2+F3

FC4=F1+F2+F3+F4=Fd（2）

另外，令垂直角為時，燈具的配光值I（θ）為：

I（θ）=q1+q2cosθ+q3cos2θ+q4cos3θ（3）

視（1）式為工作面上的直射光通量，近似等于（3）式的積分而導出的結果。因此，根據上式，q1、q2、q3、q4分別是FC1、FC2、FC3、FC4的函數。當燈具數量為1臺時，計算（1）式的四項，即可得工作面的直射通量。當存在有多臺燈具時的工作面直射光通量FWp（直接）等于各燈具直射光通量之和。

3 照明方案與節(jié)能設計

3.1 區(qū)域照度

對于建筑照明系統(tǒng)而言，由于不同的設計師對光與影以及建筑的理解不同，設計出來的風格也多種多樣。為了使項目達到預期效果，需要不斷進行溝通和交流，明確項目的主要目的，從而設計方制定出最終的施工方案。根據《建筑照明設計標準》GB50034-2013，《LED室內照明應用技術要求》GB31831-2015以及項目要求確定各區(qū)域的照度，選擇適合的燈具配光[3]。根據對現場進行考察知，該項目一層是高大倉庫，由于倉庫高度比較高，倘若燈具安裝較低從而使得燈光的覆蓋范圍較小，區(qū)域照度小浪費了燈光資源;倘若燈具安裝較高，雖然燈光范圍較大，然而亮度不佳。

因此對于區(qū)域照度的要求，需要合理布置燈光的高度?；谝陨峡紤]，決定在倉庫處對燈具安裝高度設置為5米，設計照度為200lx。從節(jié)能方面出發(fā)，LED光源亮度佳，照明效果好，并且耗能低，決定倉庫照明采用LED光源。由于之前倉庫沒有用過LED光源，對于高大倉庫照明一時找不到合適的產品參數，從而給項目前期設計方案的制定造成了巨大的困難。通過對技術難題進行深刻剖析，并與相關技術人員進行及時的溝通與交流，最終決定通過查找資料參考《照明設計手冊》（第三版）中的相關案例，選擇了RT405HB100W型燈具完成設計。采用該燈具，高大倉庫的區(qū)域照度分布合理，避免了光源的浪費，照明效果達到了最佳。

3.2 燈具甄選

對于燈具的選擇，應根據燈具的使用環(huán)境，現場的施工條件，以及與周圍的協(xié)調性綜合進行考慮。由于本項目所涉及的場所種類多，包括了辦公室、普通理化實驗室、儀器分析室、潔凈室等多個區(qū)域，并且這些區(qū)域的工作環(huán)境復雜，需要的燈具也不盡相同。因此，在選擇燈具時要因地制宜，分別對待。

對于實驗室區(qū)域，此處存放著多種試劑，倘若選擇燈具不當可能會引發(fā)火災，爆炸等事故，因此在選擇實驗室的燈具過程中要格外的慎重。針對實驗室這種具有爆炸危險的場所，我國相關部門已對這些場所的燈具有相關的選擇標準，可以直接根據標準進行選擇。因此，對實驗室區(qū)域根據試劑種類以及《爆炸危險環(huán)境電力設裝置設計規(guī)范》GB50058-2014的要求，采用防爆燈具從電氣設計角度把危險排除。對于辦公區(qū)域以及普通實驗區(qū)域，根據吊頂樣式采用600*600規(guī)格嵌入式LED面板燈。這樣做的好處是一方面表現的整體布置美觀大方，另一方面又方便施工，縮短了工期。

對于潔凈區(qū)域，需要采用彩鋼板吊頂，考慮到采用嵌入式燈具需要對吊頂進行切割，該過程既耗時耗料又可能造成密封不嚴，從而引起實驗室潔凈度降低，故此次潔凈室燈具采用吸頂式面板燈厚度13mm，避免了對吊頂大的破壞而且美觀方便施工?？紤]到工作場所要求潔凈，不集塵，并且易于擦拭，同時要控制燈光亮度避免工作人員出現眩暈的現象，決定對潔凈區(qū)域采用面板燈具。此外，潔凈室對環(huán)境清潔度要求較高，因此決定在潔凈室適當添加紫外滅菌燈，紫外滅菌燈能夠對空氣中細菌達到99%的消毒率，對于紫外滅菌燈的安裝根據衛(wèi)生條件燈具安裝不超過2.7米的高度，對燈具功率的選擇是參考《照明設計手冊》（第三版）進行確定。

3.3 KNX總線智能控制系統(tǒng)應用

3.3.1 EIB控制系統(tǒng)

對于控制系統(tǒng)，采用的是西門子二線制、總線型完全分布式智能控制的EIB控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能齊全，因此用途也較為廣泛，不僅能夠應用于日常的照明、遮陽系統(tǒng)等，并且連消防、安保等系統(tǒng)中的聯動控制也能實現。EIB控制系統(tǒng)中所有單元器件（除電源外），在其內部都配置了微型處理器和存儲單元，通過雙絞線的形式來構建整個網絡系統(tǒng)。在運行過程中，為實現對每個獨立單元的控制，則要對各個單元設置相對應的物理地址以及特定功能，并通過輸出單元的方式來實現對不同回路的控制。輸入單元之間的聯系是靠組地址和輸出組建立起來的。具體過程為，在進行輸入操作時，輸入信號會被輸入單元轉變?yōu)镋IB總線信號，利用此原理，實現EIB系統(tǒng)總線上廣播，就使得所有輸出單元都能夠及時地實現信號的接收并據此作出相應判斷，從而能夠起到控制相應回路輸出的作用。

3.3.2 時間表控制

對于大型建筑中，有的地方需要在固定時間進行開燈或關燈，如果開燈太早或關燈時間太晚都將會導致電能的浪費，若使用人力操作控制開關，對工作人員每天都進行操作就會增加他們的勞動強度。為此，決定采用網絡對開關進行控制。對于一些固定時間燈具需要開關的場所，通過設置相應的開關時間就能實現場所的燈具的亮滅。對于項目的會議室在此就采用這樣的控制，該種控制策略被稱之為可預知時間表策略控制。據有關權威部門統(tǒng)計，采用該控制方案，可以節(jié)約10%～50的能源。并且該時間表控制策略還可以對節(jié)假日、雙休日進行時間的設定。為盡可能地節(jié)約能源，同時又要兼顧建筑內亮度，則可通過光度傳感器來實時掌握室內照度的情況，根據相關標準，當室內照度達到300lx時即能夠滿足正常的照明需求，因此將臨界值設為300lx，并設定當檢測到的照度小于此值時，時間表才開始運行，就能夠更好地實現節(jié)約能源的目的。

3.3.3 紅外移動檢測

針對每天能夠預測的固定時間燈具進行工作，適合可預知時間表控制，但是對于那些經常變化的場所，由于人員流動性強，用燈沒有固定的時間，這就不能再使用時間表控制了。針對這樣的情況，決定采用紅外移動檢測策略控制。紅外移動檢測控制是采用紅外移動探測器進行檢測，一旦檢測到有人進入檢測場所，此時發(fā)出開燈命令。該檢測器通常安裝在場所大門的頂上，當有人進入場所時，就能及時檢測到。燈具工作一段時間后，由于后臺對燈具具有定時功能，達到一定時間間隔后燈具會自動熄滅，避免了燈具長時間工作產生能源浪費。為了避免光源充足時開燈導致電能的浪費，該控制室同樣采用了光度傳感器，當室內照度小于一定照度值時室內燈具才能自動打開照明。

3.3.4 恒照度控制

光環(huán)境的照明一般是依據燈具的最小光亮來進行設計的，通常情況下，最初投入使用的燈具光通量會比最小光通量大20%～50%。光通量是指按照國際規(guī)定的標準人眼視覺特性評價的輻射通量的導出量，以符號Φ（或Φr）表示。光通量與輻射通量的關系為：

φ=Km？蘩V（λ）φeλdλ

式中Km為光譜光視效能的最大值，等于683lm/W;V（λ）為國際照明委員會（CIE）規(guī)定的標準光譜光視效率函數;Φeλ為輻射通量的光譜密集度。光通量的單位是lm（流明）;λ為光譜光視效率。1lm等于由一個具有1cd（坎德拉）均勻的發(fā)光強度的點光源在1sr（球面度）單位立體角內發(fā)射的光通量，即1lm=1cd·sr。

所以，在建筑中需要采用對光通量進行維持的控制形式，并且通過減少電能輸入的措施，使得燈具在工作時處在最小光通量的環(huán)境。但是由于要對光通量進行測量的操作過程難度大，為實現此目的，可以采用亮度傳感器的恒照度策略來簡化該過程。針對于此，當燈具處于靠近外部光源較為充足的環(huán)境時，通過與事先設定的最低光照水平指數進行比較，就可以將燈具的亮度進行一定程度的降低，甚至將燈具關閉。

4 結論

本文以某節(jié)能項目為例，闡述了照明設計軟件DIALux的建模與照明計算;通過對項目照明系統(tǒng)的全面了解，決定從時間表控制策略、紅外移動檢測策略和恒照度控制策略對項目照明系統(tǒng)進行節(jié)能控制，從而避免了照明系統(tǒng)的電能浪費。

【參考文獻】

[1]段繼明.關于建筑節(jié)能控制系統(tǒng)的研究設計[J].中國高新技術企業(yè)，2014（09）：66-67.

[2]劉光輝.某綜合樓建筑節(jié)能控制系統(tǒng)方案設計[J].建筑設計管理，2011，28（04）：68-70+80.

[3]白音杭蓋，鄂繼元，趙貴海，謝佳文.智能型大面積建筑區(qū)域照明節(jié)能控制系統(tǒng)[J].電子制作，2013（06）：66.