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      日光照明與智能控制一體化照明系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

      2020-02-25 02:30:56姜振華
      鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2020年5期
      關(guān)鍵詞:光管日光照度

      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。

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