智能化系統設計常用參數選配及計算方法

羅德俊（湖南省建筑設計院智能所，湖南 長沙 410011）

1 引言

智能化建筑越來越普及，但智能化工程系統設計還未發展成一個傳統成熟的專業。國家在最近幾年加大了智能工程設計、施工和驗收等方面的管理力度，相繼發布了大量規范和規程。本文對智能化系統設計的一些常用參數以及幾個主要的計算進行了論述，供智能化系統設計時參考。

2 智能化系統中的強電計算

2.1 安防中心機房用電負荷計算

安防系統常用供電方式如下：

從圖1可以看出，用電負荷計算主要分為兩類：需要UPS供電的負荷與不需要UPS供電的負荷。

不需要UPS供電的負荷與常規強電計算相同，采用需要系數法，需要系數一般取值0.9。

需要UPS供電的負荷計算十分重要，因為它涉及到UPS容量以及電池的選擇，一般采用統計法計算，常用取值參考如表1所示。

表1 統計法計算的常用取值參考

2.2 信息中心（計算機）機房用電負荷計算

機房用電負荷計算十分復雜，隨著數據業務的增多，用電負荷也逐步增加，而機房建筑空間（總機柜數量）決定了最大用電容量。因此設計時有必要將機房最大用電負荷計算出來，再根據發展周期分期建設。機房常見供電系統框圖如圖2所示。

圖2 機房常見供電系統框圖

在計算機設備（服務器、存儲等）不十分明確的情況下，UPS供電功率可參考如下配置：主機房350～400 W/m2，輔助機房250～350 W/m2。照明用電：主機房18～20 W/m2，輔助區7～10 W/m2。空調系統負荷：主機房400 W/m2，輔助機房300 W/m2。如果機房采用高密度機柜，上述規劃中UPS供電、空調負荷指標將提升一倍。

以上計算是基于最大建筑空間容量所得出的最大用電容量，只能作為遠期規劃的參考數據，實際設計中常見做法根據分期布置的機柜數量來進行配套設計。一般機架式機柜按3～5 kW計算，刀片式高密度機柜按8～10 kW進行計算。

2.3 UPS容量及電池選配計算

（1）UPS系統的基本容量計算十分明確，根據GB50174-2008《電子信息系統機房規范》：

E≥1.2P

其中：E為UPS的容量（kW/kV·A）;

P為機房需UPS供電設備計算負荷（kW/kV·A）。

（2）電池選配計算比較復雜，一般分為恒功率法與容量計算法。

恒功率法計算過程相對簡單，比較接近實際負載，工程設計中常被采用。現就1臺30kVA UPS配置蓄電池為例，進行配置計算。

計算條件：UPS主機容量S=30 kVA，滿載功率因數cosΦ=0.8，滿載效率η=0.92。電池組電壓Ue=360 V，電池組放電截止電壓U=306 V，后備時間T=60 min，安全系數取1.1。

計算：

蓄電池單體串聯數量 ：

360 V / 2 V = 180

電池（2V）輸出功率：

(30kVA × 0.8) / (0.92 × 180) = 144.93 W

單格電池實際功率：

144.93 W × 1.1 = 159.42 W

單格電池放電中止電壓：

306 V / 180 = 1.7 V

根據后備時間查電池恒功率放電參數表，可選電池12-135。其放電功率為164 W，滿足要求。單只電池12V，數量為 360 V / 12 V = 30只。

表2 電池恒功率放電參數表

（3）多負載UPS電池容量的計算

對于多負荷供電情況，可以按照能量守恒（總kWh數不變）的原理，按照負荷總kWh數折算成最大輸出功率下的對應放電時間，然后再根據電池生產廠家提供的恒功率放電時間參數表（或曲線圖）來選擇合適的電池型號。

電池容量大小與后備時間關系密切，常用后備時間見表3。

表3 常用后備時間

具體計算不再贅述。

3 視頻監控系統幾個常用數據計算

3.1 視頻硬盤存儲容量計算

每通道每小時錄像文件大小（MB/h）= 碼流大小 × 3600 ÷ 8 ÷ 1024

硬盤容量（G）= 每小時錄像文件大小×每天錄像時間×硬盤錄像機路數×需要保存的天數÷1024

音頻所占容量很小，可以忽略不計。

從上可以看出，視頻硬盤容量的計算關鍵是看參數碼流的選取，常用碼流按下表選取：

表4 常用參數碼流

3.2 鏡頭與焦距的計算

（1）攝像機鏡頭的計算

鏡頭是攝像機的關鍵部件，鏡頭的主要參數是焦距、最大光圈數、視場的計算。視場的大小應根據鏡頭至被攝物體距離、鏡頭焦距及所要求的成像大小來確定。

圖2 鏡頭攝像機靶面像場

f = A × L / H

式中： f－焦距（mm）

H－視場高度（mm）

W－視場寬帶（mm）

L－視距

A－像場高度（mm）

B－像場寬度（mm）

不同鏡頭攝像機靶面像場A、B值見表5。

表5 不同鏡頭攝像機靶面像場A、B值

（2）最大光圈的計算

鏡頭的光通量是由光圈控制的，其相對孔徑O是有效孔徑D與鏡頭焦距f之比：

O = D / f

在實際的鏡頭中給出的D/f值是最大相對孔徑，一般以光圈指數F表示：

F = 1 / O = f / D

F值的分檔是以2的指數排列的，即：20、21/2、21、23/2…… 對 應 的F 值 為 ：1、1.4、2、2.8、4……F值越大，相對孔徑D越小，選擇時應與實際背景光環境相結合，不宜選用過大的鏡頭，鏡頭尺寸一般與攝像機靶面尺寸一致。監視目標環境照度相差100倍以上，應選用自動光圈或遙控電動光圈鏡頭。

（3）顯示設備選擇原則

顯示是視頻安防圖像信號最直接的客觀反應，其配置的數量應根據系統規模、視頻輸入的數量、控制室大小以及需要顯示的圖像管理需求來確定。一般小系統顯示設備選用17″～21″；大系統顯示設備選用21″～25″，主顯示選用32″～46″。

4 綜合布線系統中幾個快速計算

4.1 建筑物信息插座數量計算

對工作區面積的劃分應根據應用的場合做具體分析后確定，工作區面積需求可參照以下標準選取：

表6 工作區面積參照標準

每層信息點Tn計算：

Tn= (Sn× 70% ÷ Sb) × ΔT

其中Sn為第n層建筑面積，Sb為一個工作區服務面積，ΔT按下述原則選取：

一般辦公區一個工作區信息點不少于2個（語音、數據），重要的不少于3個（1語音、2數據），涉及政務工程的可按3～5個（語音和數據各半）考慮。

4.2 水平線纜用量計算

（1）水平電纜用量計算：

Xn= [(Ln1+ Ln2) × 0.55 + 6]× Tn÷ 305

LN1－弱電間至最近信息插座水平電纜長度

Ln2－弱電間至最遠信息插座水平電纜長度

Tn－信息點數

Xn－一個弱電間所需線纜箱數

（2）工作區信息模塊需求量計算：

m = n + n × 3%

m－信息模塊的總需求量

n－信息點總量

鑒于面板常見規格為1、2、4模塊，具體面板數在實際工程設計中計算。

（3）FD配線設備數量計算

FD配線設備由支持語音的IDC配線模塊、以及支持數據的RJ45（或ST、SC）配線模塊組成。盡管工程中FD配線設備的配置方案不同，但其基本計算方式相同，現舉典型示例：

支持語音的IDC型FD配線模塊計算：

圖3 支持語音的IDC型FD配線模塊原理圖

水平電纜測支持語音的基本單元數：

Mhipn= Tpn÷ 20 (24)

干線測支持語音的基本單元數：

Mbipn= Tpn÷ 100

支持數據的RJ45型FD配線模塊計算：

圖4 支持數據的RJ45型FD配線模塊原理圖

Mbrdn=MhrdnMhrdn=Tdn÷24

Mbrdn、Mhrdn為第n層FD支持數據與語音RJ45的基本單元數量（取整）。

5 結束語

就目前而言，智能化設計市場還不規范，并且缺少如強制性評審等針對智能化設計的監管措施，大部分設計滿足于預留預埋設計，一些主要設備選型沒有計算依據，更談不上業主對智能化系統更深層次的需要，建筑智能化設計專業水平有待更進一步提高。