日光照明與智能控制一體化照明系統技術應用

姜振華

（中鐵建設集團有限公司 機電總承包事業部，北京 100040）

0 引言

20 世紀80 年代，在美國發明了導光管日光照明系統，該系統的基本原理是利用物理原理將太陽光通過管道引入室內，以最大限度地利用自然光進行照明。該系統具有舒適、綠色、環保等特點，一經上市即受到廣泛歡迎，主要應用于住宅、體育館、工業廠房、地下車庫等，尤其是在一些用電量大、跨度大、白天需要開燈的建筑非常適合，可節約大量能源［1］。

智能光控制系統就是通過在照明系統中應用智能化與自動化技術，將導光管照明和燈具照明協調起來。照明控制系統也是近些年在建筑中常用的一種成熟技術，根據需要設定控制值，在照度不夠的情況下開啟燈具照明［2］。一般情況采用2 種模式：光照度控制或時間控制。光照度控制模式是通過RS485 接口讀取數字光照度傳感的當前照度值，根據照度參數進行開啟或關閉燈光回路，進行補光或節能［3］；在白天日光照明充足時，利用導光管照明且關閉普通燈具照明設施，在夜間或日光照明不足時，部分或全部開啟燈具照明設施，實現智能化照明，降低能源消耗。

1 項目概述

北京朝陽站為京沈高鐵首發站，京沈高鐵是我國“十三五”規劃重點建設項目，國家《中長期鐵路網規劃》“四縱四橫”客運鐵路網的最后“一縱”——北京—哈爾濱（大連）高速鐵路的重要組成部分。

北京朝陽站位于北京市東北部四環和五環之間，具體位置為姚家園北街以南、姚家園路以北、駝房營路以東、蔣臺洼西路以西之間的地塊內，總建筑面積18.3萬m2，站臺面積4.35萬m2。車站規模為7臺15線，西側為普速車場，東側為高速車場。

北京朝陽站站臺設計采用導光管日光照明系統，一方面可以滿足站臺上必要的照明要求，同時將自然光引入到站臺，給車站員工、乘客帶來光的感受，體現人性化設計；另一方面也響應國家號召，實現節能減排、健康、低碳、環保的設計理念。

2 導光管系統應用方案

導光管的基本原理是將太陽光通過高反射率管道經過反射的物理原理引入室內。該系統主要由3個部分組成：采光裝置、導光裝置和漫射裝置［4］。導光管系統結構示意見圖1。

圖1 導光管系統結構示意圖

（1）采光裝置：包括密封墊圈、采光罩、防雨板、保溫隔熱套等。該部分在收集太陽光線的同時，還要保證陽光導入系統與雨棚連接可靠，避免灰塵、雨水進入。系統可采集低角度陽光，同時又將正午過強的太陽光反射出去。采光帽可屏蔽紫外線，防止系統老化（見圖2）。

圖2 采光裝置

（2）導光裝置：包括導光管和彎頭配件，是系統的核心部件，反射率高達99.7%。主要用來傳輸光線。光線經過管道進入站臺內，需經過無數次反射、折射，管道越長，反射次數越多，可利用的光線越少，所以導光管的反光率直接影響最終采光效果（見圖3）。

圖3 導光裝置

（3）漫射裝置：包括漫射器及其組件，采用菲尼爾透鏡原理，主要用于將進入室內的光線進行打散，并漫射到室內，在保證照度的同時可擴大照明范圍（見圖4）。

圖4 漫射裝置

北京朝陽站共7 個站臺，其中2、3、4、5、6 站臺設計了導光管日光照明系統，站臺屋面為露天停車場，在屋面預留導光管空洞，4 個為1 組，穿過屋面板引入站臺，再調整為1排，完全可以滿足室內站臺照明需求。

因導光管是采集太陽光的直射光和漫射光用于照明，在夜間導光管不亮，此時夜間照明達不到需求，所以采用智能光控制系統，與照明回路進行連接。北京朝陽站為人流密集的公共建筑，建筑區域較大，為保證使用效果，采用時間控制方式，在春夏秋冬不同季節，設定不同時間開啟燈具。如果采用光控，需根據現場情況設置一些光照強度傳感器，然后回傳給控制器，啟動或關閉燈具開關。北京地區天氣變化較大，采用光控會出現頻繁開啟現象，而時段控制比較理想，例如，夏季可設置為18：00—6：00 燈具全部開啟，6：00—18：00采用日光照明。導光管與燈具照明回路交替使用，既能保證站臺上的照明要求，又能最大限度地降低能耗。

3 照明系統施工安裝工藝

3.1 導光管日光照明

（1）根據平面布置圖、導光照明系統的型號，確定導光照明系統的位置。

（2）在防水板上邊緣粘貼帽圈密封條、保溫隔熱墊，并確認牢固。

（3）管道與管環卡扣連接，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實。

（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，將漫射屏卡扣卡進管道梯形孔內，外圈采用密封條進行密封。

（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，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，固定墊圈放入預留孔中，用固定釘固定。安裝完成效果見圖5。

3.2 智能光控制系統

根據現場使用需求選擇相應的控制模塊，將其分別安裝在相應的照明配電箱內。在配電箱內預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，但在安裝過程中，一定要注意模塊之間的順序、接線順序、導軌固定是否牢靠、接線端子編號等細節問題［5］。智能照明控制模塊安裝在配電箱內（見圖6）。

圖5 采光罩安裝

圖6 智能照明控制模塊安裝

光照強度傳感器安裝是重要環節，其位置確定非常關鍵。不能選擇暗區域，也不能選擇明亮區域。導光管影響不到的暗區域導致回路開啟，浪費電力資源；導光管影響的明亮區域，光照強度傳感器傳輸給控制器的信號不滿足需開啟條件，又會導致其他區域照度不足，所以安裝傳感器需要進行多次試驗。

3.3 系統調試

3.3.1 調試前準備

在天氣晴朗時，導光管處于正常采集太陽光狀態，無遮擋；檢查所有導光管是否按圖紙進行施工，檢查設備搭接是否完整，打釘是否牢固；鋁箔膠帶粘貼是否嚴實，是否存在漏光現象，采光罩安裝是否牢固；按圖紙檢查核對配置的數量，并記錄在案。

3.3.2 調試

在晴天和陰天狀態下，直接采用照度儀測量室內導光管的照度值。智能照明聯調工作已基本完成，即可開始控制器的編程及調試。通過安裝在配電箱的控制模塊對照明設備進行直接開關控制調試。根據監控數表，檢查通過接口上傳的所有系統參數是否正確。

4 系統特點與實施效果

日光照明與智能控制一體化照明系統現場效果見圖7。系統特點如下：

（1）現場實施方便靈活。控制設備無需將系統內所有設備通過電纜線相互連接，單機可獨立運行，極大方便了對建筑物原有照明控制改造和新建項目照明集中控制的實施。

圖7 日光照明與智能控制一體化照明系統現場效果

（2）高效、節能、低碳、環保。系統在滿足員工對環境要求的前提下，還能根據人員的活動狀況、工作規律、自然光狀況來調節室內照明環境，不用電或降低電的使用量，可以最大限度地減少能源消耗，響應政府節能減排的號召。

（3）良好的經濟效益。系統可以大大減少維護人員的工作量、降低維修費用、提高工作效率。

5 結束語

近年來，國家大力提倡建造舒適健康、低碳環保、可持續發展的綠色建筑，與之相關聯的綠色建筑材料、綠色設備也越來越受到建筑師們的青睞，導光管這一零碳節能設備正是其中的優秀代表。再加上與之匹配的智能光控制系統，必將成為綠色建筑中具有突出效果的應用。日光照明舒適、健康，與智能光控制系統相結合的合理應用，既可節能減排，還能節約管理費用、提高工作效率及滿意度［6］，在大型基建中的應用會越來越廣泛。