日光照明与智能控制一体化照明系统技术应用

姜振华

（中铁建设集团有限公司 机电总承包事业部，北京 100040）

0 引言

20 世纪80 年代，在美国发明了导光管日光照明系统，该系统的基本原理是利用物理原理将太阳光通过管道引入室内，以最大限度地利用自然光进行照明。该系统具有舒适、绿色、环保等特点，一经上市即受到广泛欢迎，主要应用于住宅、体育馆、工业厂房、地下车库等，尤其是在一些用电量大、跨度大、白天需要开灯的建筑非常适合，可节约大量能源［1］。

智能光控制系统就是通过在照明系统中应用智能化与自动化技术，将导光管照明和灯具照明协调起来。照明控制系统也是近些年在建筑中常用的一种成熟技术，根据需要设定控制值，在照度不够的情况下开启灯具照明［2］。一般情况采用2 种模式：光照度控制或时间控制。光照度控制模式是通过RS485 接口读取数字光照度传感的当前照度值，根据照度参数进行开启或关闭灯光回路，进行补光或节能［3］；在白天日光照明充足时，利用导光管照明且关闭普通灯具照明设施，在夜间或日光照明不足时，部分或全部开启灯具照明设施，实现智能化照明，降低能源消耗。

1 项目概述

北京朝阳站为京沈高铁首发站，京沈高铁是我国“十三五”规划重点建设项目，国家《中长期铁路网规划》“四纵四横”客运铁路网的最后“一纵”——北京—哈尔滨（大连）高速铁路的重要组成部分。

北京朝阳站位于北京市东北部四环和五环之间，具体位置为姚家园北街以南、姚家园路以北、驼房营路以东、蒋台洼西路以西之间的地块内，总建筑面积18.3万m2，站台面积4.35万m2。车站规模为7台15线，西侧为普速车场，东侧为高速车场。

北京朝阳站站台设计采用导光管日光照明系统，一方面可以满足站台上必要的照明要求，同时将自然光引入到站台，给车站员工、乘客带来光的感受，体现人性化设计；另一方面也响应国家号召，实现节能减排、健康、低碳、环保的设计理念。

2 导光管系统应用方案

导光管的基本原理是将太阳光通过高反射率管道经过反射的物理原理引入室内。该系统主要由3个部分组成：采光装置、导光装置和漫射装置［4］。导光管系统结构示意见图1。

图1 导光管系统结构示意图

（1）采光装置：包括密封垫圈、采光罩、防雨板、保温隔热套等。该部分在收集太阳光线的同时，还要保证阳光导入系统与雨棚连接可靠，避免灰尘、雨水进入。系统可采集低角度阳光，同时又将正午过强的太阳光反射出去。采光帽可屏蔽紫外线，防止系统老化（见图2）。

图2 采光装置

（2）导光装置：包括导光管和弯头配件，是系统的核心部件，反射率高达99.7%。主要用来传输光线。光线经过管道进入站台内，需经过无数次反射、折射，管道越长，反射次数越多，可利用的光线越少，所以导光管的反光率直接影响最终采光效果（见图3）。

图3 导光装置

（3）漫射装置：包括漫射器及其组件，采用菲尼尔透镜原理，主要用于将进入室内的光线进行打散，并漫射到室内，在保证照度的同时可扩大照明范围（见图4）。

图4 漫射装置

北京朝阳站共7 个站台，其中2、3、4、5、6 站台设计了导光管日光照明系统，站台屋面为露天停车场，在屋面预留导光管空洞，4 个为1 组，穿过屋面板引入站台，再调整为1排，完全可以满足室内站台照明需求。

因导光管是采集太阳光的直射光和漫射光用于照明，在夜间导光管不亮，此时夜间照明达不到需求，所以采用智能光控制系统，与照明回路进行连接。北京朝阳站为人流密集的公共建筑，建筑区域较大，为保证使用效果，采用时间控制方式，在春夏秋冬不同季节，设定不同时间开启灯具。如果采用光控，需根据现场情况设置一些光照强度传感器，然后回传给控制器，启动或关闭灯具开关。北京地区天气变化较大，采用光控会出现频繁开启现象，而时段控制比较理想，例如，夏季可设置为18：00—6：00 灯具全部开启，6：00—18：00采用日光照明。导光管与灯具照明回路交替使用，既能保证站台上的照明要求，又能最大限度地降低能耗。

3 照明系统施工安装工艺

3.1 导光管日光照明

（1）根据平面布置图、导光照明系统的型号，确定导光照明系统的位置。

（2）在防水板上边缘粘贴帽圈密封条、保温隔热垫，并确认牢固。

（3）管道与管环卡扣连接，管道与管道之间连接采用固定钉连接，连接后用铝箔胶带密封严实。

（4）管道与漫射屏连接，将黑色胶条粘贴在梯形孔2/3 的位置，将漫射屏卡扣卡进管道梯形孔内，外圈采用密封条进行密封。

（5）将装好漫射屏的管道垂直向下放置在防水板上。

（6）采光罩安装：将采光罩反光片安装在北侧，将密封毛条沿防水板上沿周边粘贴一周，再将采光罩垂直向下扣下，固定垫圈放入预留孔中，用固定钉固定。安装完成效果见图5。

3.2 智能光控制系统

根据现场使用需求选择相应的控制模块，将其分别安装在相应的照明配电箱内。在配电箱内预留出智能照明控制模块的安装位置和连接方式。智能照明模块可让配电箱厂家组装，也可由施工单位安装，但在安装过程中，一定要注意模块之间的顺序、接线顺序、导轨固定是否牢靠、接线端子编号等细节问题［5］。智能照明控制模块安装在配电箱内（见图6）。

图5 采光罩安装

图6 智能照明控制模块安装

光照强度传感器安装是重要环节，其位置确定非常关键。不能选择暗区域，也不能选择明亮区域。导光管影响不到的暗区域导致回路开启，浪费电力资源；导光管影响的明亮区域，光照强度传感器传输给控制器的信号不满足需开启条件，又会导致其他区域照度不足，所以安装传感器需要进行多次试验。

3.3 系统调试

3.3.1 调试前准备

在天气晴朗时，导光管处于正常采集太阳光状态，无遮挡；检查所有导光管是否按图纸进行施工，检查设备搭接是否完整，打钉是否牢固；铝箔胶带粘贴是否严实，是否存在漏光现象，采光罩安装是否牢固；按图纸检查核对配置的数量，并记录在案。

3.3.2 调试

在晴天和阴天状态下，直接采用照度仪测量室内导光管的照度值。智能照明联调工作已基本完成，即可开始控制器的编程及调试。通过安装在配电箱的控制模块对照明设备进行直接开关控制调试。根据监控数表，检查通过接口上传的所有系统参数是否正确。

4 系统特点与实施效果

日光照明与智能控制一体化照明系统现场效果见图7。系统特点如下：

（1）现场实施方便灵活。控制设备无需将系统内所有设备通过电缆线相互连接，单机可独立运行，极大方便了对建筑物原有照明控制改造和新建项目照明集中控制的实施。

图7 日光照明与智能控制一体化照明系统现场效果

（2）高效、节能、低碳、环保。系统在满足员工对环境要求的前提下，还能根据人员的活动状况、工作规律、自然光状况来调节室内照明环境，不用电或降低电的使用量，可以最大限度地减少能源消耗，响应政府节能减排的号召。

（3）良好的经济效益。系统可以大大减少维护人员的工作量、降低维修费用、提高工作效率。

5 结束语

近年来，国家大力提倡建造舒适健康、低碳环保、可持续发展的绿色建筑，与之相关联的绿色建筑材料、绿色设备也越来越受到建筑师们的青睐，导光管这一零碳节能设备正是其中的优秀代表。再加上与之匹配的智能光控制系统，必将成为绿色建筑中具有突出效果的应用。日光照明舒适、健康，与智能光控制系统相结合的合理应用，既可节能减排，还能节约管理费用、提高工作效率及满意度［6］，在大型基建中的应用会越来越广泛。