日本当代建筑中的某些采光与照明技术

日本当代建筑中的某些采光与照明技术

日本当代建筑中的某些采光与照明技术

摘要：详细阐述了日本当代建筑中的采光技术，以及智能照明控制系统等方面的某些先进技术和方法。在此基础上，以日本大型建筑为例，探讨了二线式时分割多重传送方式的智能照明控制系统的设计方法和照明管理。

1 日本建筑中的某些采光技术

20世纪70年代能源危机后，节能和保护环境已成为世界各地普遍关注的社会问题。天然光是取之不尽、用之不竭的能源，建筑物如何充分利用天然光而节约照明用电，引起国际建筑界和照明界的高度重视。现将利用天然光的采光方法和设想归纳如下：

a．使用平面反向镜的一次反射法——用反光镜一次性将太阳光反射到室内需要采光的地方，这种方法对提高侧窗采光的均匀度具有较明显的效果；

b．导光管法——用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方；

c．棱镜组多次反射法——用一组传光棱镜将

集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位；

d．光导纤维法——采用光导纤维将光线引到需要采光的地方，如日本东京阳光大厦的中庭采光就是用这种方法，通过一组光纤把阳光引入室内，照亮中庭的绿色植物，照明效果很好；

e．卫星反射镜法——用高空卫星反射镜把太阳光反射送到需要光线的地区；

f．高空聚光法——用反光镜把太阳光聚集在高空，形成的高亮度光源供夜间照明用。在日本，建筑用地比较紧张，设计建筑物时，要进行日影计算，以保证建筑物的日照时间。即使这样，日本建筑物的自然采光依然受到很多制约。

因此，日本采用了很多把天然光引入室内的方法：

a．利用一般的透光圆形玻璃屋顶采光；

b．在建筑物内部贴反光材料，利用互相反射作用把天然光引入室内；

c．先用采光部把光引入建筑物内，再利用高反射率的薄板镜，将光反射到发光部完成室内照明； d．把光收集后，利用导光管把光送到需要照明的地方。

这些方法中，较为独特的是带有光反射作用的太阳光自动追尾采光系统。它由控制装置和自动追尾驱动装置两部分组成。控制装置是计算机根据当地的经度、纬度及时间，自动算出该建筑物所处太阳的方位角A及高度角H。自动追尾驱动装置根据不同的A及H值，调节反射镜的角度及方向，从而把太阳光最大限度地引入室内，以保证一定的照度要求。日本东京的未来科学馆就是采用这种装置进行室内中厅采光的。

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2 日本建筑中的智能照明技术

在建筑物中，照明负荷一般约占整个建筑物用电负荷的1／3。20世纪70年代以后，人们在照明节能方面已作了很大努力，20世纪90年代美国率先实施绿色照明计划，日本也在照明产品、照明设计、照明管理等方面挖掘照明节能潜力来节约能源。

日本建筑采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源。智能照明控制系统借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。这种自动调节照度的方式，充分利用室外的天然光，只有当必须时，才把灯点亮或点到要求的亮度。利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30％以上。此外，智能照明控制系统中对荧光灯等进行调光控制，由于荧光灯采用了有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗。

目前，智能照明控制系统按网络的拓扑结构分，大致有以下两种形式，即总线式和以星形结构为主的混合式。这两种形式各有特色，总线式灵活性较强一些，易于扩充，控制相对独立，成本较低；混合式可靠性较高一些，故障的诊断和排除简单，存取协议简单，传输速率较高。在日本，一般采用总线式照明控制系统。

2．1 日本建筑中的智能照明控制系统

工程设计中，智能照明控制系统一般作为一个独立的子系统，采用国际标准的通信接口和协议文本，纳入楼宇智能管理系统。智能照明控制系统采用分布式、集散型方式，即各单元的调光控制相对独立，自成一体，互不干扰。通过集中管理器和信息接口，与楼宇智能管理系统相连接，实现大楼控制中心对该子系统的信号收集和监测。照明控制系统由各类调光模块、控制面板、照度动态检测器及动静探测器等元件构成。

智能照明控制系统的控制内容主要有以下几个方面：

a．时钟控制——通过时钟管理器等电气元件，实现对各区域内用于正常工作状态的照明灯具时间上的不同控制；

b．照度自动调节控制——通过每个调光模块和照度动态检测器等电气元件，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的自动调光控制，使该区域内的照度不会随日照等外界因素的变化而改变，始终维持在照度预定值左右；

c．区域场景控制——通过每个调光模块和控制面板等电气元件，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的场景切换控制；

d．动静探测控制——通过每个调光模块和动静探测器等电气元件，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的自动开关控制；

e．手动遥控器控制——通过红外线遥控器，实现在正常状态下对各区域内用于正常工作状态的照明灯具的手动控制和区域场景控制。

日本的许多智能照明建筑，特别是现代化办公室的智能照明技术是相当先进，简单而实用的。他们利用各种装置及方法对照明灯具进行控制，以达到既能满足照度要求，又节约能源的目的。

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对于小规模的学校、办公楼，可采用自带各种感知器的灯具，这样既可调节灯具的出力，节约能源，结线又基本与普通灯具一样，非常简单方便。这其中有自带照度感知器，根据照度感知器的信号自动调光的灯具，用于一般教室、走道；有自带红外线感知器，根据其信号判断有无人而自动开关的灯具，用于准备室、厕所；有自带红外线感知器，根据其信号判断有无人而自动调光的灯具，用于门厅、走道；有自带红外线和照度二种感知器自动开关、自动调光的灯具；有带照度自动补偿的灯具，能根据照明器具的清洁程度、发光效率情况，自动调整出力，既节约能源又满足照度要求的灯具。

在日本，初期照度补正技术在照明设计中应用比较广泛。一般来说，照明灯具的照明率是随灯具的使用而改变的。开始使用时，照明率比较高，在满足一定设计照度的前提下，为了节约能源，可以根据照度感知器自动减少灯具的出力，以后自动调节灯具的出力。还有带自动点灭器的室外安全防范灯具，也有自动点灭器与灯具分开的。在日本，一般采用自动点灭器(带照度感知器)和时间控制器来对住宅公共走道及小区、公园等的照明灯具进行自动开关，设计非常简单。另外，有些体育场灯具带有增光反射膜、高曲折率膜、低曲折率膜，以提高灯具的反光效率。而对于大型建筑物，一般采用二线式时分割多重传送方式的照明控制系统，它具有集中监视控制方式、分区控制方式、预制场景控制方式、时间预设置控制方式。通过时钟开关照度感知器、红外线感知器等外部联动控制系统引来的信号(无电压节点信号)等对照明灯具进行控制。

另外，建筑物中的应急照明、诱导灯信号系统与消防火灾联动系统连接。平时大楼无人时可关掉。但发生火灾时，可由消防系统来的信号强制接通。此外，照明系统还可与其他系统连接，如美术馆的展示厅，一般在墙上设有照度感知器，能根据室外光线的强弱调节灯具的出力。当不开灯，室外光线仍太强烈时，还能输出信号到控制盘，调节百叶窗的光线入射率，改变光线的人射量，以满足一定的照度要求，不致损坏美术作品；而当光线不足时，又能自动开启美术馆展示厅的照明灯具。

2．2 二线式时分割多重传送方式的照明控制系统

二线式时分割多重传送方式的照明控制系统在日本运用比较广泛，该系统具有如下特点：

a．设计、施工、改变房间及灯具布局，非常方便，信号线只需在端末器、开关之间连接即可； b。信号线与端末器及开关的个数无关。

在日本，一般根据一栋建筑物使用功能的不同，实现不同的照明管理，以节约能源。如一个办公室，在上下班前半小时及中午一小时休息期间，只开一部分灯具；上班时间开全部灯具；在下午2-3点，太阳光比较强的时候，可根据照度感知器的信号，关掉窗边的一部分灯具；而在傍晚还可以根据照度感知器的信号，把室外灯具打开；根据预先设置的时间，到第二天某一时间自动关闭室外灯具；对于一些公共场所如厕所、走廊等，可设置红外线感知器，根据有无人员，自动开关灯具；在会议室还可使用无线遥控器，根据会议的情况，对灯具、空调、音量进行调节。

2．2．1 一栋三层办公楼的二线式照明控制系统

下面以一栋三层办公楼为例对二线式时分割多重传送方式的照明控制系统做一个介绍。该办公楼要进行如下照明管理：

a．在一楼的管理室内对整栋楼的照明进行集中控制；

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b．在各个办公室、走道及各功能房间对照明灯具进行就地控制。为此，采用二线式时分割多重传送方式的照明控制系统。该三层楼的二线式照明控制系统如图1所示。

图1中，VV电力线导线型号、根数按照强电配线原则进行配线。信号线为CPEVl．2—1P。照明分配电盘里面装有遥控装置、增幅器、控制端末器等。

k为集中控制开关盘。置于一层管理室。MR为个别控制开关，置于所需的房间或走道。RG为分区控制开关或预置模式控制开关，置于所需的房间或走道。

该系统的特点为强电线和弱电信号线分开走线。强电线从配电盘引入端末控制器，由此引入灯具，该线路配线型号及根数与一般电力配线方式相同。端末控制器既可放在配电盘里，也可放在各处的吊顶里，还可放在灯具里。弱电信号线则从端末控制器引入集中控制开关和各地的控制开关，开关到灯具之间不需走线。该弱电信号线为统一的二芯通信线。控制开关也有不同型式，分为个别控制开关、分区控制开关、延时控制开关、调光控制开关、预置模式控制开关等。预置模式控制开关可预先设置如下模式：P1模式为办公室的灯具全开，P2模式为办公室的灯具全关，P3模式为办公室的灯具间隔开，P4模式为办公室窗边的灯具关。预设之后，就可如同普通开关一样根据需要对室内灯具进行控制。通过不同的外部模块，还可实现各种不同的照明控制模式，强电线与弱电信号线不能放在同一根管里，且强电线与弱电信号线之间要相隔一定距离。该建筑物各功能房的照度及控制方式见下表。

2．2．2 日本某游泳跳水馆的二线式照明控制系统

日本某游泳跳水馆建筑也是采用这种二线式时分割多重传送方式的照明控制系统，传送速度为10kbps。该系统在一层中央监视室里设有照明控制盘，置于各层电气竖井内的各分电盘里，设置有控制端末器和遥控开关。各端末器与照明控制盘之间该建筑物二线式照明控制系统见图2。

图2中，CPU为中央处理装置，LCD为液晶显示屏，ANN为状态表示盘，MPR为打印机。A为多重传送装置，B为自动点灭器(即根据室外照采用CPEV—S1．2—3P信号线，以时分割多重传送方式进行信号传送，可以对整栋楼的照明进行控制。该系统具有个别控制、分区控制方式、预置场景控制方式、时间预设置表程序控制方式(即预先按年、月、日、周等进行各种模式预设置，系统会按照该模式进行运行)。度感知器输入的信号控制室外灯具的开启)，c为多重传送线，D为传送式墙壁开关。

照明信号干线系统如图3所示(强电干线系统图与一般的相同)。

图3中，各分电盘中A为控制模块控制的回路个数，B为控制模块个数，C为控制开关控制的回路个数，D为控制开关个数。一般一个控制

模块或控制开关可以控制4个照明回路。

照明分配电盘结线如图4所示(以BM—3分配电盘为例，其余类同)。

图4中，RYB2P50／20为遥控开关，ELB为漏电保护开关，RX1为照明控制盘来的操作信号。

日本的智能照明技术，特别是现代化办公室的智能照明技术值得我们研究与借鉴。随着我国经济的发展，我国的建筑照明设计也将不断发展，进入一个崭新阶段

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