建筑物夜景照明電氣設計

王 統

（福建省新廣廈工程設計研究院有限公司，福州 350014）

建筑物夜景照明在城市景觀設計中扮演著重要的角色，不僅提供了城市夜間的美麗景觀，還為人們創造了安全、舒適的夜間環境。夜景照明的電氣設計是實現建筑物夜景效果的關鍵要素之一，涉及照明設備的選擇、布局和控制等方面，直接影響到夜景照明效果的質量和節能性能。夜景照明電氣設計是確保照明系統高效、安全和可持續運行的關鍵因素之一[1]。

目前，建筑物夜景照明電氣設計領域已經取得了一些重要的研究成果和進展。研究人員對夜景照明的光學特性、照明設備的性能和控制系統的優化等方面進行了深入研究。一些新興的技術和方法，如LED照明、智能控制系統和光污染控制等，已經被應用于建筑物夜景照明電氣設計中，取得了顯著效果。然而，當前的研究還存在一些挑戰和問題。例如，如何在保證夜景照明效果的同時實現節能減排，如何解決光污染和視覺疲勞等問題，如何提高照明設備的可靠性和壽命等。因此，進一步的研究仍然是必要的，以完善建筑物夜景照明電氣設計的理論和實踐。

建筑物夜景照明電氣設計包括線纜選型與布局、控制系統設計、傳感器集成、云連接和遠程管理、智能場景模式以及故障診斷和報警系統[2]。通過正確的線纜選型、智能化的控制系統和傳感器技術的巧妙應用，可以實現夜景照明系統的高度自適應性，以滿足不同環境條件和需求。此外，云連接和遠程管理使系統維護更加便捷，故障診斷和報警系統有助于確保系統穩定運行[3]。因此，將詳細介紹每個方面的設計原理和最佳實踐，同時結合實際項目案例，展示建筑物夜景照明電氣設計在現代城市照明中的關鍵作用。

1 夜景照明系統線纜選型與布局

1.1 線纜選型

夜景照明工程采用的線纜線型應盡量保持與原主體電氣專業選用的非消防線纜線型一致[4]。不應刻意降低線纜耐火阻燃及燃燒性能要求。因為夜景照明工程中照明箱、驅動電源、配電線路等大都敷設在建筑物內部，個別敷設在建筑物外立面上[5]。其整個配電系統仍屬于建筑物內的配電系統，不能按照室外敷設情況來選擇線纜。

1.2 夜景照明配電箱至驅動電源的線纜截面選擇

此段線纜截面取決于兩個因素，一是應與前端保護開關整定值相匹配，二是應滿足驅動的輸入端壓降要求。常見的夜景照明配電系統圖如圖1所示。

圖1 夜景照明配電系統圖

圖1中每回路所接電源驅動的個數決定了前端小型C曲線斷路器的整定電流大小。由于LED燈具的驅動電源中存在濾波電容，電容器充放電存在瞬時尖峰電流，故一般考慮啟動電流為額定電流的10～12倍[6]。故應滿足

式中：In為斷路器整定電流，Ic為開關驅動電源的額定電流。

簡單計算可知，5個350 W的驅動電源應配置至少C20的小型斷路器。而小型斷路器C曲線20 A整定電流決定了線纜的最小截面積為4 mm2。

2 夜景照明控制系統設計

2.1 多傳感器集成

建筑物夜景照明智能自動化系統中的傳感器起著至關重要的作用，充當了系統的“感知器官”，通過監測環境因素，如光強、溫度、運動、聲音等數據，智能控制系統的自適應功能，自動調整照明效果。

1）運動感應器（PIR傳感器）。通過被動紅外感應技術，PIR傳感器可以檢測到周圍環境中的熱量變化，特別是人體運動。這些傳感器在建筑物周圍的關鍵位置安裝，以便檢測到人員的活動。一旦運動被檢測到，系統會根據預定的策略和場景自動調整照明亮度和顏色。

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2）光敏感應器（光敏電阻器或光敏二極管）。光敏感應器能感知周圍環境的光強度。這些傳感器用于調整照明系統的亮度水平，以確保在光線足夠的情況下照明保持最低程度。在夜間或光線較暗的時候，系統會增加照明強度，以滿足安全和舒適性的要求。

3）溫度傳感器。溫度傳感器用于監測環境溫度。傳感器可以在溫度變化較大時調整照明系統，以提供更舒適的照明環境。例如，在天氣較冷時，系統可以增加照明亮度來提供額外的熱量。

4）環境光傳感器。環境光傳感器測量周圍環境中的光強度和光譜分布。這些數據可用于實現自適應照明，根據日出、日落和自然光變化來調整照明效果，最大程度地模仿自然光。

傳感器在建筑物夜景照明電氣設計中起著重要的作用。通過集成傳感器，建筑物夜景照明系統可以根據實時環境條件和需求進行智能調整，提供更高效、舒適和節能的照明效果。傳感器數據可以與控制系統相結合，實現自動化調節，提升夜景照明的質量和用戶體驗。

2.2 控制器設計

建筑物夜景照明智能自動化系統的控制器設計包括以下關鍵組成部分。

1）微控制單元（MCU）。系統的核心控制單元是一款高性能的微控制器，負責接收和處理來自各種傳感器的數據，實時監測環境參數，如光強、溫度、運動、聲音等。MCU使用嵌入式程序對系統進行決策，并生成相應的控制信號。

2）通信模塊?？刂破髋鋫渫ㄐ拍K，通常采用Ethernet、Wi-Fi或者其他無線通信協議，以實現與云平臺和遠程監控的連接。應用通信模塊，管理員可以遠程訪問系統，監控性能、更新設置并接收警報通知。

3）時鐘和日歷模塊。為實現按時間調整照明效果的功能，系統集成了精確的時鐘和日歷模塊，以跟蹤時間、日期和季節。因此，系統可以根據日出、日落時間自動切換照明場景。

2.3 云連接和遠程管理

1）云連接。云連接是建筑物夜景照明系統與云服務器實時通信的關鍵部分，允許管理員和系統運維人員從任何具有互聯網連接的位置監控照明系統。云連接包括以下幾方面：

傳感器數據采集。系統中的傳感器不斷采集環境參數數據；數據傳輸。采集的數據通過本地控制器處理，并通過安全的通信協議（通常是HTTPS或MQTT）加密傳輸到云服務器；云服務器。云服務器位于遠程數據中心，負責接收、存儲和處理來自建筑物夜景照明系統的數據。

2）遠程管理。云連接為遠程管理提供了平臺，管理員和系統運維人員可以通過Web界面或專用應用程序執行以下操作：遠程監控。實時監測照明系統的性能，包括亮度、顏色、能源消耗等。這可以通過數據可視化圖表、實時儀表盤和警報通知實現；遠程控制。遠程調整照明設置，包括亮度、顏色和場景模式。管理員可以根據需要靈活地改變照明效果；定時和計劃。設置定時任務和計劃，以自動調整照明，例如，根據日出和日落時間自動切換場景，或在特定時間關閉照明以節省能源；警報和故障管理。接收實時警報通知，以便及時處理故障、燈具損壞或異常情況；安全性。云連接和遠程管理的關鍵方面之一是確保數據安全和隱私。這可以通過使用加密通信、身份驗證和授權機制來實現，以確保只有授權人員能訪問和控制照明系統。

2.4 智能場景模式

研究設計的建筑物夜景照明智能系統主要有4種模式：

1）正常工作模式。正常工作模式是建筑物夜景照明系統的默認模式，自動根據日出和日落時間來調整照明設置。在這種模式下，系統根據自然光線的變化智能地調整LED燈具的亮度和色溫，以維持室內環境的舒適度和能源效率。這意味著在白天照明較亮的時候，系統會降低亮度和色溫，而在夜晚或昏暗的環境中，會增加亮度和改變色溫，以確保最佳的視覺體驗。

2）活動模式?；顒幽Ｊ绞且环N手動或根據特殊活動的時間表激活的模式。在這個模式下，系統提供特殊的照明效果，如顏色的變化、閃爍、漸變等，以增強活動的氛圍和吸引力。這可以用于特殊場合，如派對、慶典或演出，以創造令人難忘的照明效果。

3）安全模式。安全模式是一種手動或根據安全警報激活的模式。當安全模式激活時，系統會突出顯示關鍵區域的照明，如緊急出口、安全通道等，以提高建筑物的安全性。這個模式可用于緊急情況或需要額外安全措施的情況，確保人員的安全。

4）節能模式。節能模式是一種手動或根據時間表激活的模式，旨在最小化照明亮度和能源消耗。在這個模式下，系統會關閉不必要的燈具，降低亮度，節省電能。

2.5 故障診斷和報警

建筑物夜景照明智能系統的故障診斷和報警通過多種傳感器監測環境和設備參數。傳感器采集數據，經過分析和比對，如果發現異?；虺鲈O定范圍的情況，系統將診斷潛在故障并觸發報警。報警可以通過多種方式通知管理員，包括聲音、燈光、電子郵件或短信。故障診斷和報警系統是保障夜景照明系統穩定運行的重要保障。智能系統中故障診斷的數據流圖如圖2所示。

圖2 智能系統中故障診斷的數據流圖

這一夜景照明控制系統方案綜合運用了多傳感器集成，包括運動感應器、光敏感應器、溫度傳感器和環境光傳感器，以實現智能照明調整?？刂破髟O計以微控制單元（MCU）為核心，具備通信模塊和時鐘日歷模塊，支持云連接和遠程管理，以實現實時監控、遠程控制和節能調整。此外，智能場景模式包括正常工作、活動、安全和節能模式，可根據需求自動切換照明效果。系統還提供故障診斷和報警功能，通過多傳感器監測和多種通知方式，確保系統穩定性。這一綜合方案旨在提供高效、舒適、安全和節能的夜景照明體驗。

3 案例研究

城市文化中心夜景照明升級項目為一個典型的實際案例，展示了建筑物夜景照明電氣智能系統的設計和應用?？刂破髟O計方面，該系統采用了先進的控制器，具備亮度和顏色調節功能，通過生成PWM信號來精確控制LED燈具的亮度，并根據RGB LED的色彩模型生成各種顏色效果，可以根據不同活動的需求創造出多彩多樣的照明效果。系統還配備了故障診斷和報警功能，傳感器定期監測設備狀態和環境條件，如果發現異常情況，系統將立即觸發報警，并通過電子郵件通知維護團隊，有助于快速解決問題，保證文化中心的正常運營。同時，該系統還支持云連接和遠程管理，管理員可以通過智能手機或計算機遠程監控和管理照明系統。其智能系統如圖3所示。

圖3 城市文化中心夜景照明智能系統

夜景照明電氣智能系統的設計和升級，在城市文化中心建設中取得了顯著成效，不僅改善了夜景效果，還提高了能源效率和系統管理的便捷性。夜間活動的吸引力得到了提升，不僅提高了市民和游客的體驗，還吸引了更多的文化活動和演出，同時也節約了20%的能源開支，有助于減少環境影響。

4 結論

文章深入探討了建筑物夜景照明電氣設計的多個關鍵方面，強調了其在現代城市和建筑設計中的重要性?？刂葡到y的設計和傳感器集成使照明系統能更智能地適應環境和需求變化，提高了用戶體驗和能源利用效率。云連接和遠程管理的引入為系統的監控和維護帶來了更大的便利，同時故障診斷和報警系統提高了系統的可靠性和可用性。城市文化中心的成功案例展示了電氣智能系統在提高夜景效果、能源效率和系統管理便捷性方面的作用，為城市的文化和藝術活動增色不少。