智能家居电气设计中的若干问题综述
2014-07-24赵小文
赵小文
(北京市建筑设计研究院有限公司,北京 100045)
智能家居电气设计中的若干问题综述
赵小文
(北京市建筑设计研究院有限公司,北京 100045)
引言
智能家居系统过去主要应用于别墅建筑,随着国家对智慧城市、智慧小区的推广,以及人们对高品质生活的追求,智能家居的概念逐步为人们了解并接受,智能家居越来越多地进入高层住宅特别是高档住宅。家居智能化系统的水平也成为评价一个楼盘档次的重要依据。
1 智能家居系统选择的技术路线
智能家居住宅的电气系统要全面支持智能家居系统的各种要求,而不同的智能家居系统要求不同,选择适宜的系统很重要。在高阶段设计阶段就要重视与甲方的策划、设计、成本和销售等部门密切沟通,在了解市场定位、产品调研、电气技术分析和甲方需求分析归纳的基础上,筛选比较技术方案,确定最终实施方案。在选择时应遵循如下原则:
1)先进性:选择符合世界技术发展潮流的先进成熟的技术、先进产品和系统,以及优化的拓扑结构,使系统能保持较长时间的先进性和适用性。
2)可靠性、安全性、容错性:采用成熟稳定的技术和产品,有高度可靠的运营系统,从而保证系统的正常运行。
3)经济性:应具有良好的性价比。
4)可扩展性:随着技术的发展,在系统升级改造时不仅可以保护原有资源,还可以降低系统维护、系统升级的复杂性以及提高使用效率。
5)兼容性:各种模块、智能家电、网络之间的通讯协议兼容,便于接入。
6)易维护性:系统设备和配件应尽可能采用成熟产品,设备本身应便于维护,使维护人员的配备和培训简化,系统整体具有较高的可维护性。
7)实用性:具有明确的需求目标,能最大限度地满足用户的需求。
8)友好性:好的家庭自动化系统应该简便易用,用户界面友好,便于掌握。
2 智能家居电气设计的组织
智能家居需要集成许多系统,强弱电管线很多,设计不应该遵循传统的毛坯设计-深化设计(智能化集成+精装设计)的程序,应将一次设计(基本设计)、集成(深化)设计和精装设计全过程协同起来。
在某工程中笔者经过审慎分析,建议甲方精装设计一次到位,因而必须采取协同设计的方法。具体办法是,电气专业牵头协调;中央空调等设备厂家提资料给设备专业;设备专业汇总水暖条件提交精装设计;弱电专业提前深化;灯光顾问计算照度、选择灯具、布置灯具位置……,电气专业把所有强弱电末端件、箱体尺寸、空调控制末端件等汇总精装设计;精装设计微调定位,确定最终版;机电专业最后实施平面布线,最终完成机电户型设计。
必要时,可先做一个智能家居样板间。
3 智能家居电气设计中常见问题分析
智能家居住宅的设计与普通住宅之间有许多不同点,现行住宅电气设计规范中关于智能家居的内容尚不明确和具体。本文归纳整理了智能家居电气设计实践中常见的一些技术问题,分别进行了评述和建议,以期对之后的设计研究提供参考。
3.1 负荷等级与电源质量问题
根据《住宅建筑电气设计规范》(JGJ 242-2011)3.2.1规定,一类高层建筑中安防系统属一级负荷,是指住宅公共配套的安防系统。在供电局的客户用电等级中住宅小区是普通客户,即使是一类高层建筑物,住宅户内用电负荷等级都是三级负荷。
如果住户设计了智能家居系统,其中智能家居的网关、安防(安全)的电源仍按三级负荷供电就会出现问题。因为:
1)智能家居的网关是系统的核心,失电会造成系统瘫痪,电压不稳、欠压脱扣也会造成系统的频繁重启。
2)安防(安全)系统是智能家居系统中最重要的系统,同时也是高端住宅业主最重视的部分。业主往往会在户内设置门禁、窗磁、门磁、红外幕帘、视频监控和玻璃破碎等技术防范措施。如果住宅户内按三级负荷供电,住宅建筑物中公共配电设施(譬如竖井、配电间、弱电间等)的安全防护基本空白,电源成为安防(安全)系统的死穴,一旦失电,所有安防系统随即失效。
所以智能家居的网关、安防(安全)系统等的电源负荷等级和电源质量都应该提高。
笔者建议,户内电源箱中安防(安全)系统、网关、门禁等重要回路加装UPS,保障失电后维持24h供电;智能家居系统中增加户内电源报警功能;建筑物内配电设施加装视频监控、门禁等。
随着住宅内智能化系统的增多,住宅设计规范中应提高家庭智能化网关、安防、消防等电源的负荷等级,并对电源质量、进线开关等做相关规定。
3.2 负荷计算及照明密度计算问题
1)负荷计算
实施智能家居的高档住宅的户型面积一般偏大,用电负荷较多,采用需要系数法统计户内计算容量时还应考虑同时系数。如笔者在某项目对户型做负荷计算时,根据精装设计最终汇总的用电设备清单,分类分项选用需要系数,并分别计算住户最可能出现用电高峰的三种情景(譬如白天用餐、夜晚用餐、周末晚间),最终选定最高的数值作为该户总计算负荷。该项目的户型需要系数(计算容量/设备容量)数据如表1所示。
表1 户型面积与需要系数对照表
2)照明密度计算
目前施工图审查中要求按照图纸中灯具安装功率核算LPD,必须满足《建筑照明设计标准》(GB 50034-2004)的规定。该规定只是严格限制了户内灯具的安装容量,没有考虑户内灯具智能化控制后使用的同时系数问题,如果智能化家居使用面积足够大,按装修单位提供的灯具表核算LPD必然严重超标。
笔者认为,随着绿色建筑的推广,采用了智能照明控制系统的建筑物,LPD核算不能简单按照灯具的安装功率,应计入同时系数。
3.3 三相电源入户问题
《住宅建筑电气设计规范》(JGJ 242-2011)3.3.4规定,每套住宅用电负荷超过12kW时,宜采用三相电源进户,电能表应能按相序计量。
实施智能家居的住宅建筑,设备专业有时选定AC380V户式中央空调系统。由于供电局对住宅实行一户一表制度,造成住户实际为三相用电户,建设单位必须走特殊程序向当地供电局申请三相电度表。采用三相电源供电的住宅,套内支线回路要尽量做到三相平衡,套内每层或每间房的单相用电设备、电源插座宜采用同相电源供电。
笔者建议高阶段设计时就要与设备专业综合,尽量不选用三相设备,以避免三相电源入户,简化户内配电和布线系统,保障户内用电安全。
3.4 入户管径、户内布线与户内配电箱安装问题
1)入户管管径问题
高档住宅户型用电量较大,负荷计算后要特别注意入户管径。普通住宅结构板厚一般控制在120,电气入户管管径不应大于SC40,否则电气竖井至户箱途经结构板应适度加厚。
2)户内布线与户内配电箱安装问题
应注意妥善选择户内配电箱的安装位置,尽量位于户型中部或便于出线的部位,兼顾美观、安全和维护。
有的大户型强弱电户箱安装在玄关,大量强弱电管线由玄关铺向户内,由于玄关附近管线密度非常大,需要加厚结构板。
大户型也可考虑采取分区分箱配电,这样可大幅度减少支线太长和局部太密的情况。
注意户内三相供电时,同一房间内应同相布线。三相负荷的中央空调一般位于露天或阳台,可以采用骑墙布线方式,避免因为一根管线大面积加厚结构板。
智能家居配线箱的位置应尽量靠户型中部位置安装,兼顾维护便利。
智能家居配线箱如果与户内配电箱户内合用竖井,应考虑散热问题。但最大的问题是强弱电支线进顶板或进地板时的明改暗问题。
有一种办法是模块分散安装,譬如就地面板开关盒内置模块,户内无线通讯控制。配电箱因支线回路增加不多,仍可采用墙壁暗装。
3.5 户内设施问题
笔者建议设置配电控制箱、信息设施箱、公共安全箱。其中,配电控制箱包括配电、各种控制模块、UPS等,可能为落地箱;信息设施箱包括电视、电话、网络等,根据《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》(GB 50846-2012)要求,新建住宅应采用光纤到户方式。智能家居设计按三网合一原则,入户按高配置采用1条光缆(2芯光纤);公共安全箱包括安全技术防范系统(可视对讲、视频监控、门禁、红外幕帘等)、火灾自动报警系统、燃气泄露报警与联动控制系统、紧急报警系统和电源报警系统等。
3.6 中央空调的控制与集成问题
品牌户式中央空调系统往往有自己的配套温控器,智能家居面临一个选择:空调是采用配套的温控器控制,还是采用集成后的智能家居系统控制?折中办法是设计一体化温控器,把地暖和风机盘管、毛细辐射和风机盘管温控功能集成,同时将GSM Modem通过RS-485接入温控器联网系统,从而实现住户短信远程操作,回家之前就可以根据需要发送短信设置房间温度。
3.7 照明控制的可靠性和备用照明问题
住宅内高度的智能化也存在两个问题:一是如果中控系统失灵,照明会出现有电黑暗的情况;二是若家有老幼,存在操作困难或误操作的危险。是否需要设置童锁,以及锁定中控改就地操作?
笔者建议,住宅内智能灯光控制可以根据实际需要分区域设置,不一定覆盖全部灯具;重要区域照明、局部照明仍保留手动功能,实际上起到了备用照明作用,这样即使家居智能化系统发生故障,也不至于发生有电全黑的情况。
3.8 户内设置火灾自动报警系统问题
《火灾自动报警系统设计规范》(GB 50116-98)中要求高级住宅户内设置火灾自动报警系统。高级住宅是指建筑装修标准高且设有中央空调系统的住宅或公寓。由于这种定义宽泛,开发单位一方面极力提高住宅精装档次,增设智能家居系统,一方面又极力规避规范,不愿意在户内安装火灾自动报警系统。
笔者认为,实施智能家居的高档住宅,住户特别重视人身安全和财产安全,防火甚于防盗。欧美防火标准都有保护人身安全的条款,有人活动的区域基本都设置了火灾自动报警。电气消防系统与其他系统关联度最大,也是隐蔽工程,应该成为智能家居中的重要内容。
如果户内增设火灾自动报警探测器,住宅户内根据实际情况或增设消防接线箱,或与安全技术防范系统统一接入公共安全箱。消防智能化还应能在就地报警的同时实现远传住户手机等功能。
3.9 雷击防护措施问题
智能家居包括许多智能家电、智能交互终端等在内的智能化设备,户内设施(包括配电控制箱、信息设施箱、公共安全箱等)均应采取雷击防护措施,加装浪涌保护器,保证信息家电及家居智能化系统的安全。
根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB 50343 - 2012)表4.3.1中列举内容,智能家居雷击防护等级选择建议至少比照四星级宾馆电子信息系统,按C级设计。
另外实施智能家居的建筑物设计时还应注意,《住宅建筑电气设计规范》(JGJ 242-2011)规定“1.1住宅建筑的机房工程宜包括控制室、弱电间、电信间等,并宜按现行国家标准《电子信息系统机房设计规范》(GB 50174-2008)中的C级进行设计”。
4 现阶段影响智能家居工程推广的主要因素
1)技术标准不统一:智能住宅、家庭自动化、网络家电各自为政,没有行业标准,技术协议不兼容,产品和技术差异性较大,影响了推广和后续运行维护。
2)技术定位大部分停留在家庭自动化层面,没有达到物联网水平,没有真正实现家庭能源的数据采集和智能管理。
3)综合布线问题:目前有线和无线并存,光纤和其他线缆并存,三网没有合一。综合布线是智能建筑智能化程度的重要标识,只有实现了综合布线,系统的兼容性、开放性、灵活性、可靠性、先进性才能得到保障。
4)潜在安全问题:现行住宅规范没有针对性支持,市政供电的可靠性缺乏提高依据,家居系统中安防和消防也缺乏联动控制,还有家庭数据保密等问题,家庭安全设计只是实现了局部的、孤立的、表面的安全技术防范,总体和实质上安全系统存在很多漏洞。
5)操作不简便:智能化产品必须简便和人性化,顾及老人和小孩。如果连年轻人都认为“装了不会用,还不如不装”,推广和使用都会大打折扣。
5 智能用电(小区)技术是智能家居的重要发展方向
国家电网公司目前有条不紊地进行试点和推广的智能用电(小区)技术包括了用电信息采集、智能家居、四网合一、电动汽车充电服务、分布式能源接入、智能用电双向互动服务、居民区供用电状态监控和故障迅速响应等模块。笔者认为其技术路线简练明晰,务实高效,组织推广有力,技术层面契合智能电网、物联网、新能源利用和家庭能源管理等技术,技术标准统一,综合布线,内容模块涵盖了智能家居,是未来重要的发展方向。智能用电小区及家庭智能用电系统的主要优点如下:
1)通过电力光纤(光纤复合低压电缆)入户,用户可同时享受电话、电视、上网等四网融合服务。电力光纤与电力电缆一同敷设,解决了智能小区综合布线统一路由问题。
2)通过智能插座采集分析家电用电信息,为用户提供最优用电建议,并可实现家用电器远程控制、电动汽车充放电、物业智能管理等功能;采用智能用电交互机顶盒间接解决了智能家电与家居智能系统之间的协议和地址问题。
3)利用智能电表实现了双向计费和家庭能源智能管理,同时解决了新能源电能上载、充电桩电能下载以及远传、实时计量的问题,对未来太阳能建筑一体化、分布式电源、电动汽车普及提供了强有力的技术平台。
6 结束语
目前流行的各种智能家居系统,通过总线技术或无线通讯技术,结合自动控制技术,主要解决了家居自动化问题,满足了家居生活舒适性和人性化需求,但工程设计和应用推广方面存在诸多亟待解决的问题。
国家电网公司推广和示范的智能用电小区,作为智慧城市中坚强智能电网建设的末端配套内容,应用智能电表、智能插座、电力光纤等自主核心技术,四网合一,实现了智能用电。同时通过推广智能用电小区,使智能家居进入普通住宅。
智能用电技术务实高效,真正实践了低碳节能,是智能家居的主要发展方向,也是物联网入户的重要标志。
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.住宅建筑电气设计规范(JGJ 242-2011)[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
[2] 陈丽娟,许晓慧主编.智能用电技术[M].北京:中国电力出版社,2011.
赵小文
1989年毕业于西安交通大学工业自动化专业。现担任北京市建筑设计研究院有限公司中汇国际城市规划与建筑设计院机电设计所所长,高级工程师,注册电气工程师。曾设计项目:甘肃省高级人民法院,北京银河SOHO,昆明长水国际机场航站楼,北京蓝色港湾,北京新中关等。
Discussion on Some Problems in Electrical Design of Smart Home
Zhao Xiaowen
本文对智能家居工程设计中的若干问题,包括选择智能家居系统的技术路线、电气设计的组织以及常见设计问题等进行了综述与分析,分析现阶段影响我国智能家居推广应用的几项重要因素,指出国家电网公司示范推广的智能用电技术涵盖了智能家居,是未来智能家居/小区的发展方向,也是物联网入户的重要标志。
智能家居 智能用电 电气设计 综述
This article gives a comprehensive review of common problems in our current smart home system design engineering, such as the technical route selection, working arrangement of electrical design and other important aspects. Various important factors affecting the popularization and application of the smart home are analyzed according to the author’s practical experience. Finally, this article proposes that the smart power technology standards roadmap issued by state grid corporation of China covers the whole smart home system, is an important trend in the future smart home development, also an important symbol of the Internet of Things (IOT) popularization of intelligent household.
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