智能家居電氣設計中的若干問題綜述

趙小文

(北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045)

智能家居電氣設計中的若干問題綜述

趙小文

(北京市建筑設計研究院有限公司，北京 100045)

引言

智能家居系統過去主要應用于別墅建筑，隨著國家對智慧城市、智慧小區的推廣，以及人們對高品質生活的追求，智能家居的概念逐步為人們了解并接受，智能家居越來越多地進入高層住宅特別是高檔住宅。家居智能化系統的水平也成為評價一個樓盤檔次的重要依據。

1 智能家居系統選擇的技術路線

智能家居住宅的電氣系統要全面支持智能家居系統的各種要求，而不同的智能家居系統要求不同，選擇適宜的系統很重要。在高階段設計階段就要重視與甲方的策劃、設計、成本和銷售等部門密切溝通，在了解市場定位、產品調研、電氣技術分析和甲方需求分析歸納的基礎上，篩選比較技術方案，確定最終實施方案。在選擇時應遵循如下原則：

1)先進性：選擇符合世界技術發展潮流的先進成熟的技術、先進產品和系統，以及優化的拓撲結構，使系統能保持較長時間的先進性和適用性。

2)可靠性、安全性、容錯性：采用成熟穩定的技術和產品，有高度可靠的運營系統，從而保證系統的正常運行。

3)經濟性：應具有良好的性價比。

4)可擴展性：隨著技術的發展，在系統升級改造時不僅可以保護原有資源，還可以降低系統維護、系統升級的復雜性以及提高使用效率。

5)兼容性：各種模塊、智能家電、網絡之間的通訊協議兼容，便于接入。

6)易維護性：系統設備和配件應盡可能采用成熟產品，設備本身應便于維護，使維護人員的配備和培訓簡化，系統整體具有較高的可維護性。

7)實用性：具有明確的需求目標，能最大限度地滿足用戶的需求。

8)友好性：好的家庭自動化系統應該簡便易用，用戶界面友好，便于掌握。

2 智能家居電氣設計的組織

智能家居需要集成許多系統，強弱電管線很多，設計不應該遵循傳統的毛坯設計-深化設計(智能化集成+精裝設計)的程序，應將一次設計(基本設計)、集成(深化)設計和精裝設計全過程協同起來。

在某工程中筆者經過審慎分析，建議甲方精裝設計一次到位，因而必須采取協同設計的方法。具體辦法是，電氣專業牽頭協調；中央空調等設備廠家提資料給設備專業；設備專業匯總水暖條件提交精裝設計；弱電專業提前深化；燈光顧問計算照度、選擇燈具、布置燈具位置……，電氣專業把所有強弱電末端件、箱體尺寸、空調控制末端件等匯總精裝設計；精裝設計微調定位，確定最終版；機電專業最后實施平面布線，最終完成機電戶型設計。

必要時，可先做一個智能家居樣板間。

3 智能家居電氣設計中常見問題分析

智能家居住宅的設計與普通住宅之間有許多不同點，現行住宅電氣設計規范中關于智能家居的內容尚不明確和具體。本文歸納整理了智能家居電氣設計實踐中常見的一些技術問題，分別進行了評述和建議，以期對之后的設計研究提供參考。

3.1 負荷等級與電源質量問題

根據《住宅建筑電氣設計規范》(JGJ 242-2011)3.2.1規定，一類高層建筑中安防系統屬一級負荷，是指住宅公共配套的安防系統。在供電局的客戶用電等級中住宅小區是普通客戶，即使是一類高層建筑物，住宅戶內用電負荷等級都是三級負荷。

如果住戶設計了智能家居系統，其中智能家居的網關、安防(安全)的電源仍按三級負荷供電就會出現問題。因為：

1)智能家居的網關是系統的核心，失電會造成系統癱瘓，電壓不穩、欠壓脫扣也會造成系統的頻繁重啟。

2)安防(安全)系統是智能家居系統中最重要的系統，同時也是高端住宅業主最重視的部分。業主往往會在戶內設置門禁、窗磁、門磁、紅外幕簾、視頻監控和玻璃破碎等技術防范措施。如果住宅戶內按三級負荷供電，住宅建筑物中公共配電設施(譬如豎井、配電間、弱電間等)的安全防護基本空白，電源成為安防(安全)系統的死穴，一旦失電，所有安防系統隨即失效。

所以智能家居的網關、安防(安全)系統等的電源負荷等級和電源質量都應該提高。

筆者建議，戶內電源箱中安防(安全)系統、網關、門禁等重要回路加裝UPS，保障失電后維持24h供電；智能家居系統中增加戶內電源報警功能；建筑物內配電設施加裝視頻監控、門禁等。

隨著住宅內智能化系統的增多，住宅設計規范中應提高家庭智能化網關、安防、消防等電源的負荷等級，并對電源質量、進線開關等做相關規定。

3.2 負荷計算及照明密度計算問題

1)負荷計算

實施智能家居的高檔住宅的戶型面積一般偏大，用電負荷較多，采用需要系數法統計戶內計算容量時還應考慮同時系數。如筆者在某項目對戶型做負荷計算時，根據精裝設計最終匯總的用電設備清單，分類分項選用需要系數，并分別計算住戶最可能出現用電高峰的三種情景(譬如白天用餐、夜晚用餐、周末晚間)，最終選定最高的數值作為該戶總計算負荷。該項目的戶型需要系數(計算容量/設備容量)數據如表1所示。

表1 戶型面積與需要系數對照表

2)照明密度計算

目前施工圖審查中要求按照圖紙中燈具安裝功率核算LPD，必須滿足《建筑照明設計標準》(GB 50034-2004)的規定。該規定只是嚴格限制了戶內燈具的安裝容量，沒有考慮戶內燈具智能化控制后使用的同時系數問題，如果智能化家居使用面積足夠大，按裝修單位提供的燈具表核算LPD必然嚴重超標。

筆者認為，隨著綠色建筑的推廣，采用了智能照明控制系統的建筑物，LPD核算不能簡單按照燈具的安裝功率，應計入同時系數。

3.3 三相電源入戶問題

《住宅建筑電氣設計規范》(JGJ 242-2011)3.3.4規定，每套住宅用電負荷超過12kW時，宜采用三相電源進戶，電能表應能按相序計量。

實施智能家居的住宅建筑，設備專業有時選定AC380V戶式中央空調系統。由于供電局對住宅實行一戶一表制度，造成住戶實際為三相用電戶，建設單位必須走特殊程序向當地供電局申請三相電度表。采用三相電源供電的住宅，套內支線回路要盡量做到三相平衡，套內每層或每間房的單相用電設備、電源插座宜采用同相電源供電。

筆者建議高階段設計時就要與設備專業綜合，盡量不選用三相設備，以避免三相電源入戶，簡化戶內配電和布線系統，保障戶內用電安全。

3.4 入戶管徑、戶內布線與戶內配電箱安裝問題

1)入戶管管徑問題

高檔住宅戶型用電量較大，負荷計算后要特別注意入戶管徑。普通住宅結構板厚一般控制在120，電氣入戶管管徑不應大于SC40，否則電氣豎井至戶箱途經結構板應適度加厚。

2)戶內布線與戶內配電箱安裝問題

應注意妥善選擇戶內配電箱的安裝位置，盡量位于戶型中部或便于出線的部位，兼顧美觀、安全和維護。

有的大戶型強弱電戶箱安裝在玄關，大量強弱電管線由玄關鋪向戶內，由于玄關附近管線密度非常大，需要加厚結構板。

大戶型也可考慮采取分區分箱配電，這樣可大幅度減少支線太長和局部太密的情況。

注意戶內三相供電時，同一房間內應同相布線。三相負荷的中央空調一般位于露天或陽臺，可以采用騎墻布線方式，避免因為一根管線大面積加厚結構板。

智能家居配線箱的位置應盡量靠戶型中部位置安裝，兼顧維護便利。

智能家居配線箱如果與戶內配電箱戶內合用豎井，應考慮散熱問題。但最大的問題是強弱電支線進頂板或進地板時的明改暗問題。

有一種辦法是模塊分散安裝，譬如就地面板開關盒內置模塊，戶內無線通訊控制。配電箱因支線回路增加不多，仍可采用墻壁暗裝。

3.5 戶內設施問題

筆者建議設置配電控制箱、信息設施箱、公共安全箱。其中，配電控制箱包括配電、各種控制模塊、UPS等，可能為落地箱；信息設施箱包括電視、電話、網絡等，根據《住宅區和住宅建筑內光纖到戶通信設施工程設計規范》(GB 50846-2012)要求，新建住宅應采用光纖到戶方式。智能家居設計按三網合一原則，入戶按高配置采用1條光纜(2芯光纖)；公共安全箱包括安全技術防范系統(可視對講、視頻監控、門禁、紅外幕簾等)、火災自動報警系統、燃氣泄露報警與聯動控制系統、緊急報警系統和電源報警系統等。

3.6 中央空調的控制與集成問題

品牌戶式中央空調系統往往有自己的配套溫控器，智能家居面臨一個選擇：空調是采用配套的溫控器控制，還是采用集成后的智能家居系統控制？折中辦法是設計一體化溫控器，把地暖和風機盤管、毛細輻射和風機盤管溫控功能集成，同時將GSM Modem通過RS-485接入溫控器聯網系統，從而實現住戶短信遠程操作，回家之前就可以根據需要發送短信設置房間溫度。

3.7 照明控制的可靠性和備用照明問題

住宅內高度的智能化也存在兩個問題：一是如果中控系統失靈，照明會出現有電黑暗的情況；二是若家有老幼，存在操作困難或誤操作的危險。是否需要設置童鎖，以及鎖定中控改就地操作？

筆者建議，住宅內智能燈光控制可以根據實際需要分區域設置，不一定覆蓋全部燈具；重要區域照明、局部照明仍保留手動功能，實際上起到了備用照明作用，這樣即使家居智能化系統發生故障，也不至于發生有電全黑的情況。

3.8 戶內設置火災自動報警系統問題

《火災自動報警系統設計規范》(GB 50116-98)中要求高級住宅戶內設置火災自動報警系統。高級住宅是指建筑裝修標準高且設有中央空調系統的住宅或公寓。由于這種定義寬泛，開發單位一方面極力提高住宅精裝檔次，增設智能家居系統，一方面又極力規避規范，不愿意在戶內安裝火災自動報警系統。

筆者認為，實施智能家居的高檔住宅，住戶特別重視人身安全和財產安全，防火甚于防盜。歐美防火標準都有保護人身安全的條款，有人活動的區域基本都設置了火災自動報警。電氣消防系統與其他系統關聯度最大，也是隱蔽工程，應該成為智能家居中的重要內容。

如果戶內增設火災自動報警探測器，住宅戶內根據實際情況或增設消防接線箱，或與安全技術防范系統統一接入公共安全箱。消防智能化還應能在就地報警的同時實現遠傳住戶手機等功能。

3.9 雷擊防護措施問題

智能家居包括許多智能家電、智能交互終端等在內的智能化設備，戶內設施(包括配電控制箱、信息設施箱、公共安全箱等)均應采取雷擊防護措施，加裝浪涌保護器，保證信息家電及家居智能化系統的安全。

根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB 50343 - 2012)表4.3.1中列舉內容，智能家居雷擊防護等級選擇建議至少比照四星級賓館電子信息系統，按C級設計。

另外實施智能家居的建筑物設計時還應注意，《住宅建筑電氣設計規范》(JGJ 242-2011)規定“1.1住宅建筑的機房工程宜包括控制室、弱電間、電信間等，并宜按現行國家標準《電子信息系統機房設計規范》(GB 50174-2008)中的C級進行設計”。

4 現階段影響智能家居工程推廣的主要因素

1)技術標準不統一：智能住宅、家庭自動化、網絡家電各自為政，沒有行業標準，技術協議不兼容，產品和技術差異性較大，影響了推廣和后續運行維護。

2)技術定位大部分停留在家庭自動化層面，沒有達到物聯網水平，沒有真正實現家庭能源的數據采集和智能管理。

3)綜合布線問題：目前有線和無線并存，光纖和其他線纜并存，三網沒有合一。綜合布線是智能建筑智能化程度的重要標識，只有實現了綜合布線，系統的兼容性、開放性、靈活性、可靠性、先進性才能得到保障。

4)潛在安全問題：現行住宅規范沒有針對性支持，市政供電的可靠性缺乏提高依據，家居系統中安防和消防也缺乏聯動控制，還有家庭數據保密等問題，家庭安全設計只是實現了局部的、孤立的、表面的安全技術防范，總體和實質上安全系統存在很多漏洞。

5)操作不簡便：智能化產品必須簡便和人性化，顧及老人和小孩。如果連年輕人都認為“裝了不會用，還不如不裝”，推廣和使用都會大打折扣。

5 智能用電(小區)技術是智能家居的重要發展方向

國家電網公司目前有條不紊地進行試點和推廣的智能用電(小區)技術包括了用電信息采集、智能家居、四網合一、電動汽車充電服務、分布式能源接入、智能用電雙向互動服務、居民區供用電狀態監控和故障迅速響應等模塊。筆者認為其技術路線簡練明晰，務實高效，組織推廣有力，技術層面契合智能電網、物聯網、新能源利用和家庭能源管理等技術，技術標準統一，綜合布線，內容模塊涵蓋了智能家居，是未來重要的發展方向。智能用電小區及家庭智能用電系統的主要優點如下：

1)通過電力光纖(光纖復合低壓電纜)入戶，用戶可同時享受電話、電視、上網等四網融合服務。電力光纖與電力電纜一同敷設，解決了智能小區綜合布線統一路由問題。

2)通過智能插座采集分析家電用電信息，為用戶提供最優用電建議，并可實現家用電器遠程控制、電動汽車充放電、物業智能管理等功能；采用智能用電交互機頂盒間接解決了智能家電與家居智能系統之間的協議和地址問題。

3)利用智能電表實現了雙向計費和家庭能源智能管理，同時解決了新能源電能上載、充電樁電能下載以及遠傳、實時計量的問題，對未來太陽能建筑一體化、分布式電源、電動汽車普及提供了強有力的技術平臺。

6 結束語

目前流行的各種智能家居系統，通過總線技術或無線通訊技術，結合自動控制技術，主要解決了家居自動化問題，滿足了家居生活舒適性和人性化需求，但工程設計和應用推廣方面存在諸多亟待解決的問題。

國家電網公司推廣和示范的智能用電小區，作為智慧城市中堅強智能電網建設的末端配套內容，應用智能電表、智能插座、電力光纖等自主核心技術，四網合一，實現了智能用電。同時通過推廣智能用電小區，使智能家居進入普通住宅。

智能用電技術務實高效，真正實踐了低碳節能，是智能家居的主要發展方向，也是物聯網入戶的重要標志。

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.住宅建筑電氣設計規范(JGJ 242-2011)[S]. 北京：中國建筑工業出版社,2011.

[2] 陳麗娟,許曉慧主編.智能用電技術[M].北京:中國電力出版社，2011.

趙小文

1989年畢業于西安交通大學工業自動化專業。現擔任北京市建筑設計研究院有限公司中匯國際城市規劃與建筑設計院機電設計所所長，高級工程師,注冊電氣工程師。曾設計項目：甘肅省高級人民法院，北京銀河SOHO，昆明長水國際機場航站樓，北京藍色港灣，北京新中關等。

Discussion on Some Problems in Electrical Design of Smart Home

Zhao Xiaowen

本文對智能家居工程設計中的若干問題，包括選擇智能家居系統的技術路線、電氣設計的組織以及常見設計問題等進行了綜述與分析，分析現階段影響我國智能家居推廣應用的幾項重要因素，指出國家電網公司示范推廣的智能用電技術涵蓋了智能家居，是未來智能家居/小區的發展方向，也是物聯網入戶的重要標志。

智能家居 智能用電 電氣設計 綜述

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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