智能照明系統(tǒng)在辦公建筑中的設(shè)計與應(yīng)用

0引言

隨著時代的進步、經(jīng)濟的騰飛、城鎮(zhèn)化進程的不斷加快和城市規(guī)模的不斷擴大，辦公建筑、商業(yè)建筑和居住建筑等的數(shù)量不斷增加，能源消耗也越來越多。照明系統(tǒng)的能源消耗在建筑總能源消耗中占了很大的比例，約為整個總能源消耗的40%。為了響應(yīng)國家大力發(fā)展智能科技和堅持節(jié)能優(yōu)先、綠色低碳的號召，在建筑界引入了綠色照明的概念，其中心思想是較大限度利用自然光源，通過場景模式控制器、照度傳感器、動靜傳感器和紅外感應(yīng)傳感器等設(shè)備，在滿足照明使用需求的前提下，達到節(jié)約能源的目的。智能照明系統(tǒng)在此背景下應(yīng)運而生[1]。

1智能照明系統(tǒng)的工作原理和應(yīng)用優(yōu)勢

1.1系統(tǒng)工作原理

智能照明系統(tǒng)應(yīng)用了計算機技術(shù)、電磁調(diào)壓技術(shù)、電子感應(yīng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等先進技術(shù)，通過統(tǒng)一的管理平臺對照明燈具進行調(diào)節(jié)和控制。智能照明系統(tǒng)一般由系統(tǒng)控制設(shè)備、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和負載設(shè)備四個部分構(gòu)成。其中，輸入設(shè)備（開關(guān)面板、人體感應(yīng)器和時間控制器等）接收控制信號，然后發(fā)送給系統(tǒng)控制設(shè)備（集中管理控制器）；集中管理控制器分析收到的控制信號后，把調(diào)整后的信號輸送給輸出設(shè)備（調(diào)光控制或開關(guān)模塊）；輸出設(shè)備通過控制模塊對負載設(shè)備（燈具等）進行調(diào)光和開關(guān)的控制[2]。

1.2系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢

（1）節(jié)約人力成本：智能照明系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的模式及匹配的傳感器進行控制，采用自動控制為主、手動控制為輔的控制方式；在一般情況下，系統(tǒng)不需要人為控制，能自動開關(guān)及調(diào)節(jié)燈具，大大減少了管理工作中人力和物力的開支[3]。

（2）提高照明質(zhì)量：應(yīng)用智能照明系統(tǒng)可以控制各個區(qū)域的整體照度值，并根據(jù)不同的需求自動調(diào)節(jié)照明模式和照度，滿足不同場景下的照明需求。

（3）延長燈具壽命：燈具損壞的主要原因有冷態(tài)沖擊和電網(wǎng)電壓，應(yīng)用智能照明系統(tǒng)可以平滑地調(diào)整電路電壓，既可把照明線路的電壓控制在220V及以下，延長燈具的使用壽命（可達常規(guī)燈具壽命的2～4倍），也可減少燈具的維護和更換成本，降低整體費用。

（4）節(jié)能環(huán)保：智能照明系統(tǒng)可以根據(jù)不同的場景、時段、環(huán)境和人流量對絕大多數(shù)燈具進行調(diào)節(jié)及控制，并充分利用自然光；在某些時段可以關(guān)閉一些不必要的燈具，避免長明燈具的出現(xiàn)，整體可節(jié)約20%～40%的電能[4]。

2辦公建筑智能照明系統(tǒng)的設(shè)計要點

文章以某互聯(lián)網(wǎng)公司總部辦公大樓的照明設(shè)計為例，介紹智能照明系統(tǒng)的設(shè)計要點。該辦公大樓的辦公空間多為大開敞辦公區(qū)，配有多功能會議區(qū)、餐飲休閑區(qū)等功能區(qū)域。智能照明系統(tǒng)的使用區(qū)域及照明控制要求如表1所示。

表1智能照明系統(tǒng)使用區(qū)域及照明控制要求

2.1設(shè)計思路

針對辦公大樓的特點和照明要求，設(shè)計了Z-bus智能照明系統(tǒng)，如圖1所示。Z-bus智能照明系統(tǒng)由服務(wù)器、控制器、開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、智能液晶面板開關(guān)、傳感器和系統(tǒng)軟件等部分組成，可以實現(xiàn)智能化管理和自動控制。應(yīng)用智能照明系統(tǒng)可較大限度地降低運行管理費用，并減少能源的消耗[5]。智能照明系統(tǒng)服務(wù)器采用工業(yè)嵌入式設(shè)計，可以確保性能穩(wěn)定。用戶可以通過以太網(wǎng)接口進行參數(shù)設(shè)定，并利用計算機、PAD或手機App訪問控制服務(wù)器，實現(xiàn)對照明回路的遠程監(jiān)視和控制。系統(tǒng)采用CAN總線和Z-bus總線兩級總線，架構(gòu)合理、穩(wěn)定。Z-bus總線既可供電，又可實現(xiàn)通信功能，采用的是AC24V安全電壓供電方式，無極性接線，系統(tǒng)通信穩(wěn)定、抗干擾能力強。

圖1Z-bus智能照明系統(tǒng)拓撲圖

2.2系統(tǒng)控制方式設(shè)計

智能照明系統(tǒng)的整體控制流程如圖2所示。

圖2智能照明系統(tǒng)整體控制流程

（1）時間控制：通過預(yù)設(shè)的時間對各區(qū)域照明進行開關(guān)、場景模式切換等控制。

（2）場景模式控制：通過設(shè)置的照明區(qū)域場景模式對不同使用需求下的照明場景進行切換。

（3）調(diào)光控制：預(yù)先設(shè)置照度范圍，在一天的不同時段，根據(jù)自然采光情況，通過照度傳感器和調(diào)光模塊對區(qū)域內(nèi)燈具進行調(diào)節(jié)，使照度始終在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。

（4）動靜探測控制：通過紅外人體感應(yīng)控制器、調(diào)光模塊和控制模塊對各照明區(qū)域的燈光控制方案進行調(diào)光或開關(guān)控制。

（5）就地控制：通過就地設(shè)置的智能控制面板對照明區(qū)域內(nèi)的燈具進行手動控制和區(qū)域場景控制。

（6）遠程控制：通過計算機、PAD或手機App對照明區(qū)域進行手動控制和區(qū)域場景控制[6]。

2.3典型場所智能照明設(shè)計

2.3.1公共走廊

公共走廊采用紅外感應(yīng)控制器、時間控制器和智能控制面板對燈具進行智能控制。走廊燈具分為三個控制回路，其中筒燈分成兩個控制回路（回路1和回路2），燈具和燈帶屬于第三個控制回路（回路3），如圖3所示。

圖3公共走廊燈具布置圖

（1）白天上下班高峰時段：自動關(guān)閉紅外感應(yīng)控制器，啟用時間控制器，回路1、2、3點亮。

（2）白天工作時段：啟用紅外感應(yīng)控制器，關(guān)閉時間控制器，回路3常亮，感應(yīng)有人是回路1、2點亮（無人時關(guān)閉）。

（3）夜間和白天非工作時段：啟用紅外感應(yīng)控制器，感應(yīng)有人時回路1點亮（無人時關(guān)閉）。

2.3.2開敞辦公區(qū)

開敞辦公區(qū)采用紅外感應(yīng)控制器、時間控制器、照度傳感器、調(diào)光模塊和智能控制面板對燈具進行智能控制。工位燈具采用單燈分列控制方式，射燈采用燈具回路控制，系統(tǒng)可以根據(jù)工作時間、自然采光情況和加班情況等自動調(diào)節(jié)照度及燈具的開啟等。同時，開敞辦公區(qū)設(shè)置了智能控制面板，可根據(jù)需要進行手動控制。

（1）上班時段：燈具全開，并通過照度傳感器和調(diào)光模塊對燈具進行自動開關(guān)和調(diào)光，控制區(qū)域內(nèi)的整體照度、提高照度均勻性，從而改善工作環(huán)境、提高人員工作效率。

（2）午休時段：自動關(guān)閉工位上的LED燈管，同時調(diào)節(jié)筒燈的照度，營造較好的休息環(huán)境。

（3）非上班時段（加班時段）：在非上班時段，辦公室的燈具全部關(guān)閉，當(dāng)有人加班時，紅外感應(yīng)控制器感應(yīng)到有人進入時，系統(tǒng)自動點亮通道區(qū)域的照明燈具，此時加班人員可以通過操作智能控制面板，打開所需的燈具，并可設(shè)置燈具開啟時長，在預(yù)設(shè)的時間系統(tǒng)會自動關(guān)閉燈具。如未預(yù)設(shè)燈具開啟時長，且人員離開時未關(guān)閉燈具電源，紅外感應(yīng)控制器感應(yīng)不

到人員時會自動發(fā)出指令關(guān)閉燈具。

2.3.3多功能會議區(qū)

多功能會議區(qū)燈具布置圖如圖4所示。多功能會議區(qū)采用紅外感應(yīng)控制器、照度傳感器、調(diào)光模塊和智能控制面板對燈具進行智能控制。針對多功能會議區(qū)設(shè)置了一般會議、投影演講和報告等多種場景模式，可以根據(jù)不同的需求開啟預(yù)設(shè)的照明場景模式，實現(xiàn)不同的照明效果。

圖4多功能會議區(qū)燈具布置圖

3安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

3.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

3.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標(biāo)的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當(dāng)上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設(shè)備選型

4結(jié)束語

應(yīng)用智能照明系統(tǒng)可以對建筑照明進行智能化控制，為人們的生活和辦公創(chuàng)造更為靈活多變的照明環(huán)境，較大地提升了建筑的智能化管理水平，節(jié)約電能消耗，使建筑照明系統(tǒng)更加符合節(jié)能環(huán)保的要求。智能照明系統(tǒng)在未來會有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻

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