智能照明系统在建筑物中的控制方式与节能应用

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  摘 要 现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视觉条件,营造出具有一定风格和美感的室内环境以满足人们的心理和生理要求,而且还要实现管理智能化和操作简单化,灵活适应未来照明布局和控制方式变更要求。智能照明应用在现代建筑中,不仅能创造出舒适的生活、工作环境以及现代化的管理方式,而且能实现可观的效益。

  关键词 智能照明 节能  控制方式

  1 智能照明系统控制方式与可实现功能

  智能照明控制系统主要功能为灯光控制、窗帘控制、安全防范控制等,可实现灯光的开关控制、调光控制、分散集中控制、远程控制、延时控制、定时控制、光线感测控制、红外线遥控、移动感测控制、与其他设备系统的联动控制等。智能照明控制系统控制方式方便、灵活、易于维护。

  1.1 照明控制方式

  按照对各功能区域的不同要求,采用不同的控制方式:

  1) 通过合理管理如计算机集中控制、定时控制或光感控制,在需要的时候将需要的区域如一楼大厅、地下车库等,通过调光的方式或智能开关的方式将灯光控制到合适的照度,以节约能源和降低运行费用。

  2) 在某些重要区域(如小会议室、大会议室、领导办公室等场所)通过调光方式和场景预设置功能进行控制,能够产生各种灯光效果、营造不同的灯光环境,给人以舒适完美的视觉享受。

  3) 通过定时控制及移动感应控制的结合,保证公共通道如走廊、电梯厅的灯光在上班期间定时开启,下班定时关闭70%的灯光,同时自动启动移动感应器,有人走动时开启灯光,人走开后自动关闭,达到节能、便于管理的目的。

  4) 通过在适当的位置如公共区域设置现场控制面板,方便现场操作控制。

  5) 灵活分区域进行照明控制和用电量控制。

  1.2 可实现的功能

  通过以上多种控制方式可满足办公大楼所需的以下各种功能要求:

  1) 在灯光照明与室外自然光结合的区域,如一楼大堂、大会议室,具有日照补偿功能,当自然光线超过一定照度时,光线感应器可自动将部分或全部灯光关闭。另外,在大会议室中,当自然光线超过一定照度时,可自动将电动窗帘放下,反之,则将窗帘开启。

  2) 在某些区域如会议室等,可与门禁系统联动或采用移动感应的方式,当有开门动作时,可自动打开相关区域的照明灯。

  3) 通过光敏传感器可控制大厦外立面的泛光照明及航空障碍照明。

  4) 通过定时控制、中央控制及移动感应控制的方式实现大厦内无人管理区域的照明自动控制。

  5) 可通过中控电脑监视和控制,进行用电量管理和分区计量。

  6) 灵活的照明控制和控制内容的修改。

  7) 对于公共走道,通过红外感应探测感知人的活动,实现人来灯亮,人走灯灭。

  8) 对所有场所可以设置时间模式,根据季节、作息时间等调整编制时间模式,回路自动按程序开启,

  2 智能照明与传统照明系统比较

  2.1 单控电路系统比较

  传统照明单控电路特点:控制开关直接在负载回路中;当负载较大时,需相应增大控制开关的容量;当开关离负载较远时,大截面电缆用量增加;只能实现简单的开关功能。

  总线式智能照明简单的开关特点:负载回路连线接到输出单元的输出端,控制开关用五类线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量,控制开关不受影响;开关距离较远时,只须加长控制总线的长度,节省大截面电缆用量;可通过软件设置多种功能(开/关、调光、定时等)。

  2.2 双控电路系统比较

  传统照明双控电路特点:实现双控时用两个单刀双掷开关、开关之间连接照明电缆;进行多点控制时开关之间的电缆连线增多,使线路安装变得非常复杂,工程施工难度大。
总线式智能照明系统双控电路特点:实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关即可;进行多点控制时,依次并联多个开关即可,开关之间仅用一条五类线连接,线路安装简单省事。

  2.3 控制方式比较

  传统控制采用手动开关,必须一路一路地开或者关,控制方式也只有开和关,必须由工作人员到每个开关处对每条线路进行控制,开关距离较远的,控制起来就较为麻烦了;智能照明控制,采用低压二次小信号控制,控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高,通过实现场景的预设置和记忆功能,操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景(各照明回路不同的亮暗搭配组成一种灯光效果),各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。

  2.4 照明方式比较

  传统控制方式单一,只有开和关;智能照明控制系统采用“调光模块”,通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果,营造出不同的舒适的氛围。

  2.5 管理方式比较

  传统控制对照明的管理是人为化的管理;智能控制系统可实现能源管理自动化,通过分布式网络,只需一台计算机就可实现对整幢大楼的管理。

图1 总线制智能照明控制系统图

  3 智能照明控制与节能分析

  3.1 集中管理,减少为浪费

  现代高层为公楼中,人为造成照明能源浪费的现象仍然非常严重,无论房间有人还是无人,经常是大面积“长明灯”。智能照明系统既能分散控制又能集中管理,在大楼的中央控制室,管理人员通过操作键盘即可关闭无人房间的照明灯。根据具体的要求,点亮部分回路,改变照明区域。

  3.2 自动调光,充分利用自然光

  智能照明系统中的光电感应开关通过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,充分利用室外的自然光,只有当必需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。依据不同的时间、日期按照各个功能区的运行状况进行光照度的设定,不需要照明的时候,做到将灯关掉。一般来讲,越靠近窗自然光照度越高,从而人工照明提供的照度就低,但合成照度应维持在设计照度值。

  3.3 安装便捷,节省线缆

  智能照明系统通常采用二线制系统,以一对UTP五类线作为控制总线,将系统中的各个输入,输出和系统支持单元连结起来,大截面的负载线缆从输出单元的输出端直接接到照明灯具或其他用电负载上,而无须经过开关。

  3.4 延长灯具光源的寿命

  灯具损坏的致命原因是电网过电压,只要控制过电压就可以延长光源的寿命。智能照明控制系统采用软件启动的方式,能控制电网冲击电压和浪涌电压,使灯丝免受热冲击,使灯具寿命进一步得到延长。无论是热辐射光源,还是气体放电光源,电网电压的波动是光源损坏的一个主要原因。因此,有效地抑制电网电压的波动可以延长光源的寿命。智能照明控制系统中开闭控制模块内部采用智能芯片控制技术,对电源参数进行实时检测运算后,通过调整输出至照明负载侧的电压,确保灯具在较理想的电压范围内稳定工作,能成功地抑制电网的浪涌电压,同时还具备了电压限定和限流滤波等功能,避免过电压和欠电压对光源的损害。

  3.5 节约能源,降低运行维护费用

  与传统的照明控制方式相比较,可以节约电能20%以上。充分利用室外的自然光,利用最少的能源保证所要求的照度水平。智能照明控制系统中对荧光灯等进行调光控制,由于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,降低了无功损耗。

  4 某智能写字楼智能照明控制系统解决方法

  4.1 智能写字楼照明区域划分

  智能写字楼照明可分为办公区照明、功能区照明、辅助区照明、车场照明及建筑物的泛光照明。

  4.1.1 办公区照明

  1) 员工办公区

  由于员工办公面积较大可以将整个员工办公区分成若干个独立的照明区域,采用场景控制开关,根据需要开启相应区域的照明。由于出入口多,故实现办公区内多点控制,方便使用人员操作。在每个出入口都可以开启和关闭整个办公区的所有的灯,这样可根据需要方便就近控制办公区的灯。同时可以根据时间进行控制,比如平时在晚7点自动关灯,如有人加班,可切换为手动开关灯。

  2) 经理办公室

  对于经理办公室还提供调光控制,包括就地控制。就地控制包括场景控制、调光控制、遥控等方式。对于重要的经理办公室采用遥控和触摸屏控制场景,整个灯光采用调光技术,做到整个房间的灯光渐明渐暗和场景灯光的淡入淡出。提高整个房间的档次。

  3) 总经理办公室

  总经理办公室是总经理办公与会客的主要区域,功能的多样性必然需要多样性的灯光来配合。因此总经理办公室可采用多种可调光源,根据实际使用需要,通过系统预设照明回路的不同明暗搭配,产生各种灯光视觉效果,使总经理办公室始终保持最符合使用需求的灯光环境(如办公、会客、休闲等多种灯光场景),操作时只需按动某一个场景按键即可调用所需的灯光场景。例如:总经理上班时,只需按一下门口的控制面板上的“办公”按键,房间内的吊灯、装饰画前的射灯、办公桌上方的嵌入式日光灯以及位于柱边、墙边的定向射灯能分别自动达到80%、50%、70%、以及20%的照度,营造一种安静、明快,同时又不乏庄严的效果;总经理入座后,如有客人来访,总经理只需拿起手边的遥控器按一下“会客”按键吊灯自动达到40%,射灯、上方的日光灯、柱边、墙边的定向射灯、灯槽内的槽灯都分别达到60%、80%、50%、50%衬托出房间的气派和明亮,代表了友好和欢迎;午休时,只需按一下 “休闲”场景按键房间内的主照明全部变暗,灯槽内的槽灯调到合适的亮度,达到休息的目的。总经理离开时,按一下"关闭"按键,房间内的灯光延时熄灭。

  4.1.2 功能区照明

  1) 会议室

  通过场景设置.将会议室场景设置为普通会议状态、多媒体会议状态、打扫状态等多个场景。

  当会议开始时,主持人通过遥控器选定开会模式,会议桌上方灯光调亮,以保证300lx~400lx。而周围背景灯光慢慢调低原有的50%。当观看多媒体介绍时,选定多媒体场景,则会议桌上方的灯光调低,周围背景灯和投影幕布前的灯光慢慢熄灭,电动窗帘慢慢放下而电动幕布自动放下。打扫时,清洁人员选定打扫的场景则会议室只有部分灯打开,且保证清洁员有足够的工作照度,有效的节约电能。

  2) 多功能厅

  依据需要设定报告模式、投影模式、研讨模式、入场模式、退场模式等。通过对主席台筒灯、射灯,听众席灯槽、筒灯,周边壁灯等光源的不同模式下的亮度和开启状态的设定达到理想又节能的效果。

  4.1.3 辅助区照明

  1) 大厅

  在人员进出较多的情况或时段打开大厅全部灯光,人员较少时则只打开部分回路的灯。

  2) 走廊

  采用自动调节,正常工作时段灯全部打开,非工作时段减弱照度或开启的数量,节假日则只开少量的灯。或与红外感应探测联合控制,探测有人员走动时调亮照度。

  3) 楼梯间

  可采用时间控制和红外感应探测控制。上下班时段全部开启,平时启动红外感应探测控制,这样又可有效的节约了能源。

  4.1.4 车场照明

  可通过不同时段与车流量设定灯光开启量及多区域的光照度,这不仅减少用电量还能增加灯具的使用时间。

  4.1.5 泛光照明

  依据季节变化设定整个建筑物的泛光照明开启时间,分部关闭时间,还可设定节假日状态。

  5 应用实例分析

  下面是在某公司的办公区域进行的灯光、空调开启/关闭与人员活动的统计分析报告。
  测试方法:在某公司办公区、办公区走廊、库房三个典型的区域安装IT-200-PC传感器;该设备有两个传感器,一个传感器监视有人无人,一个传感器检测照明和空调的开闭状态。

  测试时间:2005年3月17日09:31 ~2005年4月1日 09:33

  试验的区域人员和设备有如下的四种状态:

  1. 无人,灯和空调为打开状态
  2. 有人,灯和空调为打开状态
  3. 有人,灯和空调为关闭状态
  4. 无人,灯和空调为关闭状态

图2 四种状态显示

  分析图标如下:

  表1 办公区分析图表

  表2 办公区走廊分析图表

  表3 人员设备状态统计表

区域 人员状态 灯和空调状态 时间%
办公室 有人 打开 39.50%
办公室 无人 打开 22.00%
办公室 有人 关闭 3.70%
办公室 无人 关闭 34.80%
办公区走廊 有人 打开 23.80%
办公区走廊 无人 打开 36.40%
办公区走廊 有人 关闭 1.60%
办公区走廊 无人 关闭 38.10%

  结果分析:处于能源浪费的情形是办公区域无人工作,但空调和照明却处于打开的状态,而采用智能照明系统进行控制后,可将这部分能源浪费节约下来,按上述统计,在办公室走道区域照明可节约电能36.4% ,在管理很好的办公室区域也可以节省22.0%。

  6 结束语

  该写字楼智能照明控制系统的采用不仅实现了照明控制智能化而且也提高了工作环境,而延长灯具使用寿命和节能减排效果更是不可忽视的。

  随着建筑和照明技术的进步,照明和建筑融为一体,照明已成为建筑艺术的一部分,让我们大家共同努力,将更多、更好的智能照明控制系统应用到智能建筑的设计中去,营造出艺术、智能化的光环境,赋予建筑多彩的生命。

  参考文献

  1.中国建筑科学研究院. GB50034-2004民用建筑设计照明标准[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2004.

  2.中国建筑东北设计研究院. JGJ/16-2008民用建筑电气设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2008.

  3.赵哲身. 智能建筑控制与节能[M].北京:中国电力出版社,2003.

作者:李大生 唐晓川 来源: 发布时间:2011年04月28日
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