智能照明控制技术在某青少年活动中心的应用

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摘要:本文从控制系统基本要求、技术特点、实际照明效果等方面介绍智能照明控制系统在某青少年活动中心的应用,从而达到合理地控制、改善青少年活动中心的灯光环境,实现绿色照明,节约电能的目的。

关键词:青少年活动中心;智能照明;控制系统;节能

1 引言

据统计,2005年,我国总用电量约为24000亿kW·h,照明为3000亿kW·h,且每年以13%~14%的速度递增,预计到今年,照明将超过5000亿kW·h,新增照明用电2000亿kW·h。若要完成国民经济和社会发展“十一五”规划纲要要求节能的20%目标,便意味着照明要减少用电1000亿kW·h。

为响应我国提出的“走可持续发展的道路”的号召,在目前能源不充足的国情下,开展节能研究,具有很大的意义。“中国绿色照明工程”以节约能源、减少照明费用,减少污染光源、保护环境,提高照明质量为宗旨。近年来,随着我国社会经济的发展,象青少年活动中心之类的公共建筑越来越多。合理地控制、改善公共建筑的灯光环境,实现绿色照明,节约电能,有着现实的意义。

在这信息时代,随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、总线技术、信号检测技术和微电子技术的迅速发展和相互渗透,照明控制技术有了很大的发展,智能化控制技术越来越多的应用到各类公共建筑照明系统中。

2 系统概述

杭州某青少年活动中心占地62亩,建筑面积约10000m2,总投资约2亿元,是杭州规模较大的公益性青少年综合性校外活动场所。该项目主要控制区域为走廊公共照明和一个会议室,采用MRTLC智能照明控制系统,对大楼的走廊和多功能会议室照明营造有层次、变化的灯光环境;可减少人力工作疏忽、节约能源和人力资源;降低人力工作强度,增强控制的灵活性和可靠性。该系统主要由系统设备,照明控制器,现场装置(如可编程面板开关、各种感应器),照明控制系统软件所组成的。系统功能主要有以下几点:

(1)现场面板控制:通过控制面板工作人员可以用手动方式非常方便的控制区域里的灯光回路或场景(场景设置可以通过软件进行编程修改)。

(2)定时控制:系统可以设定在不同的时间段内启用不同的灯光场景,在清晨、晚上或人员比较少的情况下关掉一些不主要的灯光,在人员比较多的情况下才打开比较多的灯光。利用时钟(事件)定时器还可输入该地的天文资料、各种节假日,根据该地区太阳不同的升降时间,实现春、夏、秋,冬每天按照天亮的变化情况实现室内灯光的照明情况。

(3)中央监控控制:将各个区域连成一个网络后就可以利用图形化的中央监控软件对整个大楼的灯光进行监控和管理。

(4)与其他系统联动控制:MRTLC系统通过软件及硬件接口还可以和电动窗帘、空调、安防、消防、视听、大楼管理等其他系统联动。

3 各区域系统方案设计

3.1 走廊公共区域照明控制

走廊在青少年活动中心等公共建筑中是必不可少的,在走廊的照明是最能体现智能照明的节能特点,没用到智能照明时,当走廊没有人经过的时候而灯还依然亮着,这就大大浪费了电能。智能照明系统可以设置1/2,1/3场景,根据现场情况自由切换。也可以设置时间控制,在白天的时候,室外日光充足,只需要开启1/2或1/3场景模式,在傍晚的时候,室外日光逐渐降低,这是人流量也是一天中最高的时候,走廊灯应该全部打开,等到深夜的时候,人流量非常小,又可回到1/3场景模式。这样最大限度的节约了能源。

控制面板可以设计放在各楼层的强电间,这样就避免了客人接触。

控制方式有:

中央控制(在主控中心对所有照明回路进行监控,通过电脑操作界面控制灯的开关)。定时控制(白天、傍晚、夜晚、深夜、节假日等模式)。隔灯控制(利用隔灯的方式区分照明回路,实现1/3、2/3、3/3照度控制)。现场可编程开关控制(通过编程的方式确定每个开关按键所控制的回路,单键可控制单个回路、多个回路)。

3.2 会议室照明

会议室作为中心一个重要的组成部分,采用智能照明控制系统通过对各照明回路进行控制可预先精心设计多种灯光场景,使得多功能会议室在不同的使用场合都能有不同的合适的灯光效果,工作人员可以根据需要手动选择。

会议室的灯光控制系统可以和投影仪设备相连,当需要播放投影时,会议室的灯能自动的缓慢的调暗;关掉投影议,灯又会自动的柔和的调亮到合适的效果。

会议室控制模式有以下两种:准备模式:在会议准备开始的时候,全部的筒灯点亮,当贵宾入场的时候,隐藏灯槽会逐渐点亮。 

报告模式:会议正式开始的时候调亮全部的灯光,使会议室显得辉煌,会议进行过程中,可以调节各回路的明暗程度而改变视觉效果。

(1)会议模式:当会议进行的时候,可以打开所有筒灯和灯槽灯,给宾客一种庄重严肃的会议气氛。

(2)投影模式:当会议中需要播放投影的时候,可以渐渐调暗筒灯和灯槽的亮度,达到既保证最基本的照明需要,又能最清晰地观看投影的效果。

(3)休息模式:当会议中间休息时,可以将隐藏灯槽打开,关闭光线较强的筒灯,给来宾一个宽松的环境,放松一下心情。

(4)结束模式:当会议结束的时候,可以渐渐调亮筒灯和灯槽的亮度,表示欢送贵宾离开。

(5)清扫模式:当宾客离开后,只开启满足清扫的基本照明回路。

控制方式有:

(1)中央控制(在主控中心对所有照明回路进行监控,通过电脑操作界面控制灯的开关)。

(2)现场可编程开关控制(通过编程的方式确定每个开关按键所控制的回路,单键可控制单个回路、多个回路)。

(3)调光控制(从0%照度到100%照度连续无级调光控制)。

4 各区域系统现场设计

由于建设单位在建设初期没有考虑采用智能照明控制系统,所有的灯光回路、光源设置简单。建设后期考虑到节能等情况才增加智能照明控制系统,所以现场实施的控制就相对比较简单。

4.1 走廊公共区域照明

(1)光源

1)走廊采用的光源:14W节能灯、LED灯膜。

2)大厅采用的光源有:14W节能灯、LED灯膜、70W金卤灯。

(2)灯具布置方式

走廊采用两个回路,分别位于走廊的两边隔灯控制的布置方式。大厅采用三路金卤灯加上三路LED灯膜,且没有采用隔灯控制的布置方式,采用连续布置的方式。

(3)智能照明控制方式

1)现场面板开关控制:分全开、全关、半开、灯膜开、筒灯开五种场景。半开时:现场的灯开一半关一半;灯膜开时筒灯关;筒灯开时灯膜关。

2)控制室中央电脑控制:中央控制电脑安装有电子地图,想控制那一路灯直接用鼠标控制。灯亮时图例变成黄色,关灯时图例变成灰色。

3)与第三方联动控制:与安防联动。当晚上没人时,灯全关掉,这时安防系统布防。当有人进入安防控制区域时就强行点亮整个区域的灯,方便安保人员进行查看。点灯时间长短可调。当安保人员检查过后如果没有事情发生就对安防系统撤防,重新布防与灯光联动起来。

4)时钟控制:系统可以设定在不同的时间段内启用不同的灯光场景(有设备但建设单位最后没采用)。

5)亮度传感器控制:可以跟据光照度的不同而开关灯(有设备但建设单位最后没采用)。

4.2会议室照明

(1)光源

会议室采用的光源有:14W节能灯、T5荧光灯、低压卤素灯。

(2)布灯方式

会议室顶上采用两路T5荧光灯膜加上一路T5荧光灯带、四周边三路节能灯加上主席台一路低压卤素灯。

(3)智能照明控制方式

现场面板控制:分全开、全关、灯膜开、筒灯开、灯带开、射灯开六种场景。

5 系统优点

智能照明控制系统在各类公共建筑中应用具有如下优点:

(1)实现照明控制智能化

采用智能照明控制系统后,可使照明系统工作在全自动状态,系统将按预先设置切换若干基本工作状态,根据预先设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。例如,早晨来临时,系统自动将灯调暗,而且光照度会自动调节到人们视觉最舒适的水平。在靠窗的区域,系统智能地利用室外自然光,当天气晴朗,室内灯会自动调暗;天气阴暗,室内灯会自动调亮,以始终保持室内设定的亮度(按预设定要求的亮度)。

当夜幕降临时,系统将自动进入“傍晚”工作状态,自动地极其缓慢地调亮各区域的灯光。此外,还可用手动控制面板,根据一天中的不同时间,不同用途精心地进行灯光的场景预设置,使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景,使人们产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。

(2)美化服务环境吸引宾客光临

好的灯光设计可为大楼吸引客人,并能营造出一种温馨、舒适的环境,增添其艺术的魅力。大楼照明控制包括走廊、地下车库等,利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感。

(3)可观的节能效果

大楼除了给客人提供舒适的环境外,节约能源和降低运行费用是业主们关心的又一个重要问题。由于智能照明控制系统能够通过合理的管理,根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置,不需要照明的时候,保证将灯关掉;在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮,智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明;系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮,或达到所要求的亮度,从而大大降低了大楼台的能耗。

(4)延长灯具寿命

灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高,其寿命则成倍降低。反之,灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此,适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压,使灯具不会因上述原因而过早损坏。还可通过系统人为地确定电压限制,提高灯具寿命。智能照明控制系统采用了软启动和软关断技术,避免了灯丝的热冲击,使灯具寿命进一步得到延长。

智能照明控制系统能成功地延长灯具寿命2~4倍。不仅节省大量灯具,而且大大减少更换灯具的工作量,有效地降低了照明系统的运行费用,对于难安装区域的灯具及昂贵灯具更具有特殊意义。

(5)可与其他系统联动控制

智能照明可与其他系统联动控制,例如BA系统,监控报警系统。当发生紧急情况后可由报警系统强制打开所有回路。

(6)提高管理水平,减少维护费用

智能照明控制系统,将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理,不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去,而且同时将大大减少大楼的运行维护费用,并带来极大的投资回报。

6 智能照明控制系统对照明节能效果的分析

采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源,智能照明控制系统借助各种不同的“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,节电效果十分明显,节能潜力大,一般可达40%。

首先智能照明控制系统节能潜力在照度计算公式中就有体现。

照度计算公式:L=WT×(EA/FK)式中,L为用电量;W为功率W/台;T为开灯时间h;E为设计照度lx;A为地板面积m2;F为灯泡流明lm;K为维护系数。

由于智能控制系统的采用,计算公式中的主要变量——开灯时间(T)、设计照度(E),变成了动态因子,合理的控制开灯时间(T)和设计照度(E),能够减少照明用电量,同时还提高了光源的综合效率。

6.1 节能分析1(照度感应控制,即日光补偿节能)

当未采用照明控制系统时,每天下午日照充足,靠窗区域的灯光白白浪费。若采用照明控制系统,设置照度传感器,自动跟踪外部自然光线的变换,打开或关闭临窗灯光回路,或设置为不同的亮度梯度,假设每天光线充足时间为3h,平均每个回路每天少运行1.5h,按每回路每天运行10h计,实际节电15%。

6.2 节能分析2(移动探测控制节能)

当未采用照明控制系统,无论是人流高峰期,还是夜晚,灯都全部开启,浪费能源。若采用照明控制系统,采用红外移动控制等方式,在出入高峰期间全部开启,在夜晚启动红外移动探测器,人来开灯,人离开后灯延时关闭。即节约能源,又实现了人性化。以卫生间和走廊等公共区域为例,每天晚上公共区域开启时间为3h,平均每个回路每天少运行2.5h,按每回路每天运行10h计,按40%回路为公共区域回路计算,实际节电为10%。

6.3 节能分析3(时钟控制节能)

当未采用照明控制系统,经常在人休息时间,人员外出就餐,电灯仍然全部打开,浪费电能。若采用照明控制系统,系统时钟按照预先设置的程序,根据需要或打开或关断电源。根据案例调研统计,仅上下班按时开关灯和中午休息关灯,平均节能15%。时间控制,根据傍晚、夜晚、深夜设置场景,自动控制,并且工作人员可以随时灵活更改。晚上10点,灯光减半,晚上11点关灯,早上7点准时开灯。

6.4 节能分析4(预置场景模式节能)

当未采用照明控制系统,每天的开关灯和场景变化完全依靠人力,不但容易出现漏洞,而且由于开关时间不准时,浪费能源。若采用照明控制系统,系统按照预先设置的程序,不但节省人工成本,而且准时、全自动运行。根据案例调研统计,采用预置场景模式控制技术,平均节能5%

。设置不同的场技术与应用景模式,用户可以随时变换场景,达到最好的照明效果,节约能源。会议室等多功能场所可预设多种灯光效果,以适应不同场合的灯光需求,供工作人员任意选择。
节能综合分析:

把照明按照使用情况分类如下:

初步统计实际节省电能总量为40%,并作如下投资回报分析:

假设每个额定电流为10A照明回路的实际负载为3A,每天每个回路按工作10h计,节省电能为220V×3A×10h×40%=2.64kW·h,平均每年工作按250天,每度电0.6元人民币计算,实际每年节省电费396元,每个智能照明回路投资估算1000元人民币,投资回报时间大约为2.5年。

大力推广和采用智能照明控制技术,不仅有利于控制成本,提高产品和服务的竞争力,而且由于节电所减排的二氧化碳和二氧化硫,也保护和促进了生态建设,具有很好的经济效益和社会效益。

7 结论

随着社会的进步,经济的发展,照明与人们的生活越来越密不可分。“智能建筑”的出现,对照明部分提出新的要求,“智能照明”技术相应出现。其良好的使用效果与社会、经济的效应,推动了智能照明的技术迅速向前发展,并形成照明发展的一个重要趋势。面临我国资源和能源消耗的现状,实施智能照明控制系统这种技术,不仅有利于普通百姓的生活,给百姓带来实惠,它更关乎国家的可持续发展战略。

以上是作者对智能照明控制系统在杭州某青少年活动中心具体应用阐述,希望能起到抛砖引玉的作用,让该项技术在照明节能领域中充分发挥其作用。

参考文献

[1]《建筑照明设计标准》《GB50034-2004》.
[2]《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇——电气》.
[3]《照明设计手册》(第二版,中国电力出版社).
[4]《智能照明控制综述》“中国长三角照明科技论坛论文集”2004.上海.
[5]《中国建筑设计研究院.智能建筑电气技术》.北京.中国电力出版社,2006.

作者: 来源: 发布时间:2012年04月05日
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