綠色建筑照明控制系統(tǒng)

文｜上海泰豪智能節(jié)能技術(shù)有限公司 葉 律

上海靈佳自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司 林永健

1 概述

照明控制在歷史上共分為三個(gè)階段：手動(dòng)控制階段、自動(dòng)控制階段和智能控制階段，他們是伴隨著人類社會(huì)和技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展起來的。

電燈發(fā)明以后，一般采用開關(guān)控制或者斷路電器等工具進(jìn)行照明控制。這是一種在電氣時(shí)代最簡單的控制方法，在回路較少的情況下，這種方法簡單、直觀、方便。隨著大面積照明場所的出現(xiàn)，尤其是寫字樓的出現(xiàn)，使得簡單的開關(guān)控制不再適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的需求。

在手動(dòng)控制階段后期，由于遠(yuǎn)距離控制的需要，在原有的開關(guān)控制基礎(chǔ)上發(fā)展出了觸發(fā)器、繼電器和時(shí)鐘控制等，這時(shí)就進(jìn)入了自動(dòng)控制階段。這些設(shè)備主要起到的是定時(shí)、遠(yuǎn)距離和集中控制的作用，比如寫字樓的照明系統(tǒng)，可以在一定時(shí)間內(nèi)集體開關(guān)，遠(yuǎn)距離集中控制；還比如路燈系統(tǒng)，可根據(jù)本地日照情況集中控制多條道路的路燈開關(guān)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，照明控制也進(jìn)入了智能控制階段。智能控制系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等互相滲透為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代化多種光源共同組成的照明系統(tǒng)為控制對(duì)象，以人機(jī)交互為最終目的。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，高效節(jié)能、無污染、?無公害的綠色照明技術(shù)LED照明將取代傳統(tǒng)光源成為主流照明技術(shù)。

現(xiàn)代的智能化控制系統(tǒng)是數(shù)字化、模塊化的分布式控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由控制模塊、探測模塊、操作模塊等部分組成，其中操作模塊又可分成開關(guān)操作和調(diào)光操作；探測模塊主要包括照度探測器、紅外線探測器、聲光探測器等；控制部分又分為個(gè)體控制、群組控制和模式控制等。現(xiàn)代化的智能控制系統(tǒng)其控制部分并不是集中在某一控制區(qū)內(nèi)，而是分散在整個(gè)回路的多個(gè)部分，由回路中的不同光源點(diǎn)的實(shí)際情況根據(jù)人們事先設(shè)定好的要求分布式控制，真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的要求。整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連接也非常的簡單，參照計(jì)算機(jī)的傳輸模式，一般實(shí)行的是有線的傳輸模式，或是通過無線的傳輸方式。傳輸中所使用的電壓也不在是傳統(tǒng)控制中的高壓傳輸，一般都是采用低壓傳輸。

采用智能的照明控制系統(tǒng)，不僅能控制照明系統(tǒng)模式，還能對(duì)于單體照明回路進(jìn)行個(gè)性化調(diào)節(jié)，從而可以達(dá)到節(jié)約能源，延長燈具使用壽命的目的；同時(shí)又能營造出舒適的生活和工作環(huán)境，減少翹板開關(guān)造成的電磁污染，最大限度地展現(xiàn)綠色建筑節(jié)能、節(jié)材的先進(jìn)理念。

2 照明控制系統(tǒng)原理與特點(diǎn)

智能照明控制系統(tǒng)利用電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)，對(duì)供電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與跟蹤，自動(dòng)平滑地調(diào)節(jié)電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負(fù)荷所帶來的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，從而達(dá)到優(yōu)化供電目的。智能照明控制系統(tǒng)在確保燈具能夠正常工作的條件下，給燈具輸出一個(gè)最佳的照明功率，既可減少由于過壓所造成的照明眩光，使燈光所發(fā)出的光線更加柔和，照明分布更加均勻，又可大幅度節(jié)省電能。同時(shí)智能照明控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)編程，將外部環(huán)境的監(jiān)測、燈具的監(jiān)控與跟蹤、系統(tǒng)的優(yōu)化集成到一個(gè)平臺(tái)或模塊上，利于進(jìn)行集中式的智能化管理。

智能化照明控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)集成性。是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)于一體的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。

（2）智能化。具有信息采集、傳輸、邏輯分析、智能分析推理及反饋控制等智能特征的控制系統(tǒng)。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。智能照明控制系統(tǒng)可以是大范圍的控制系統(tǒng)，需要包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)支持，以進(jìn)行必要的控制信息交換和通信。

（4）兼容性。智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)該可以與樓宇中的其他智能控制系統(tǒng)之間具有控制和監(jiān)測信號(hào)可兼容性，智能照明控制系統(tǒng)可以單獨(dú)的形成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，也可以作為整體樓宇智能化系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

（5）使用方便。由于各種控制信息可以以圖形化的形式顯示，所以控制方便，顯示直觀，并可以利用編程的方法靈活改變照明模式和效果。

3 照明控制系統(tǒng)的分類

3.1 多線制與總線制

現(xiàn)代照明控制系統(tǒng)主要有兩種方式：多線制和總線制。

多線制控制是由一個(gè)總控制器來完成對(duì)于整個(gè)照明系統(tǒng)的檢測與控制實(shí)施，各個(gè)照明點(diǎn)的控制及信息處理都是在這個(gè)總控制器中完成的。優(yōu)點(diǎn)是控制管理集中，在一個(gè)點(diǎn)就可以完成對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的控制，但是一旦總控制器出現(xiàn)軟/硬件故障，那么整個(gè)系統(tǒng)就處于失控狀態(tài)。為了消除這種隱患，出現(xiàn)了總線制控制系統(tǒng)。而現(xiàn)在的智能照明控制系統(tǒng)大多都采用模塊化的總線制控制的結(jié)構(gòu)，將各個(gè)子系統(tǒng)掛接在總線上，各個(gè)子系統(tǒng)通過通信協(xié)議進(jìn)行信息傳遞。各子系統(tǒng)可以獨(dú)立在各自區(qū)域內(nèi)進(jìn)行照明控制，也可以由主控制器進(jìn)行集中控制。如果某個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響范圍僅限于子系統(tǒng)本身。這種總線制的結(jié)構(gòu)也具有良好的擴(kuò)展性。

總線制智能照明控制系統(tǒng)按照功能一般可以劃分為輸入單元、輸出單元、系統(tǒng)單元以及相應(yīng)的輔助單元和軟件系統(tǒng)，各個(gè)單元?jiǎng)t是由不同功能的基本模塊構(gòu)成的。

輸入單元的功能是將外界的控制信號(hào)（即控制愿望）轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識(shí)別的系統(tǒng)信號(hào)。輸入單元的形式大致有控制面板、液晶觸摸屏、智能傳感器、時(shí)鐘管理器、遙感器等。

輸出單元的功能是接受控制總線上輸入單元發(fā)出的控制信號(hào)，并具體實(shí)施照明系統(tǒng)的控制功能，控制相對(duì)應(yīng)的負(fù)載回路。輸出單元的大致形式有開關(guān)控制模塊、傳統(tǒng)光源調(diào)光控制模塊、LED調(diào)光模塊、開關(guān)量控制模塊、以及其他模擬輸出模塊等。

系統(tǒng)單元是構(gòu)成智能控制網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)獨(dú)立功能部件，在系統(tǒng)控制軟件的調(diào)控下，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行全面實(shí)時(shí)控制。系統(tǒng)單元主要包括控制總線、編程插口、主控計(jì)算機(jī)、以及其他網(wǎng)絡(luò)配件等。

輔助單元并不是每一個(gè)系統(tǒng)的必要構(gòu)件，只有在自身控制系統(tǒng)無法滿足控制需求時(shí)，才考慮加設(shè)諸如分割模塊、電源模塊、輔助控制器或功率放大器之類的輔助單元。

軟件系統(tǒng)則應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)要求包含控制軟件、編輯軟件、圖形監(jiān)控軟件和一些具有特定功能的輔助設(shè)計(jì)軟件。

3.2 照明控制系統(tǒng)控制方式

智能照明控制按照不同的控制方式可以分為分區(qū)域控制、分類型控制和情景模式控制等。分區(qū)控制就是將一個(gè)區(qū)域劃分為若干個(gè)子區(qū)域，從而達(dá)到既可以獨(dú)立控制每個(gè)獨(dú)立區(qū)域，又可以聯(lián)合控制整個(gè)區(qū)域。分類型控制就是將一個(gè)區(qū)域內(nèi)相同類型或者相同控制要求的燈劃分為一組或若干組，從而達(dá)到既可以同組控制又可以整體控制。情景模式控制就是為某個(gè)回路的燈按照使用要求設(shè)置一定的智能運(yùn)行程序，從而使這個(gè)回路的燈具根據(jù)不同的使用場景自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)。

采用這些智能控制模式，可以大大地減少傳統(tǒng)翹板型開關(guān)，降低傳統(tǒng)開關(guān)開啟時(shí)產(chǎn)生的電磁污染，優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境。而集中式的監(jiān)控模式又便于了解和控制整個(gè)照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，避免因?yàn)槿藶槭韬龆斐傻哪硞€(gè)區(qū)域或某個(gè)回路的錯(cuò)誤開啟/關(guān)閉，造成不必要的能源浪費(fèi)或影響工作生活。

這幾種控制類型也可以根據(jù)具體需求和環(huán)境相互結(jié)合，從而達(dá)到更便捷、更節(jié)能的目的。

4 綠色照明控制系統(tǒng)

隨著當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市的中心地區(qū)建造了越來越多的綜合型辦公樓宇，這些樓宇中照明系統(tǒng)的能耗占據(jù)樓宇總體能耗中相當(dāng)可觀的一個(gè)比例。如何應(yīng)用綠色低碳光源、優(yōu)化照明控制系統(tǒng)，減少不必要的照明能耗，將會(huì)是未來一個(gè)重要的研究課題。一方面研發(fā)低能耗高效率的現(xiàn)代化光源合理地替代傳統(tǒng)光源，在保證照明質(zhì)量的前提下提高發(fā)光效率和照明舒適度；另一方面采用樓宇智能化照明控制系統(tǒng)，通過嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)地控制程序編制，可以最大程度優(yōu)化整體照明布局，合理簡便地監(jiān)控照明系統(tǒng)的運(yùn)行，降低系統(tǒng)耗電量，同時(shí)有效延長部分照明燈具的使用壽命。在現(xiàn)代化的辦公樓中存在為數(shù)不少的長時(shí)間或24小時(shí)開啟的燈具，但是這些燈具的真正使用率卻很低，只是在緊急情況或局部區(qū)域處于使用狀態(tài)下才發(fā)揮照明作用，不過這些燈具卻長時(shí)間保持開啟。比如樓道和樓梯中的逃生指示燈，一般都處于24小時(shí)開啟狀態(tài)，但它本身卻不能提供照明作用。如果采用照明智能控制系統(tǒng)，按照逃生燈的特殊功效進(jìn)行系統(tǒng)程序編制，設(shè)定成情景模式控制，與樓宇中的消防應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或其他緊急狀況時(shí)，自動(dòng)將此回路開啟，這樣可以節(jié)約一定量的電能消耗，并且延長燈具的實(shí)際使用壽命。

建筑物中長時(shí)間提供指定照度的燈具也需要通過采用智能照明控制系統(tǒng)來優(yōu)化管理。根據(jù)各自區(qū)域的不同照明要求和綠色建筑的規(guī)范，編制相應(yīng)的控制策略，采用分區(qū)、分類或者情景模式控制，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，精準(zhǔn)地監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有照具的狀態(tài)。在采用智能照明控制系統(tǒng)時(shí)，可以與建筑物中的周邊環(huán)境和使用特點(diǎn)相結(jié)合，如適度地利用自然光，根據(jù)自然光強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)照度；比如根據(jù)局部區(qū)域的人流特點(diǎn)設(shè)置紅外感應(yīng)儀與時(shí)鐘裝置，自動(dòng)控制局部的燈具開啟/關(guān)閉；可以自由設(shè)置不同情境模式，根據(jù)使用功能不同，簡單地在不同模式間相互切換。利用智能照明控制系統(tǒng)可以提供一個(gè)高品質(zhì)的生活工作環(huán)境，并且在這個(gè)環(huán)境中保障高舒適度的同時(shí)，做到最大限度的節(jié)能、節(jié)材，更好地符合綠色建筑的規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

綠色建筑的照明控制系統(tǒng)需要結(jié)合綠色光源的特性，在充分利用自然光源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用智能化控制策略來滿足人們生產(chǎn)與生活的需求。