智能照明控制技術(shù)在某青少年活動中心的應(yīng)用

蘇 山

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 311231）

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年，我國總用電量約為24000億kW·h，照明為 3000億 kW·h，且每年以 13%～14%的速度遞增，預(yù)計(jì)到今年，照明將超過5000億kW·h，新增照明用電2000億kW·h。若要完成國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要要求節(jié)能的 20%目標(biāo)，便意味著照明要減少用電1000億kW·h。為響應(yīng)我國提出的“走可持續(xù)發(fā)展的道路”的號召，在目前能源不充足的國情下，開展節(jié)能研究，具有很大的意義。“中國綠色照明工程”以節(jié)約能源、減少照明費(fèi)用，減少污染光源、保護(hù)環(huán)境，提高照明質(zhì)量為宗旨。近年來，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，象青少年活動中心之類的公共建筑越來越多。合理地控制、改善公共建筑的燈光環(huán)境，實(shí)現(xiàn)綠色照明，節(jié)約電能，有著現(xiàn)實(shí)的意義。

在這信息時代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、總線技術(shù)、信號檢測技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和相互滲透，照明控制技術(shù)有了很大的發(fā)展，智能化控制技術(shù)越來越多的應(yīng)用到各類公共建筑照明系統(tǒng)中。

2 系統(tǒng)概述

杭州某青少年活動中心占地62畝，建筑面積約10000m2，總投資約 2億元，是杭州規(guī)模較大的公益性青少年綜合性校外活動場所。

該項(xiàng)目主要控制區(qū)域?yàn)樽呃裙舱彰骱鸵粋€會議室，采用 MRTLC智能照明控制系統(tǒng)，對大樓的走廊和多功能會議室照明營造有層次、變化的燈光環(huán)境；可減少人力工作疏忽、節(jié)約能源和人力資源；降低人力工作強(qiáng)度，增強(qiáng)控制的靈活性和可靠性。

該系統(tǒng)主要由系統(tǒng)設(shè)備，照明控制器，現(xiàn)場裝置(如可編程面板開關(guān)、各種感應(yīng)器) ，照明控制系統(tǒng)軟件所組成的。系統(tǒng)功能主要有以下幾點(diǎn)：

（1）現(xiàn)場面板控制：通過控制面板工作人員可以用手動方式非常方便的控制區(qū)域里的燈光回路或場景（場景設(shè)置可以通過軟件進(jìn)行編程修改）。

（2）定時控制：系統(tǒng)可以設(shè)定在不同的時間段內(nèi)啟用不同的燈光場景，在清晨、晚上或人員比較少的情況下關(guān)掉一些不主要的燈光，在人員比較多的情況下才打開比較多的燈光。利用時鐘（事件）定時器還可輸入該地的天文資料、各種節(jié)假日，根據(jù)該地區(qū)太陽不同的升降時間，實(shí)現(xiàn)春、夏、秋，冬每天按照天亮的變化情況實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光的照明情況。

（3）中央監(jiān)控控制：將各個區(qū)域連成一個網(wǎng)絡(luò)后就可以利用圖形化的中央監(jiān)控軟件對整個大樓的燈光進(jìn)行監(jiān)控和管理。

（4）與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制：MRTLC系統(tǒng)通過軟件及硬件接口還可以和電動窗簾、空調(diào)、安防、消防、視聽、大樓管理等其他系統(tǒng)聯(lián)動。

3 各區(qū)域系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 走廊公共區(qū)域照明控制

走廊在青少年活動中心等公共建筑中是必不可少的，在走廊的照明是最能體現(xiàn)智能照明的節(jié)能特點(diǎn)，沒用到智能照明時，當(dāng)走廊沒有人經(jīng)過的時候而燈還依然亮著，這就大大浪費(fèi)了電能。智能照明系統(tǒng)可以設(shè)置1/2，1/3場景，根據(jù)現(xiàn)場情況自由切換。也可以設(shè)置時間控制，在白天的時候，室外日光充足，只需要開啟1/2或1/3場景模式，在傍晚的時候，室外日光逐漸降低，這是人流量也是一天中最高的時候，走廊燈應(yīng)該全部打開，等到深夜的時候，人流量非常小，又可回到 1/3場景模式。這樣最大限度的節(jié)約了能源。

圖1

控制面板可以設(shè)計(jì)放在各樓層的強(qiáng)電間，這樣就避免了客人接觸。

控制方式有：

中央控制（在主控中心對所有照明回路進(jìn)行監(jiān)控，通過電腦操作界面控制燈的開關(guān)）。

定時控制（白天、傍晚、夜晚、深夜、節(jié)假日等模式）。

隔燈控制（利用隔燈的方式區(qū)分照明回路，實(shí)現(xiàn)1/3、2/3、3/3照度控制）。

現(xiàn)場可編程開關(guān)控制（通過編程的方式確定每個開關(guān)按鍵所控制的回路，單鍵可控制單個回路、多個回路）。

3.2 會議室照明

會議室作為中心一個重要的組成部分，采用智能照明控制系統(tǒng)通過對各照明回路進(jìn)行控制可預(yù)先精心設(shè)計(jì)多種燈光場景，使得多功能會議室在不同的使用場合都能有不同的合適的燈光效果，工作人員可以根據(jù)需要手動選擇。

會議室的燈光控制系統(tǒng)可以和投影儀設(shè)備相連，當(dāng)需要播放投影時，會議室的燈能自動的緩慢的調(diào)暗；關(guān)掉投影議，燈又會自動的柔和的調(diào)亮到合適的效果。

會議室控制模式有以下兩種：

準(zhǔn)備模式：在會議準(zhǔn)備開始的時候，全部的筒燈點(diǎn)亮，當(dāng)貴賓入場的時候，隱藏?zé)舨蹠饾u點(diǎn)亮。

圖2

報(bào)告模式：會議正式開始的時候調(diào)亮全部的燈光，使會議室顯得輝煌，會議進(jìn)行過程中，可以調(diào)節(jié)各回路的明暗程度而改變視覺效果。

（1）會議模式：當(dāng)會議進(jìn)行的時候，可以打開所有筒燈和燈槽燈，給賓客一種莊重嚴(yán)肅的會議氣氛。

（2）投影模式：當(dāng)會議中需要播放投影的時候，可以漸漸調(diào)暗筒燈和燈槽的亮度，達(dá)到既保證最基本的照明需要，又能最清晰地觀看投影的效果。

（3）休息模式：當(dāng)會議中間休息時，可以將隱藏?zé)舨鄞蜷_，關(guān)閉光線較強(qiáng)的筒燈，給來賓一個寬松的環(huán)境，放松一下心情。

（4）結(jié)束模式：當(dāng)會議結(jié)束的時候，可以漸漸調(diào)亮筒燈和燈槽的亮度，表示歡送貴賓離開。

（5）清掃模式：當(dāng)賓客離開后，只開啟滿足清掃的基本照明回路。

控制方式有：

（1）中央控制（在主控中心對所有照明回路進(jìn)行監(jiān)控，通過電腦操作界面控制燈的開關(guān)）。

（2）現(xiàn)場可編程開關(guān)控制（通過編程的方式確定每個開關(guān)按鍵所控制的回路，單鍵可控制單個回路、多個回路）。

（3）調(diào)光控制（從 0%照度到 100%照度連續(xù)無級調(diào)光控制）。

4 各區(qū)域系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)計(jì)

由于建設(shè)單位在建設(shè)初期沒有考慮采用智能照明控制系統(tǒng)，所有的燈光回路、光源設(shè)置簡單。建設(shè)后期考慮到節(jié)能等情況才增加智能照明控制系統(tǒng)，所以現(xiàn)場實(shí)施的控制就相對比較簡單。

4.1 走廊公共區(qū)域照明

（1）光源1）走廊采用的光源：14W節(jié)能燈、LED燈膜。2）大廳采用的光源有：14W 節(jié)能燈、LED燈膜、70W金鹵燈。

（2）燈具布置方式

走廊采用兩個回路，分別位于走廊的兩邊隔燈控制的布置方式。

大廳采用三路金鹵燈加上三路LED燈膜，且沒有采用隔燈控制的布置方式，采用連續(xù)布置的方式。

1）現(xiàn)場面板開關(guān)控制：分全開、全關(guān)、半開、燈膜開、筒燈開五種場景。半開時：現(xiàn)場的燈開一半關(guān)一半；燈膜開時筒燈關(guān)；筒燈開時燈膜關(guān)。

2）控制室中央電腦控制：中央控制電腦安裝有電子地圖，想控制那一路燈直接用鼠標(biāo)控制。燈亮?xí)r圖例變成黃色，關(guān)燈時圖例變成灰色。

3）與第三方聯(lián)動控制：與安防聯(lián)動。當(dāng)晚上沒人時，燈全關(guān)掉，這時安防系統(tǒng)布防。當(dāng)有人進(jìn)入安防控制區(qū)域時就強(qiáng)行點(diǎn)亮整個區(qū)域的燈，方便安保人員進(jìn)行查看。點(diǎn)燈時間長短可調(diào)。當(dāng)安保人員檢查過后如果沒有事情發(fā)生就對安防系統(tǒng)撤防，重新布防與燈光聯(lián)動起來。

4）時鐘控制：系統(tǒng)可以設(shè)定在不同的時間段內(nèi)啟用不同的燈光場景（有設(shè)備但建設(shè)單位最后沒采用）。

5）亮度傳感器控制：可以跟據(jù)光照度的不同而開關(guān)燈（有設(shè)備但建設(shè)單位最后沒采用）。

4.2 會議室照明

（1）光源

會議室采用的光源有：14W節(jié)能燈、T5熒光燈、低壓鹵素?zé)簟?/p>

（2）布燈方式

會議室頂上采用兩路T5熒光燈膜加上一路T5熒光燈帶、四周邊三路節(jié)能燈加上主席臺一路低壓鹵素?zé)簟?/p>

紫椴(Tilia amurensis Rupr.)是椴樹科(Tiliaceae)椴樹屬高大落闊葉喬木。紫椴分布于我國東北、華北地區(qū)，是長白山區(qū)域重要的用材樹種，被《國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄(第一批)》定為國家二級重點(diǎn)保護(hù)植物[1-3]。紫椴樹冠大而優(yōu)美，樹齡長，抗煙、抗毒性強(qiáng)，秋季葉黃，是世界四大闊葉行道樹之一。紫椴木材紋理致密，色白質(zhì)輕富有彈性，不翹裂容易加工，是建筑、家具、雕刻等行業(yè)的重要用材。關(guān)于紫椴的研究，多集中在紫椴形態(tài)及分類學(xué)、生態(tài)及地理學(xué)以及育種造林學(xué)等方面[4-8]。

（3）智能照明控制方式

現(xiàn)場面板控制：分全開、全關(guān)、燈膜開、筒燈開、燈帶開、射燈開六種場景；

5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

智能照明控制系統(tǒng)在各類公共建筑中應(yīng)用具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)照明控制智能化

采用智能照明控制系統(tǒng)后，可使照明系統(tǒng)工作在全自動狀態(tài)，系統(tǒng)將按預(yù)先設(shè)置切換若干基本工作狀態(tài)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時間自動地在各種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。例如，早晨來臨時，系統(tǒng)自動將燈調(diào)暗，而且光照度會自動調(diào)節(jié)到人們視覺最舒適的水平。在靠窗的區(qū)域，系統(tǒng)智能地利用室外自然光，當(dāng)天氣晴朗，室內(nèi)燈會自動調(diào)暗；天氣陰暗，室內(nèi)燈會自動調(diào)亮，以始終保持室內(nèi)設(shè)定的亮度（按預(yù)設(shè)定要求的亮度）。

當(dāng)夜幕降臨時，系統(tǒng)將自動進(jìn)入“傍晚”工作狀態(tài)，自動地極其緩慢地調(diào)亮各區(qū)域的燈光。

此外，還可用手動控制面板，根據(jù)一天中的不同時間，不同用途精心地進(jìn)行燈光的場景預(yù)設(shè)置，使用時只需調(diào)用預(yù)先設(shè)置好的最佳燈光場景，使人們產(chǎn)生新穎的視覺效果。隨意改變各區(qū)域的光照度。

（2）美化服務(wù)環(huán)境吸引賓客光臨

好的燈光設(shè)計(jì)可為大樓吸引客人，并能營造出一種溫馨、舒適的環(huán)境，增添其藝術(shù)的魅力。

大樓照明控制包括走廊、地下車庫等，利用燈光的顏色、投射方式和不同明暗亮度可創(chuàng)造出立體感、層次感。

（3）可觀的節(jié)能效果

大樓除了給客人提供舒適的環(huán)境外，節(jié)約能源和降低運(yùn)行費(fèi)用是業(yè)主們關(guān)心的又一個重要問題。由于智能照明控制系統(tǒng)能夠通過合理的管理，根據(jù)不同日期、不同時間按照各個功能區(qū)域的運(yùn)行情況預(yù)先進(jìn)行光照度的設(shè)置，不需要照明的時候，保證將燈關(guān)掉；在大多數(shù)情況下很多區(qū)域其實(shí)不需要把燈全部打開或開到最亮，智能照明控制系統(tǒng)能用最經(jīng)濟(jì)的能耗提供最舒適的照明；系統(tǒng)能保證只有當(dāng)必需的時候才把燈點(diǎn)亮，或達(dá)到所要求的亮度，從而大大降低了大樓臺的能耗。

（4）延長燈具壽命

燈具損壞的致命原因是電壓過高。燈具的工作電壓越高，其壽命則成倍降低。反之，燈具工作電壓降低則壽命成倍增長。因此，適當(dāng)降低燈具工作電壓是延長燈具壽命的有效途徑。智能照明控制系統(tǒng)能成功地抑制電網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓，使燈具不會因上述原因而過早損壞。還可通過系統(tǒng)人為地確定電壓限制，提高燈具壽命。智能照明控制系統(tǒng)采用了軟啟動和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了燈絲的熱沖擊，使燈具壽命進(jìn)一步得到延長。

智能照明控制系統(tǒng)能成功地延長燈具壽命 2～4倍。不僅節(jié)省大量燈具，而且大大減少更換燈具的工作量，有效地降低了照明系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，對于難安裝區(qū)域的燈具及昂貴燈具更具有特殊意義。

（5）可與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制

智能照明可與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制，例如BA系統(tǒng)，監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生緊急情況后可由報(bào)警系統(tǒng)強(qiáng)制打開所有回路。

（6）提高管理水平，減少維護(hù)費(fèi)用

智能照明控制系統(tǒng)，將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運(yùn)用于照明控制系統(tǒng)中去，而且同時將大大減少大樓的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，并帶來極大的投資回報(bào)。

6 智能照明控制系統(tǒng)對照明節(jié)能效果的分析

采用智能照明控制系統(tǒng)的主要目的是節(jié)約能源，智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對不同時間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種自動調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當(dāng)必需時才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，節(jié)能潛力大，一般可達(dá)40%。

首先智能照明控制系統(tǒng)節(jié)能潛力在照度計(jì)算公式中就有體現(xiàn)。

照度計(jì)算公式：L＝WT×（EA/FK）

式中，L為用電量；W為功率W/臺；T為開燈時間h；E為設(shè)計(jì)照度 lx；A為地板面積 m2；F為燈泡流明lm；K為維護(hù)系數(shù)。

由于智能控制系統(tǒng)的采用，計(jì)算公式中的主要變量——開燈時間（T）、設(shè)計(jì)照度（E），變成了動態(tài)因子，合理的控制開燈時間（T）和設(shè)計(jì)照度（E），能夠減少照明用電量，同時還提高了光源的綜合效率。

6.1 節(jié)能分析1（照度感應(yīng)控制，即日光補(bǔ)償節(jié)能）

當(dāng)未采用照明控制系統(tǒng)時，每天下午日照充足，靠窗區(qū)域的燈光白白浪費(fèi)。若采用照明控制系統(tǒng)，設(shè)置照度傳感器，自動跟蹤外部自然光線的變換，打開或關(guān)閉臨窗燈光回路，或設(shè)置為不同的亮度梯度，假設(shè)每天光線充足時間為3h，平均每個回路每天少運(yùn)行1.5h，按每回路每天運(yùn)行10h計(jì)，實(shí)際節(jié)電15%。

6.2 節(jié)能分析2（移動探測控制節(jié)能）

當(dāng)未采用照明控制系統(tǒng)，無論是人流高峰期，還是夜晚，燈都全部開啟，浪費(fèi)能源。若采用照明控制系統(tǒng)，采用紅外移動控制等方式，在出入高峰期間全部開啟，在夜晚啟動紅外移動探測器，人來開燈，人離開后燈延時關(guān)閉。即節(jié)約能源，又實(shí)現(xiàn)了人性化。以衛(wèi)生間和走廊等公共區(qū)域?yàn)槔刻焱砩瞎矃^(qū)域開啟時間為3h，平均每個回路每天少運(yùn)行2.5h，按每回路每天運(yùn)行10h計(jì)，按40%回路為公共區(qū)域回路計(jì)算，實(shí)際節(jié)電為10%。

6.3 節(jié)能分析3（時鐘控制節(jié)能）

當(dāng)未采用照明控制系統(tǒng)，經(jīng)常在人休息時間，人員外出就餐，電燈仍然全部打開，浪費(fèi)電能。若采用照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)時鐘按照預(yù)先設(shè)置的程序，根據(jù)需要或打開或關(guān)斷電源。根據(jù)案例調(diào)研統(tǒng)計(jì)，僅上下班按時開關(guān)燈和中午休息關(guān)燈，平均節(jié)能15%。時間控制，根據(jù)傍晚、夜晚、深夜設(shè)置場景，自動控制，并且工作人員可以隨時靈活更改。晚上10點(diǎn)，燈光減半，晚上11點(diǎn)關(guān)燈，早上7點(diǎn)準(zhǔn)時開燈。

6.4 節(jié)能分析4（預(yù)置場景模式節(jié)能）

當(dāng)未采用照明控制系統(tǒng)，每天的開關(guān)燈和場景變化完全依靠人力，不但容易出現(xiàn)漏洞，而且由于開關(guān)時間不準(zhǔn)時，浪費(fèi)能源。若采用照明控制系統(tǒng)，系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置的程序，不但節(jié)省人工成本，而且準(zhǔn)時、全自動運(yùn)行。根據(jù)案例調(diào)研統(tǒng)計(jì)，采用預(yù)置場景模式控制技術(shù)，平均節(jié)能5%。設(shè)置不同的場景模式，用戶可以隨時變換場景，達(dá)到最好的照明效果，節(jié)約能源。會議室等多功能場所可預(yù)設(shè)多種燈光效果，以適應(yīng)不同場合的燈光需求，供工作人員任意選擇。

節(jié)能綜合分析：

把照明按照使用情況分類如下：

圖3

初步統(tǒng)計(jì)實(shí)際節(jié)省電能總量為40%，并作如下投資回報(bào)分析：

假設(shè)每個額定電流為10A照明回路的實(shí)際負(fù)載為 3A，每天每個回路按工作 10h計(jì)，節(jié)省電能為220V×3A×10h×40%=2.64kW·h，平均每年工作按250天，每度電 0.6元人民幣計(jì)算，實(shí)際每年節(jié)省電費(fèi)396元，每個智能照明回路投資估算1000元人民幣，投資回報(bào)時間大約為2.5年。

大力推廣和采用智能照明控制技術(shù)，不僅有利于控制成本，提高產(chǎn)品和服務(wù)的競爭力，而且由于節(jié)電所減排的二氧化碳和二氧化硫，也保護(hù)和促進(jìn)了生態(tài)建設(shè)，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

7 結(jié)論

隨著社會的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，照明與人們的生活越來越密不可分。“智能建筑”的出現(xiàn)，對照明部分提出新的要求，“智能照明”技術(shù)相應(yīng)出現(xiàn)。其良好的使用效果與社會、經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)，推動了智能照明的技術(shù)迅速向前發(fā)展，并形成照明發(fā)展的一個重要趨勢。面臨我國資源和能源消耗的現(xiàn)狀，實(shí)施智能照明控制系統(tǒng)這種技術(shù)，不僅有利于普通百姓的生活，給百姓帶來實(shí)惠，它更關(guān)乎國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

以上是作者對智能照明控制系統(tǒng)在杭州某青少年活動中心具體應(yīng)用闡述，希望能起到拋磚引玉的作用，讓該項(xiàng)技術(shù)在照明節(jié)能領(lǐng)域中充分發(fā)揮其作用。

[1]《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《GB50034－2004》.

[2]《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇——電氣》.

[3]《照明設(shè)計(jì)手冊》（第二版，中國電力出版社）.

[4]《智能照明控制綜述》“中國長三角照明科技論壇論文集”2004.上海.

[5]《中國建筑設(shè)計(jì)研究院.智能建筑電氣技術(shù)》.北京.中國電力出版社,2006.