辦公樓智能照明控制系統(tǒng)設計

楊 鍇

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司, 廣東 廣州 510655)

0 引 言

民用建筑行業(yè)中,辦公樓照明的智能化對使用環(huán)境舒適性的提高有重要作用,對節(jié)能減排也有重要意義。據(jù)統(tǒng)計,一盞普通熒光燈一年需消耗240 kWh(按3 000 h/年計算用電時間)。照明是辦公樓電能消耗的主要部分,而辦公樓的實際照明需求是動態(tài)的,如靠窗辦公和靠走道辦公需要不同的人工照明;不同時間不同季節(jié)的自然采光不一樣,需要的人工照明也不同。傳統(tǒng)的辦公樓照明設計中,每個區(qū)域的燈具布置固定,只能通過面板開關控制燈具開關,導致平均達40%的人工照明是多余的。而部分智能樓宇也只是實現(xiàn)簡單的遠程控制和定時開關功能[1-3]。

本文介紹一種辦公樓智能照明控制系統(tǒng),通過該系統(tǒng)在工程設計中的實際應用,闡述未來照明設計的一種思路。

1 智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)由輸入單元、感知單元、計算單元、執(zhí)行單元、受控單元組成,其中輸入單元既可以是傳統(tǒng)的面板開關,也可以是觸摸屏(甚至電腦、手機);感知單元為照度傳感器、人體傳感器等;執(zhí)行單元為開關模塊、調(diào)光模塊;受控單元為燈具、窗簾電機。感知單元將傳感器信號傳遞給計算單元,計算單元經(jīng)過邏輯運算,根據(jù)運算結果發(fā)送命令至執(zhí)行單元,控制燈具的照度和窗簾的開合。智能照明系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。

圖1 智能照明系統(tǒng)硬件結構

1.1 系統(tǒng)結構

智能照明控制系統(tǒng)可以分解為單個燈光控制回路,若干燈光控制回路通過現(xiàn)場總線連接組成房間控制回路,若干房間控制回路通過ZigBee協(xié)議組成樓層控制回路,所有樓層控制回路加上總計算單元組成整個樓宇智能照明控制系統(tǒng)。單個燈光控制回路如圖2所示。

圖2 單個燈光控制回路

單盞燈上集成有感知單元,照度傳感器隨時感知環(huán)境照度,并反饋至計算單元,計算單元通過調(diào)光模塊調(diào)節(jié)單盞燈照度;人體傳感器探測半徑為2.5～3.0 m,當人體傳感器探測到有人時通過開關模塊開啟照明,探測到無人時一段時間后關閉照明,延遲時間可調(diào)整至30 min。

1.2 調(diào)光邏輯

傳統(tǒng)辦公樓照明設計往往沒有考慮日光因素,設計照度往往直接采用燈具最大照度值。智能照明控制系統(tǒng)采用日光加燈具光強的復合照度來計算實時照度值,并根據(jù)實時照度值閉環(huán)控制燈具光強。智能照明控制系統(tǒng)調(diào)光曲線如圖3所示。

圖3 智能照明控制系統(tǒng)調(diào)光曲線

2 智能照明控制系統(tǒng)在實際工程中應用

以某大型石化企業(yè)12F辦公樓照明設計為例,照明控制系統(tǒng)設計主要分為傳統(tǒng)照明設計和智能控制系統(tǒng)設計兩部分?？刂品绞讲捎梅植际街悄芸刂婆浜现醒爰锌刂?。傳統(tǒng)照明設計依據(jù)國家照明設計規(guī)范,確定辦公樓不同房間和場所的照度標準值、功率密度值,然后進行光源和燈具選型布置及回路負載計算[4-6]。智能控制系統(tǒng)設計對整個照明系統(tǒng)的控制方式進行設計,采用單個燈光控制回路組網(wǎng)的方式組建整個智能照明控制系統(tǒng)。

2.1 控制策略實施

該辦公樓中房間、場所眾多,功能多種多樣,既有傳統(tǒng)的辦公室、會議室,又有休息室、閱讀室、多媒體房間、健身房等特殊房間,只有多元化的照明控制方式才能滿足設計需求,如現(xiàn)場面板開關控制、自然光照控制、人體感應控制、定時控制、場景控制、中央控制。

(1) 公共區(qū)域。辦公樓公共區(qū)域有門廳、走廊、茶水間、電梯前室等,由20個照明回路組成,為節(jié)省成本,每個回路設置一套單燈控制系統(tǒng),采用ZigBee協(xié)議組網(wǎng)后由中央控制計算機進行集中控制。公共區(qū)域不同時間段人員密度不一樣,可設置工作日、休息日和節(jié)假日等不同的時段對照明燈具進行集中控制,使管理智能化。辦公樓每層門廳利用照度傳感器控制燈光的照度,盡可能利用自然光。同時,辦公區(qū)域和公共區(qū)域可協(xié)調(diào)工作,如辦公區(qū)域有員工加班時,電梯廳、走廊等公共區(qū)域的燈保持基本亮度。只有當辦公區(qū)域的人離開后,才將燈降低到安全狀態(tài)或關掉,避免不必要的能源浪費。

(2) 會議室。辦公樓會議室適宜采用場景模式控制。如其中某大型多媒體會議室共設有8條照明回路,可分別實現(xiàn)會議場景、投影場景、散會場景的變換,可通過觸摸屏對開關模塊、調(diào)光模塊、投影儀、幕布、視頻會議系統(tǒng)等各種演示設備進行集中控制。場景模式是單燈控制模式的智能組合,方便用戶操作,并有效節(jié)省能源。

(3) 休息室。休息室使用頻率較低,照明智能控制主要利用人體傳感器檢測人員出入信號來控制照明燈具的開關。人體傳感器的扇形檢測區(qū)域檢測到有人進入探測范圍,信號送入開關模塊,執(zhí)行照明設備開啟命令。若人體傳感器探測范圍內(nèi)無人,照明燈具關閉,并且延遲關閉時間,有效地降低照明成本。

(4) 辦公區(qū)域。普通的辦公區(qū)域是辦公樓主要區(qū)域,既要考慮照度達標,又要考慮節(jié)能減排,因此采用時間控制和照度檢測控制結合的控制模式。辦公室靠近窗戶一側,盡可能利用窗外入射的大量自然光進行照度補償。根據(jù)單個燈控制回路的調(diào)光曲線,照度傳感器檢測自然光,靠近窗戶的燈具隨著自然光線的變化自動開閉或調(diào)光,使辦公區(qū)域保持同一照度,保證室內(nèi)照明的均勻性和平衡性。

此外,高級辦公室受控單元除燈具還有電動窗簾,照明的控制更智能,除系統(tǒng)自動控制外,還可同時使用遙控器和智能面板進行控制。

2.2 與BA系統(tǒng)的集成

使用ZigBee協(xié)議與現(xiàn)場總線技術的智能照明控制系統(tǒng)具有擴展性和開放性良好的特點,具有與BA系統(tǒng)(包括閉路監(jiān)控、消防報警、安全防范系統(tǒng))相連接的接口和軟件協(xié)議,接入BA系統(tǒng)后便可構成完整的樓宇智能化控制系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)既為獨立的系統(tǒng),又通過智能網(wǎng)關與整個大樓的BA系統(tǒng)乃至全廠的中控室進行數(shù)據(jù)交換和共享。

3 結 語

智能照明控制系統(tǒng)是未來綠色樓宇發(fā)展的方向,具有性能穩(wěn)定、擴展性好、實用性強、便于操作等優(yōu)點,能根據(jù)實際照明需求調(diào)節(jié)單盞燈的開關和照度,從而達到綠色節(jié)能的目標。隨著科技的發(fā)展,智能照明控制系統(tǒng)會向著模塊化、小型化、智能化、標準化的方向進一步發(fā)展,使之更可靠、節(jié)能、耐用。

[1]彭小軍,李榮.基于ARM的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)研究[J].低壓電器,2009(18):42-45.

[2]趙勇.基于ARM和ZigBee的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].測控技術,2012(11):52-54.

[3]建筑照明設計標準:GB50034—2004[S].

[4]智能建筑設計標準:GB/T50314—2000[S].

[5]陳丹,張彬.辦公樓智能照明控制系統(tǒng)設計[J].照明工程學報,2010,21(2):29-31.

[6]繆嘉敏,肖德琴,馮健昭,等.基于無線傳感器網(wǎng)絡的土壤水分監(jiān)測基站系統(tǒng)設計[J].傳感器與微系統(tǒng),2009,28(9):82-85.