淺析大型公共建筑燈光智能控制系統(tǒng)

黃海強(qiáng)

【摘 要】針對大型公共建筑耗電量大，其中照明耗電所占比例較大且存在浪費(fèi)的問題，從照明控制上可以有效節(jié)約耗電量。根據(jù)大型建筑的特點(diǎn)，結(jié)合近幾年逐步改造經(jīng)驗(yàn)，在保證使用絕對安全、可靠的原則下，利用分區(qū)控制、感應(yīng)控制、場景控制等方式實(shí)現(xiàn)了6000多個環(huán)境燈光及舞臺燈光回路和2萬多支不同燈具的智能化、節(jié)能化控制，以具體燈光控制系統(tǒng)改造工程為案例，淺析了照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、使用情況。

【關(guān)鍵詞】大型公共建筑；燈光智能控制；照明控制

0 引言

目前，建筑能耗占全國能源消耗總量的27.45%[1]，而在所有建筑中，公共建筑耗電量過大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型公共建筑（建筑面積大于2萬平方米）單位面積耗電量是普通公共建筑的4倍，其中建筑照明電量能耗占到整個建筑電量能耗的25%-35%，占全國電力總消耗量的13%，因此照明節(jié)能空間潛力很大。所以減少大型公共建筑的照明能耗已經(jīng)成為整個節(jié)能工作中一個重要的環(huán)節(jié)。減少大型公共建筑照明能耗除了在照明燈具上進(jìn)行更新?lián)Q代，比如采用節(jié)能燈、LED燈等新型燈具外，另一個有效方法就是對照明燈具的有效控制。

自上世紀(jì)90年代開始，智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)作為一個獨(dú)立的系統(tǒng)在國內(nèi)智能建筑中得以應(yīng)用。經(jīng)過近20年來的發(fā)展，主要有HDL、ABB、Siemens、Merten、Clipsal、Dynalite、Lutron、Palaron、Panasonic等智能照明系統(tǒng)在國內(nèi)各類項(xiàng)目中得以應(yīng)用。

本文主要對照明控制以節(jié)能、方便使用為驅(qū)動從傳統(tǒng)到智能化的轉(zhuǎn)變進(jìn)行分析，以HDL的照明控制技術(shù)結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求對燈光智能控制的應(yīng)用進(jìn)行介紹，對具體燈光控制系統(tǒng)改造進(jìn)行實(shí)例分析。

1 建筑照明控制

建筑照明控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果顯著為主要目的。有效控制可以延長光源壽命，改善工作環(huán)境，提高照明質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)多種照明效果。

1.1傳統(tǒng)建筑照明控制

傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)是典型的強(qiáng)電控制系統(tǒng)，它的選型配置首先取決于照明回路的數(shù)量、負(fù)載的容量、負(fù)載的類型，這決定了系統(tǒng)的投資主體。它的安裝、調(diào)試也都必須與照明供電及負(fù)載回路緊密結(jié)合。多采用蹺板開關(guān)控制。大面積區(qū)域內(nèi)燈具，采用雙聯(lián)、三聯(lián)、四聯(lián)開關(guān)或多個開關(guān)。

1.2智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)就是根據(jù)某一區(qū)域的功能、每天不同的時(shí)間、室內(nèi)外亮度或該區(qū)域的用途來自動控制照明設(shè)備，并能夠?qū)崿F(xiàn)集中統(tǒng)一管理與監(jiān)控的功能，結(jié)合現(xiàn)代照明技術(shù)與照明藝術(shù)，科學(xué)地管理照明設(shè)備，讓人們不僅在照明技術(shù)參數(shù)指標(biāo)方面達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且舒適、明亮并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境里工作和生活。其技術(shù)手段是通過計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號，執(zhí)行端用接觸器控制照明回路，是一個典型的弱電控制強(qiáng)電的系統(tǒng)。同時(shí)以環(huán)境調(diào)光為特色，用弱電的數(shù)字信號來調(diào)節(jié)強(qiáng)電的模擬電壓輸出，使照明亮度連續(xù)可調(diào)，又利用計(jì)算機(jī)可存儲的特點(diǎn)，將設(shè)定的照明參數(shù)、時(shí)間參數(shù)預(yù)先存儲起來，達(dá)到可預(yù)置場景調(diào)光以及完成前面提到的各種控制功能。

1.3傳統(tǒng)建筑照明控制與智能照明控制的比較

1.3.1線路系統(tǒng)比較

1）單控電路系統(tǒng)比較（表1）。

2）雙控電路系統(tǒng)比較（表2）。

1.3.2控制系統(tǒng)比較

1）控制方式比較（表3）。

2）照明方式比較（表4）。

3）管理方式比較（表5）。

2 大型公共建筑燈光控制系統(tǒng)改造

本案例中的大型公共建筑燈光控制系統(tǒng)改造工程主要選擇了光纖網(wǎng)絡(luò)調(diào)光立柜5臺，共計(jì)480回路，其中240路為調(diào)光回路，240路為繼電器回路。主控板既可以接收DMX512信號也可以接收485網(wǎng)絡(luò)信號同時(shí)還可以接收計(jì)算機(jī)燈光控制軟件的網(wǎng)絡(luò)信號。主控設(shè)備選用定制了100按鍵485信號控制臺和50按鍵控制臺；電腦調(diào)光臺可控制5臺可控硅柜；同時(shí)根據(jù)需求使負(fù)載可實(shí)現(xiàn)分組、分項(xiàng)、分路控制，回路可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)、異地、不同信號的控制，定制了既能滿足集中控制、監(jiān)控又能達(dá)到減少人力資源投入、提升管理水平等智能化需求的控制軟件。

2.1 照明配電

大型公共建筑為了確保用電安全可靠，在配電方式上一般采用雙路供電，兩路電源分別引自設(shè)在地下室變電站的兩段母線，在工程設(shè)計(jì)中要事先留出線路豎井。各房間都設(shè)有專門的配電小間。此次改造，在整體配電方式上沒有做大的變動，只是在個別線路上做一些調(diào)整。配電小間內(nèi)設(shè)雙電源自動互投切換裝置

2.2 燈光場景設(shè)置與線路組合

燈光線路的布排問題上，基本遵循了兩個原則，第一是合理預(yù)設(shè)場景使一條線路上的燈盡量少；第二是有限的調(diào)光柜所含支路數(shù)且不超過每條支路的最高負(fù)荷。工程中有上千只燈，不可能每一個燈設(shè)一個支路。首先對全部燈進(jìn)行分區(qū)；然后對燈具進(jìn)行分類，分為槽燈、方燈、花燈、壁燈等；再則對每一種類燈進(jìn)行拆分，如花燈分花燈“鍋底”燈、外圈、中圈等并對其中分電路三項(xiàng)接線；最后根據(jù)照度、負(fù)荷安排每條支路所帶燈，匯集至調(diào)光柜，再根據(jù)場景組合。

2.3 燈光控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案

燈光網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)采用光纖作主干道進(jìn)行遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)采用光纖以太網(wǎng)信號，整個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用光纜星形結(jié)構(gòu)，每個子網(wǎng)的相關(guān)控制設(shè)備通過總線交換機(jī)轉(zhuǎn)成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)信號后接入以太網(wǎng)交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸，并以DMX作輔助網(wǎng)絡(luò)傳輸控制組成網(wǎng)絡(luò)。整個控制系統(tǒng)遵守TCP/IP通訊協(xié)議及DMX512協(xié)議。

系統(tǒng)采用96路調(diào)光柜，調(diào)光柜帶有雙路DMX接口、以太網(wǎng)接口、光纖接口、RS485總線接口。在燈光控制中采用了基于PC加總控制臺的以太網(wǎng)總線控制和基于調(diào)光臺的DMX協(xié)議控制。為了保證燈光設(shè)備的控制信號穩(wěn)定可靠地傳遞，且調(diào)光柜和調(diào)光臺距離較近，所以系統(tǒng)調(diào)光通路采用DMX512標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，從調(diào)光柜的DMX接口接入調(diào)光臺。因DMX信號傳遞距離大約為299米，其它地方如距離較遠(yuǎn)可加信號放大器或采用以太網(wǎng)控制。在調(diào)光柜中采用可控硅對燈光的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)燈光的亮度調(diào)節(jié)，為保證燈光的控制可靠性，特定制了可以直放/調(diào)光雙模式的調(diào)光模塊，在不需調(diào)光，會場燈光必須穩(wěn)定時(shí)，打入直放模式，調(diào)光失效，避免因誤操作而影響現(xiàn)場燈光效果。

2.4 其它模塊的應(yīng)用

針對單獨(dú)小廳室，一方面考慮到工作實(shí)際需求與改造成本因素，另一方面對以前控制產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展完備。此次改造采用單獨(dú)小模塊將各小廳室單獨(dú)控制并入系統(tǒng)。

2.5 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求設(shè)計(jì)了配合燈光控制的軟件控制平臺。通過軟件可以編制不同場景開關(guān)燈方式，監(jiān)測配電、調(diào)光柜中各支路電壓、電流等數(shù)據(jù)，同時(shí)連入消防監(jiān)控探頭，可實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場燈光，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程有效控制。

3 結(jié)語

1）通過對傳統(tǒng)建筑照明控制與智能照明控制的對比分析，總結(jié)通過照明方式的改變可有效節(jié)約建筑耗電量，綠色照明、智能照明是未來建筑照明的發(fā)展方向。

2）以工程實(shí)例分析了大型公共建筑在實(shí)行智能照明控制中應(yīng)基于現(xiàn)實(shí)需求，逐步實(shí)現(xiàn)。實(shí)行劃區(qū)域管理，按功能采取不同控制方式。在技術(shù)上應(yīng)采用比較成熟的技術(shù)且留出未來可擴(kuò)展的空間。為其他大型公共建筑實(shí)現(xiàn)燈光智能控制提過參考。

3）以大型公共建筑系統(tǒng)改造為工程實(shí)例，總結(jié)在工程實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)智能燈光控制系統(tǒng)步驟、方法。在設(shè)計(jì)中要充分考慮配電線路路由的預(yù)留，注意支路設(shè)置方法以及為維修留有足夠的空間等，為具體工作提供借鑒。

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（作者單位：人民大會堂管理局）