KNX智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的運用

吳凱民

摘要：本文簡單介紹了KNX智能照明系統(tǒng)的發(fā)展及系統(tǒng)結構，并通過一個實際工程案例，著重說明KNX智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的運用，闡述KNX智能照明系統(tǒng)的優(yōu)越性。

關鍵詞：KNX/EIB 智能照明 智能建筑

一、前言

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們對照明智能化控制的要求越來越高，希望在滿足辦公和生活需求的前提下，既能夠降低能源消耗，又可以降低運行管理費用和維護成本。這對建筑電氣安裝的靈活性與功能多樣性提出了越來越高的要求，對建筑照明智能控制的需求越來越強烈。促使了現(xiàn)代的照明系統(tǒng)必須向著節(jié)能、環(huán)保、高效的目標發(fā)展，也必須朝著舒適、靈活、智能的方向不斷改進。智能照明系統(tǒng)就是能夠滿足人們這種多方面需求的控制系統(tǒng)，它能夠實現(xiàn)諸如開關、調光、定時、場景控制等功能，達到安全、節(jié)能、靈活和人性化的目的。伴隨著計算機技術和通訊技術的飛速發(fā)展，基于現(xiàn)場控制總線的智能照明系統(tǒng)在照明工程中運用日趨廣泛。

早在20世紀80年代，歐洲各知名電氣設備公司就已不約而同地將總線技術應用于電氣安裝與樓宇技術，由于各廠家所采用的通信協(xié)議不同，系統(tǒng)相互不能兼容，設備不能相互替代，給市場的相互滲透、產品的相互替代帶來了重重阻礙。如何解決不同廠家產品的兼容性和系統(tǒng)的互通性？在此背景下，KNX/EIB智能安裝系統(tǒng)應運而生。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，KNX不僅成為歐洲標準，而且已經(jīng)成功地被引進到世界各地。2001年，KNX 技術開始被引進到中國，在短短幾年的時間里，就以其卓越的性能和質量取得了巨大的成功，并于2007年成為中國國家標準GB/Z 20965-2007。

KNX智能照明系統(tǒng)在智能照明市場上越來越受到關注，廣泛應用于辦公、酒店、商業(yè)、體育館等公共建筑上。以下對KNX智能照明系統(tǒng)作一簡單介紹，并通過一個實際案例，總結分析KNX智能照明系統(tǒng)的優(yōu)勢。

二、KNX系統(tǒng)介紹

KNX系統(tǒng)是一個分布式總線結構，所有元件通過總線連接，各元件具有獨立的CPU，相互之間是對等關系，既可獨立工作，又可通過中央控制計算機集中監(jiān)視和控制。由計算機編程的各元件都可以獨立完成諸如開關、調光、場景切換等動作，并且可以根據(jù)要求進行不同的組合，從而可在不增加設備的情況下靈活改變功能。

KNX系統(tǒng)的基本結構是支線，一條支線最多連接64個元件，支線與支線通過線路耦合器連接，最多15條支線組成一個區(qū)域，區(qū)域和區(qū)域通過干線耦合器連接，最多可連接15個區(qū)域，從而組成最大的系統(tǒng)，KNX系統(tǒng)最多支持15X15X64=14400個元件。

KNX系統(tǒng)的拓撲結構相對自由，可以支持總線型，星型，樹型。

三、KNX智能照明系統(tǒng)應用實例——深圳創(chuàng)智云城一期項目

深圳創(chuàng)智云城項目一期用地面積約為3.2萬㎡，總建筑面積約為41.5萬㎡，由七座建筑組成，其中A、B、E、F座為11層，高約54米，C、D座為40層，高約170米，G座為35層，高約130米。

本項目智能照明系統(tǒng)包括建筑室內的公共照明以及室外景觀照明、泛光照明，采用施耐德莫頓KNX系統(tǒng)進行智能化控制，并納入BA系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。根據(jù)KNX系統(tǒng)的特點，以及建筑各部位的使用要求，設計各公共區(qū)域如入口大堂、展廳、電梯廳、公共走廊、衛(wèi)生間、地下室、室外景觀照明及泛光照明等部位照明均采用KNX系統(tǒng)進行智能化控制。

首層大堂、展廳：大堂和展廳區(qū)域燈光回路較多，控制復雜，如果使用傳統(tǒng)照明控制方法，所需開關面板較多，施工難度大，需要大量的大截面電纜，而且難以做到一鍵控制。本項目使用8鍵智能面板，多點控制，每處均可完成全部操作。通過電腦編程，在智能面板中根據(jù)要求設置好相應的照明場景，只需輕按按鍵，即可使照明切換至所預設的場景。方便、靈活、簡單的控制使本區(qū)域的照明最大限度地滿足各種使用要求，達到最佳的照明效果，同時操作簡單。

電梯廳、公共走廊：標準層各樓層設置開關控制模塊和干接點模塊，現(xiàn)場設置智能面板。智能面板帶防誤操作功能，可通過軟件禁止面板控制，避免無關人員隨便開關照明回路，提高系統(tǒng)的安全性。干接點模塊可與消防報警系統(tǒng)聯(lián)動，當發(fā)生報警時，消防報警主機發(fā)出干接點報警信號。干接點模塊收到信號后，強制打開各樓層應急照明并關閉普通照明。

地下停車庫：車庫照明采用分區(qū)控制的方式，每個區(qū)域又分為車位照明和車道照明，采用回路交叉布燈方式，實現(xiàn)車位 1/2、車道 1/2的照明效果。通勤高峰時，車道照明和車位照明全部打開，以便車輛進出。在非高峰時段，車輛出入頻率降低，這時可以適當減少部分照明，從而節(jié)省能源消耗。平時只開一組車道照明，保證基本照明需求，在車道的主要交叉路口和轉彎路口安裝吸頂式移動探測器，當移動探測器感應到有人或車輛移動時，再開啟另外一組車道照明，增加亮度，并延時關閉，達到車（人）來燈亮，車（人）走燈滅的效果。通過這種控制方式，既保證了充分的照明，又減少了能耗，延長燈具使用壽命。當有特殊情況，需要人為干預時，值班人員可在中控室電腦遠程操作，手動控制照明。

室外景觀照明、泛光照明：傳統(tǒng)的室外景觀照明、泛光照明需要值班人員通過手動按鈕控制或在配電箱中安裝定時器的方式來實現(xiàn)照明定時開閉的效果，從控制的準確性、操作的方便性和靈活性等方面考慮，已遠遠不能適應當前智能建筑的標準和要求。而KNX智能照明系統(tǒng)可完全滿足此要求。

本項目景觀照明、泛光照明的控制采用照度傳感器和定時器相結合的方式。當傍晚來臨，照度傳感器感應到自然光逐漸暗至設定的照度時，照度傳感器能自動打開景觀照明、泛光照明，至午夜時，定時器自動關閉部分景觀照明、泛光照明，只保留一部分燈光以保持適當?shù)恼斩?，至晨曦時，當自然光漸亮至設定的照度后，照度傳感器自動將剩余的照明全部關閉，從而達到既保證照明需求，同時又最大限度降低能耗的效果。景觀照明、泛光照明的所有控制模塊和傳感器通過KNX總線接入就近的KNX網(wǎng)絡，在中央控制計算機上建立圖形化界面，可通過控制中心遠程集中監(jiān)視和控制。全部過程由計算機自動控制，省去了大量的人力操作，增加了控制的準確性。在KNX配電箱內的控制模塊上，還帶有手動控制開關，可進行現(xiàn)場手動控制，便于緊急情況的處理及維護。通過這種控制方式，有效的減少電能的浪費，降低運行成本。

中央控制室：系統(tǒng)通過KNX/IP網(wǎng)關將KNX信號轉換成TCP/IP信號與計算機進行通信。計算機安裝編程軟件和監(jiān)控軟件。編程軟件用于給各元件編程，設置運用程序和控制功能，各元件編程完成后也可脫離計算機獨立運行。監(jiān)控軟件設置圖形化控制界面，直觀實時地反映出系統(tǒng)內全部受控回路的開關狀態(tài)，并對其進行開關或調光等各種操作。系統(tǒng)還提供Bacnet TCP/IP接口，供BA系統(tǒng)和IBMS系統(tǒng)集成，在中央控制計算機上還可實時顯示各照明回路電流、電能消耗、燈具累計運行時間、打印報表等，以供物業(yè)管理部門使用。

四、智能照明系統(tǒng)應用效果

1. 安裝便捷，節(jié)省線纜

傳統(tǒng)的照明布線，管線從配電箱引至開關，再由開關敷設至所控制的回路，當需要實現(xiàn)雙控時，線路更加復雜。采用了KNX智能照明系統(tǒng)后，KNX系統(tǒng)的各元件只需通過KNX總線連接，互相沒有線路和控制關系上的對應關系。開關面板僅需一根KNX總線連接，當需要實現(xiàn)雙控時，只需在總線上再并聯(lián)1個開關即可，線路安裝簡單省事。既節(jié)約了安裝時問，縮短了工期，又節(jié)省了大量大截面銅纜，降低工程投資。

2. 節(jié)約能源，降低運行管理費用

如何在滿足人們辦公和生活環(huán)境需要的前提下，最大限度地節(jié)約能源、節(jié)省人力并延長設備使用壽命，從而降低建筑的運行管理費用，是建筑管理者越來越關心的問題之一。智能照明系統(tǒng)使用了各種傳感器、定時器以及調光技術，整個系統(tǒng)可按照最經(jīng)濟有效的模式運行。在大多數(shù)情況下，大部分區(qū)域不需要把所有的燈全部打開或開到最亮，KNX智能照明系統(tǒng)能智能地關閉或調暗部分照明，保證只有在必須的時候才把燈打開，不但能最大限度地節(jié)約能源，還能減少燈具使用時間，延長燈具使用壽命，大大降低運行管理費用。

3. 實現(xiàn)多種照明場景及聯(lián)動控制

同一建筑在不同的照明場景下可呈現(xiàn)不同的效果，滿足人們不同的視覺要求。例如，室外景觀照明、泛光照明可預設為春夏秋冬四季變化、節(jié)假日模式、大型慶典模式等;會議室可預設為會議模式、投影模式、休息模式等，也可以使照明系統(tǒng)和投影、幕布、電動窗簾、空調等進行聯(lián)動，以營造出不同的氛圍和效果。

4. 提高管理水平，減少維護費用

KNX智能照明系統(tǒng)將普通照明手動的控制轉換成計算機的智能化管理，系統(tǒng)設置完成后即可按照預設的功能智能化運行。當需要人工干預時，僅需通過一個按鍵或者簡單的軟件操作就可以控制所有的燈關，既縮減了管理人員的數(shù)量，也降低了人為因素而引發(fā)故障的風險。

五、結束語

KNX智能照明系統(tǒng)具有多方面的優(yōu)越性，不僅安裝方便，減少工程投入，在改善光照環(huán)境，提高工作效率地同時，還能節(jié)約能源，降低運行管理費用，而且可方便的實現(xiàn)多種照明場景及聯(lián)動控制，提高建筑管理水平，減少維護費用和管理成本。據(jù)統(tǒng)計，使用KNX智能照明系統(tǒng)后，辦公樓節(jié)能效果能達到20%～50%，商場、酒店等商業(yè)建筑能達到 25%～30%，同時燈具使用壽命可延長2～3 倍。雖然增加了初期投資，但減少了大量的大截面電纜和穿管布線的工程量，降低了能耗和管理成本。據(jù)統(tǒng)計，用戶一般在2～3年內即可從節(jié)約的能耗上收回項目智能照明系統(tǒng)初期的總投資費用，效果令人滿意。因此，配置先進的照明控制系統(tǒng)，不僅可以大大簡化穿管布線的施工工程量，縮短工期，而且可以有效地節(jié)約能源，降低用戶運行成本，提高建筑管理水平，具有明顯的經(jīng)濟和社會意義。

基于KNX的開放性以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術的成熟，現(xiàn)在很多廠家也在探討將移動互聯(lián)網(wǎng)技術和KNX技術進行對接，以實現(xiàn)APP控制、微信小程序控制等更多的控制方式。在智能家居領域，KNX智能照明系統(tǒng)還可實現(xiàn)與家用電器、視頻監(jiān)控、防盜報警、智能門鎖等的整合，具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻：

【1】 施耐德電氣（中國）有限公司.KNX/EIB系統(tǒng)設計手冊[G].2014

【2】 章云，許錦標.建筑智能化系統(tǒng)[M].北京：清華大學出版社，2009

【3】 曾珞亞， 萬頻， 許錦標. EIB智能照明控制系統(tǒng)在校園中的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣， 2010， 1（3）：27-30+34.