淺談建筑照明系統(tǒng)的智能控制應(yīng)用

牛智遠

（天津創(chuàng)客方舟科技有限公司，天津 300113）

0 引言

我國正面臨著節(jié)能減排的巨大壓力，建筑照明系統(tǒng)是智能建筑的重要組成部分，同時占建筑能耗的比重最大。一直以來，“節(jié)能”都是智能家居系統(tǒng)重點考慮的因素。而作為節(jié)能的重要領(lǐng)域——建筑節(jié)能，也日漸成為了關(guān)乎智能家居行業(yè)發(fā)展的重中之重[1]。下面我們就研討建筑照明系統(tǒng)在智能樓宇的節(jié)能應(yīng)用，智能家居系統(tǒng)如何實現(xiàn)家居節(jié)能？

1 建筑照明系統(tǒng)的現(xiàn)狀

建筑照明研究重點是亮度、照度、均勻度、眩光、閃爍率和光譜分布等廣泛認同的照明環(huán)境評價指標。

建筑照明的節(jié)能不僅要考慮照度推薦值、功率密度推薦值、照明功率密度值、照度標準值，還要考慮單位照度、單位面積上的用電量（W/m2·lx），力求提高照度而降低用電量。

2 照明系統(tǒng)的自動控制

建筑照明系統(tǒng)經(jīng)歷了手動控制、自動控制和智能化控制三個發(fā)展階段。

照明系統(tǒng)自動控制中延時開關(guān)和聲光控延時開關(guān)現(xiàn)被大量使用，其沒有場景功能，無法實現(xiàn)自動控制，也無調(diào)光功能。

2.1 節(jié)能型辦公室照明的設(shè)計

照明節(jié)能設(shè)計涉及到照明節(jié)能光源、高效燈具的選擇、建筑電氣設(shè)計、照明自動控制、照明節(jié)能評估等。

① 首先科學選用電光源；

② 其次選擇發(fā)光效率高、壽命長的節(jié)能電光源，可節(jié)電50%，還可改善燈光的顯色性；

③ 選擇節(jié)電的照明電器配件；

④ 照明系統(tǒng)應(yīng)大力推廣照明節(jié)電控制裝置。

2.2 節(jié)能型辦公室照明的設(shè)計方法參考

建筑物的平均能效在40 Lm/W（參考）以上，還應(yīng)考慮照明設(shè)備的輸出功率、燈具效率和燈用電器的能效復(fù)雜多樣的變化。關(guān)鍵是照明燈具的設(shè)計，其次是與照明燈具相關(guān)的部件設(shè)計。

2.3 設(shè)計應(yīng)用舉例

建筑背景：一個小型的工業(yè)企業(yè)正在籌建的辦公室、生產(chǎn)車間和倉儲建筑物內(nèi)的普通照明能效計算。

假設(shè)某建筑物內(nèi)所有照明設(shè)備經(jīng)折算的總流明輸出量為410400，其總功率為7480W。可知該照明設(shè)備的平均能效為410400/7480=54.87 Lm/W，此值大于標準規(guī)定的40 Lm/W。

3 照明系統(tǒng)的智能控制

3.1 智能樓宇照明

3.1.1 發(fā)展照明的智能化控制的意義

① 實現(xiàn)照明控制智能化，提高管理水平，減少維護費用；

② 可觀的節(jié)能效果，經(jīng)濟的能耗、最舒適的照明；

③ 美化環(huán)境，用燈光點亮我們的生活；

④ 提高舒適度，提高工作效率；

⑤ 可以與其它系統(tǒng)聯(lián)動。

3.1.2 智能照明控制系統(tǒng)的功能

智能照明控制系統(tǒng)能對大多數(shù)燈具進行智能調(diào)光，通過全自動調(diào)光、科技與藝術(shù)相結(jié)合、對光的控制、光環(huán)境場景的智能轉(zhuǎn)換、節(jié)能、延長光源壽命的實施，給需要的地方、在需要的時間以充分的照明。采用智能照明控制一般可以節(jié)約30%左右的電能，從而用戶電費支出大為降低，同時也將降低供電壓力[2]。

3.1.3 智能照明主要控制的內(nèi)容

具有燈光亮度的全自動調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能，并能達到預(yù)定效果的特點。

實現(xiàn)應(yīng)急照明控制、時鐘控制、照度自動控制、區(qū)域場景控制、手動遙控器、應(yīng)急狀態(tài)減量控制和動靜探測控制等。

3.2 智能樓宇照明控制策略

照明控制策略是基于人使用燈的研究發(fā)展而來，包括晝光控制、時間表控制、局部光環(huán)境控制、按活動要求提供照明、引入自然光、降低照明負荷。

3.2.1 時間表控制策略

時間表控制策略通常有可預(yù)知時間表控制、不可預(yù)知時間表控制。

可預(yù)知時間表控制策略適用于普通辦公室、標準工作時制的辦公廠房等地方，通常采用定時控制方式實施。

而不可預(yù)知時間表控制策略適用于會議室、檔案室等地方，通常采用人體活動感應(yīng)開關(guān)控制方式等。

3.2.2 局部光環(huán)境控制策略

按個人要求來調(diào)整光照，當前通過遙控技術(shù)可實現(xiàn)局部光環(huán)境控制。

3.2.3 按活動要求提供照明的控制策略

該策略主要突出空間層次感，同時也可節(jié)約能源。

3.2.4 引入自然光的控制策略

引入自然光的控制策略需要考慮樓宇的朝向等因素，盡可能減少人工照明的使用，可節(jié)約部分能源。

3.2.5 降低照明負荷的控制策略

降低照明負荷的控制策略應(yīng)用一種連續(xù)能量管理系統(tǒng)，致使人們視覺有極不適應(yīng)感[3]。

3.3 智能樓宇照明控制系統(tǒng)設(shè)計

隨著現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代控制技術(shù)、信息控制技術(shù)、計算機技術(shù)得到全面的普及和推廣，以適應(yīng)不同建筑群結(jié)構(gòu)布局，各種各樣照明燈具（照明器）的選配，增強了照明設(shè)計的效果，奠定了智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展空間，照明控制也為綠色照明工程的實施具有特別的意義。

3.3.1 現(xiàn)代化高層辦公大樓照明的特點

現(xiàn)代辦公室照明在視覺環(huán)境方面應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

①選取適宜的照度；

②減輕光源眩光（直接眩光或反射眩光）的影響；

③選擇室內(nèi)裝飾和光源的匹配顯色性；

④室內(nèi)亮度的空間合理布置；

⑤重視建筑空間環(huán)境設(shè)計。

3.3.2 智能照明控制系統(tǒng)的組成和特點

智能照明控制系統(tǒng)通常采用“模塊化結(jié)構(gòu)”和“分布式控制”方式。

（1）智能照明控制系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)

智能照明控制系統(tǒng)通常由調(diào)光模塊、控制面板（終端控制器）、智能傳感器、智能開關(guān)控制器、PC機和其他部件組成，將上述各種具備獨立功能的控制器件相互組合形成控制網(wǎng)絡(luò)。

（2）智能照明控制系統(tǒng)的分布式控制

分布式照明控制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?？伸`活地隨照明系統(tǒng)的大小而改變。此網(wǎng)絡(luò)通過對網(wǎng)橋編程和設(shè)置，經(jīng)相關(guān)協(xié)議（如DALI開放系統(tǒng)、TCP/IP協(xié)議族、HBS家庭總線系統(tǒng)、EIB、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和電力線載波系統(tǒng)）使得各子網(wǎng)和主干網(wǎng)之間有機地聯(lián)接起來，實現(xiàn)信息流通、信號處理（整形、增強和調(diào)節(jié)）及傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而提升了大型照明控制網(wǎng)絡(luò)工作的可靠性。

3.3.3 辦公樓智能照明控制系統(tǒng)的方案分區(qū)域基本功能說明詳見表1。

表1 分區(qū)域基本功能說明

3.3.4 智能照明控制系統(tǒng)實施效果

（1）照明控制的智能化應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動狀態(tài)可靠運行，其控制系統(tǒng)將按預(yù)先的設(shè)定（如時間）自動地切換成若干個基本的工作狀態(tài)，達到各種工作狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換。

（2）改善工作環(huán)境，提高工作效率

智能照明控制系統(tǒng)有效地控制房間內(nèi)整體的照度值，提高照度均勻性。

（3）照度的一致性

智能照明控制系統(tǒng)滿足人們視覺上舒適性，多種的智能調(diào)光控制方案使同一建筑物保持恒定的照度；若照明器效率降低和墻面變化呈現(xiàn)反射系數(shù)衰減時，預(yù)置的照度值也將隨之改變[4]，致使建筑物更加生動，藝術(shù)性更強，給人豐富的視覺效果和美感。

（4）可觀的節(jié)能效果

智能照明控制系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)光照度，以保持辦公室恒定的標準照度。

（5）延長燈具使用壽命

智能照明控制系統(tǒng)引入現(xiàn)代電力電子技術(shù)（如軟啟動、軟關(guān)斷技術(shù)），快速地抑制電力網(wǎng)的沖擊電壓和浪涌電壓的影響，光源可免遭沖擊，使用壽命得以延長。

（6）提高管理水平，減少維護費用

目前智能照明控制系統(tǒng)普遍以模塊化結(jié)構(gòu)的自動控制為主體，手動控制作為輔助，縮減照明設(shè)備的維修量，其各種預(yù)置場景的參數(shù)存儲在只讀存儲器PROM或E2PROM之中，照明控制可以“一鍵觸發(fā)”效應(yīng)，從而建筑物照明實現(xiàn)遠程遙控調(diào)度管理和設(shè)備的維護。

綜上所述，智能照明控制系統(tǒng)不僅滿足智能化設(shè)計要求，加快了一次性設(shè)備投資回收期限，可降低運行費用，具有良好節(jié)能效果和延長燈具壽命的優(yōu)越性；還省去大量配電控制設(shè)備投資和布線敷設(shè)工作量。

4 智能家居

智能家居也稱為智能住宅，智能家居可理解為智能和家居，通過光纖復(fù)合電纜入戶將與家居生活各種子系統(tǒng)有機地相互聯(lián)接，在家庭內(nèi)部達成資源共享和聯(lián)網(wǎng)通信，并在家庭外部實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息交換。

與普通家居相比，智能家居除了居住功能以外，倡導(dǎo)全方位的信息交互功能暢通，優(yōu)化人們舒適、安全、便利、環(huán)保的生活方式，甚至減少能耗。

4.1 智能家居的構(gòu)成

家庭住戶通過智能家電的組網(wǎng)、電力光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)進行通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。家用電器通過智能終端、智能插座等方式將用電信息進行自動地采集、分析、監(jiān)控及管理，達到智能家居的家電經(jīng)濟運行監(jiān)管和節(jié)能控制[5]。

4.2 智能家居照明

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大大加快智慧城市建設(shè)步伐，推動智能照明行業(yè)迅速發(fā)展，眾多燈具組成智慧網(wǎng)絡(luò)，達到物聯(lián)網(wǎng)“物物聯(lián)網(wǎng)”的構(gòu)想。智能照明憑借安全節(jié)能、智能控制、個性化、人性化設(shè)計等特點，在城市照明領(lǐng)域、公共照明領(lǐng)域、家居領(lǐng)域、辦公領(lǐng)域及公共設(shè)施等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。智能照明在智能家居系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，是智能家居系統(tǒng)不可或缺的一部分。引入智能照明的家庭環(huán)境不僅能便利生活、節(jié)約能源，還能提升我們的睡眠質(zhì)量，增加我們的生活情調(diào)。

智能照明在室內(nèi)照明領(lǐng)域中的應(yīng)用，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，各行業(yè)正掀起一輪“智造升級”，提升產(chǎn)品的智能化水平，以適應(yīng)信息時代的發(fā)展需求。在此趨勢下，智能照明行業(yè)將迎來發(fā)展良機，前景一片光明。

5 建筑照明的節(jié)能管控

照明能耗在建筑群總能耗中至關(guān)重要，因此在節(jié)能方面有明顯的效果。

建筑與照明節(jié)能相結(jié)合的原則為：①建筑物平面、剖面尺寸間的影響；②房間內(nèi)各表面裝修的影響；③積極地充分利用天然光，以節(jié)約電能。

照明節(jié)能管理時，首先依據(jù)各照明區(qū)域的位置、特征、運行要求、控制模式等來編撰照明管理程序文件。體現(xiàn)在以下方面：

①樓層公共照明（走廊、衛(wèi)生間、電梯廳、樓梯）運行節(jié)能管理；

②辦公室照明運行節(jié)能管理；

③會議室照明運行節(jié)能管理；

④大堂/禮堂照明運行節(jié)能管理。

6 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展生活水平的提高，建筑照明的智能控制如雨后春筍，方興未艾。智能照明自20世紀90年代進入我國市場，其發(fā)展趨勢為智能照明的重要目標是以人為本的照明，合適的連接是智能照明的第一步，可升級是智能照明的必不可少的一步，可服務(wù)可運營是智能照明系統(tǒng)的核心，智能照明向智慧照明的跨越發(fā)展。

當前我國“節(jié)能減排”的任務(wù)壓力很大，在電力供應(yīng)緊張情況下，需要從我做起，節(jié)約每一度電。企事業(yè)單位要加強管理，制定切實可行的節(jié)能措施，確保我國“節(jié)能減排”任務(wù)的落實。