淺談智能照明控制系統應用與節能分析
發布時間：2023-02-13瀏覽次數：860返回列表
摘要：
文章分析了在現代建筑工程中智能照明控制系統所具有的優越性，并對如何解決該技術在實際應用中遇到的問題提出了看法與建議。
關鍵詞：智能照明 控制系統 應用節能
引言
隨著人們的物質和精神生活水平不斷提高，對生活的追求向著舒適、安全、高效和節能的方向發展，對建筑照明技術的要求也越來越高。新興的“智能照明”技術是現代計算機技術、控制技術、通信技術與建筑照明技術的有機結合，與傳統照明技術相比在各方面均具有優越性。但是，該技術在實際運用和推廣中存在一些問題。筆者在此分析智能照明控制系統的優勢，討論實際應用中存在的問題。
一、智能照明控制系統概述
所謂智能照明控制，即將照明范圍劃分為若干區域，然后根據某一區域的功能用途、不同的時間段、室內外亮度要求來自動控制照明設備，從而實現集中管理、統一監控的目的。該系統不僅可以實現環境照度控制和照明節能控制，還可以預設許多燈光場景，從而根據時間、場所的功能和室內外照度來自動調整場景。
1．控制原理和系統組成
智能照明控制系統采用集中控制和管理與分散執行的方式，配置中央監控中心和智能控制照明柜。中央監控中心有控制計算機、主通信控制器等設備，用于對整個系統進行控制和管理。通過網絡將控制命令與各智能控制柜的可編程控制器進行通信聯絡，同時接收來自智能控制柜內可編程控制器的自動、手動工作狀態及燈具的開、關狀態，并能對異常情況采取處理措施。該系統由輸入單元(包括輸入開關、場景開關、觸摸屏、亮度傳感器、紅外傳感器等)、輸出單元(包括智能繼電器、智能調光器模擬輸出)、系統單元(包括系統電源、系統時鐘、網絡通訊線)三部分組成(如圖)。
通過計算機主機可編程設計出各種不同的照明方案。每一個輸入、輸出單元設置地址并用軟件設定其功能。輸入單元為安全電壓。輸入信號在通訊網絡上傳輸，所有的輸出單元接收信號并作出判斷，控制相應的輸出回路。系統中的每個單元均內設微處理器(CPU)和數據存儲器(EEPROM)。所有的系統參數被分別存儲在各個單元中，即使系統斷電或某一單元損壞，也不會影響其它單元的正常使用。
2.控制范圍與功能
智能照明系統可對白熾燈、日光燈(專用鎮流器)、節能燈、石英燈等多種光源調光，滿足各種環境對照明的要求。適用范圍有：大型公共建筑，如會展中心、航站樓、客運站、體育場館、大型商場等；博物館、美術館、圖書館等文化建筑和教學建筑；星級酒店和高檔寫字樓的宴會廳、多功能廳、會議室、大堂、走道等場所。通過采用智能照明系統，可實現以下控制功能：
(1)時鐘控制：通過時間設定實現各照明區域的不同控制。
(2)調光控制：通過照度探測器和調光模塊，達到各區域照度值始終在預先設定值范圍。
(3)區域場景控制：通過控制面板和調光模塊，實現各照明區域的場景切換控制；
(4)動靜探測控制：通過動靜探測器和調光所關模塊，實現各照明區域的自動開關控制。
(5)手動遙控器控制；通過紅外線遙控器，實現在正常狀態下各區域內的照明燈具的手動控制和區域場景控制。
(6)應急照明控制：系統對特殊區域內的應急照明所執行的控制。
二、智能照明控制系統所具有的優越性
與其他照明控制方式相比，采用智能照明控制系統的優勢主要有以下幾點。
1．節能效果良好
節約能源是采用智能照明系統的主要目的和重要優勢。該系統采取定時、分組、減光、自動感應等控制方式，做到實時控制而不僅是“定時開關”控制，很大限度地節能。一個設計合理、管理良好的系統照明節能可達30％左右。
下面以某辦公大樓為例來看智能照明控制系統應用的節能效果。
該辦公大樓采用智能照明控制系統后，將按預先設置切換各種工作狀態，例如“白天”、“晚上”、“安全”、“清潔”、“周末”等場景，并根據預設定的時間自動地在各種工作狀態之間轉換。當上班時間來臨時，系統自動將燈打開，光照度會自動調節到合適的強度。在靠窗的房間，系統會智能地利用室外自然光。室內燈光會根據天氣情況自動調暗或調亮，以保持室內一定的亮度。當一天結束時，系統將自動進入晚上工作狀態，自動地調暗各區域的燈光。同時，系統會自動關掉無人的辦公室燈光，并保證有員工加班的辦公區燈光處于合適的亮度；只有當所有辦公區的人走完后，才將燈調到“安全”狀態或關掉。此外，還可利用手動控制面板或遙控器隨意改變各區域的光照度。對于高級辦公大樓的接待大廳、餐廳、會議室，休息室和娛樂場所，則可根據一天中的不同時間，不同用途進行燈光的場景預設置。該系統不僅能給工作人員提供舒適的環境，還保證只有需要的時候才把燈點亮，或點到要求的亮度，從而大大降低了大樓的能耗。
2.延長光源壽命
光源損壞的重要原因是電網電壓的波動。智能照明系統具備限電壓和軛流濾波等功能，能抑制電網的浪涌電壓。采用軟啟動、軟關斷技術，避免了過電壓、欠電壓及沖擊電壓對光源的損害，通常能使光源壽命延長2—4倍。
3.提高工作環境的舒適性.
智能照明系統采取照度感應、減光等控制方式，可按不同場所設定照度，使照度控制在舒適的范圍內。避免隨著時間的推移，因光源效率和墻面反射率的下降而引起的建筑物在使用期的照度不一致，同時避免因頻閃效應而導致人體眼睛疲勞。
4．維護管理方便
該系統以模塊式自動控制為主、手動控制為輔的控制方式滿足了既能分散控制又能集中控制的集散管理要求，給運行、維護、管理提供了方便。由于操作和維護的工作量減少，可同時減少物業管理的人員配備。
5．擴展性好
智能照明控制系統的規模可靈活地隨著照明系統的大小而改變，可小到一個房間，大到整幢大廈。該系統支持自由拓撲網絡結構，在任何時候需要擴充，不必改原有線路，只需將增加的模塊用數據線接入原有網絡，通過程序修改進行重新配置便可
6．安全性高
人體接觸到的現場控制面板不是AC220V電壓，而是安全的低電壓。
三、實際應用中存在的問題
根據以上分析，在建筑工程中采用智能照明控制系統具有節能、舒適、高效和安全的顯著優點，就當前技術而言，實現整個建筑物照明系統的智能控制也是可行的。但在實際應用中卻存在一些困惑和矛盾，使該項技術的推廣有一定難度。
問題一：在智能建筑照明系統設計中有常規照明控制、樓宇自動化系統(BAS)照明監控、智能照明系統控制等控制方式，但目前不少業主包括一些設計人員在內，對BAS與智能照明控制系統的區別認識不足。
為了說明兩者的區別，現將智能照明控制系統與BAS進行比較。首先，從系統功能上看，智能照明控制系統具有開關控制、人體傳感器感應控制、調光控制、多種模式場景控制等功能，其應用軟件是針對照明控制而開發的，軟件功能豐富，控制靈活方便，管理維護方便快捷；而BAS采用開關控制或傳感器感應控制，其應用軟件是針對空調設備的控制開發的，照明控制只是附帶功能，因此功能單一。其次，從控制方式上看，前者可實現集中控制，也可通過現場面板控制，遙控器控制，觸摸屏控制，控制方式多樣，而后者只能進行集中控制，不能現場控制，控制方式不夠靈活。后，從節能效果上看，前者采用多種控制方式，節能可達30％以上，而后者由于實行定時開關控制，節能有限。
在實際應用中，應根據工程實際情況及建筑的功能需求而選擇方案。
1)對于業主單一的建筑，建筑功能和使用要求明確，系統安裝管理方便，采用智能照明系統是較佳的選擇。
2)對于業主構成復雜的建筑，特別是業主根據自身的要求對房屋進行二次裝修的，其安裝、控制和管理較難，可將照明系統的公共區域納入BAS之中，實現照明系統的部分智能化管理控制，其他部分采用傳統的開關控制模式。
3)對公用建筑內為客戶服務的公共區域，如(多媒體)會議室、展廳、多功能廳、大堂等，這些區域往往需要調光控制以及場景控制，采用的智能照明系統是較好的選擇。但這些區域往往又集中在大樓的裙樓部分，此部分公共區域一般只需開關控制。
因此，通過對經濟性、安裝與管理的方便性進行綜合比較后，再確定是歸入智能照明系統還是納入BAS中的照明監控系統。
問題二：與傳統照明控制方式相比，在建筑工程中采用智能照明控制系統初投資較大。而對于大部分建筑來說，系統的投資者是開發商，受益者是購買或租賃的業主，除非開發商能從銷售中得到利益，否則不愿做多的投資。
下面從經濟學角度對項目進行“全壽命”成本分析。全壽命成本=建設成本十使用(營運)成本十維護成本智能照明系統雖然建設成本較之傳統照明控制方式為高，但由于使用多種照明控制手段，減少了不必要的耗電開支，比傳統控制方式節電量大大提高，不但使用(營運)成本降低，同時也降低了相當的運行維護成本。例如，某發達地區從節電和運行維護費用這兩項做過一個估算，得出這樣一個結論：用三至五年的時間，業主就可基本收回智能照明控制系統所增加的全部費用。而智能照明控制系統可改善環境，提高員工工作效率以及減少維修和管理費用等，又可節省一筆可觀的費用。過多強調建設成本而忽略使用(營運)成本和維護成本是導致智能照明控制系統不能順利推廣的重要原因。要改變這種做法，傳輸“全壽命”成本的概念，還需要行業的交流與政府較大的推動力度。
四、安科瑞智能照明控制系統解決方案
1概述
數據中心人流較少，面積大，機房多，合理使用照明控制系統，通過感應控制做到人來燈亮，人走燈滅或保持地強度照明，盡量解決照明用電。
系統在配電箱內的模塊主要有總線電源、開關驅動器、IP網關、耦合器、干接點輸入模塊等。這些模塊使用35mm標準導軌安裝。
安裝在控制現場的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經過可以設定紅外感應控制亮燈，人離開后在設定的時間內熄燈，智能面板等手動控制設備，可實現自動控制、現場控制和值班室遠程控制相結合。
五、結束語
綠色照明已經正式列入國家計劃，終端節能優先的觀念已經深入人心；智能照明控制是節約能耗及提高物業管理水平、體現現代化生活方式與優化工作環境的有效手段。在不久的將來，智能照明將取代普通照明，各種優越性必然會得到充分的體現。
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【4】羊梅，智能照明控制系統應用分析。
【5】安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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