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淺析智能照明控制系統(tǒng)在綠色建筑中的應(yīng)用

更新時間：2023-06-21點擊次數(shù)：287

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：新時期，建筑行業(yè)高速發(fā)展，在信息化背景下，建筑功能逐漸拓展，呈現(xiàn)了智能化的發(fā)展態(tài)勢。智能建筑更加高效、安全、節(jié)能、環(huán)保，也符合綠色建筑理念。在建筑智能化發(fā)展背景下，智能照明系統(tǒng)受到了各界的高度重視。智能照明系統(tǒng)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能滿足人們的生活和工作需求，而且還具有節(jié)能、安全的特點。為此，在智能建筑設(shè)計中，要關(guān)注智能照明系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，提高建筑照明效果，文章對此進行研究。

【關(guān)鍵字】：智能照明；智能建筑；應(yīng)急照明

0 引言

智能建筑具有信息化管理、公共安全、設(shè)備管理等功能，將系統(tǒng)和服務(wù)、管理等合為一體，從而提高人們的居住環(huán)境質(zhì)量。在智能建筑發(fā)展過程中，要結(jié)合我國國情，融入可持續(xù)發(fā)展理念，充分發(fā)揮智能建筑的節(jié)能環(huán)保性、先進性、可持續(xù)性等優(yōu)勢，不斷完善建筑功能。

我國社會經(jīng)濟持續(xù)增長，推動了智能化行業(yè)發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大，智能化技術(shù)也不斷進步。未來，我國的智能建筑市場會越來越大，發(fā)展前景廣闊，發(fā)展智能照明系統(tǒng)，可以促進智能建筑的進一步發(fā)展。

1 智能照明系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

智能照明系統(tǒng)是傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化升級，是一個具有多置電源開關(guān)的多控電路系統(tǒng)，能夠簡化安裝和操作流程。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)不同，智能照明系統(tǒng)能夠利用系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)對燈光的即時控制，還能夠運用豐富的照明燈具滿足多場景的照明需求，為人們帶來更好的生活體驗。

當(dāng)前，智能照明系統(tǒng)的研究主要圍繞節(jié)能和舒適來展開，更加注重用戶的使用感受和建筑應(yīng)用場景，能夠利用各類優(yōu)化算法來實現(xiàn)照明的智能化，是相關(guān)行業(yè)智能化升級的成果。其中，在節(jié)能方面，研究集中在人工照明的控制方式上，如通過各種傳感器，建立更加準(zhǔn)確的室內(nèi)光照模型，通過各種優(yōu)化算法進行良好的光照組合。這些研究都還停留在模擬階段，需要在以后的實驗中建立更加準(zhǔn)確的模型。通過收集用戶信息的方式，建立模型控制照明系統(tǒng)，同時通過云計算平臺增強各個協(xié)議的兼容性，利用智能照明系統(tǒng)和智能家居等應(yīng)用軟件建設(shè)智慧云端平臺，進而為社會可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

2??智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能照明系統(tǒng)是一個集中了管理器、主干線、信息接口等的網(wǎng)絡(luò)，可以對各個區(qū)域進行統(tǒng)一控制和信號取樣。智能照明系統(tǒng)包括照明模塊、傳感模塊和控制模塊等部件，主系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間采用信息接口等部件進行通信。

2.1照明模塊

照明模塊的主要組成是LED。LED驅(qū)動方式相對簡單、反應(yīng)迅速、使用壽命不會因為經(jīng)常的調(diào)整而受到影響、功率消耗很小、能源效率很高，而且不存在水銀污染，能夠降低對環(huán)境的危害。

LED調(diào)光目前有兩種方法，一種是模擬調(diào)整法，一種是PWM調(diào)光法，PWM調(diào)光法相對于模擬調(diào)整法有良好的應(yīng)用前景。對LED驅(qū)動系統(tǒng)及其電路的研究主要集中在提高調(diào)光的精度、效率和減少電路的復(fù)雜程度，可以為集成傳感器的反饋和智能控制算法的建立奠定基礎(chǔ)。

2.2傳感模塊

傳感模塊主要用于向智能照明系統(tǒng)提供環(huán)境信息，從而降低照明能耗、提高視覺舒適度、調(diào)節(jié)人體生理節(jié)律等。智能照明系統(tǒng)需要提升對室內(nèi)人員感知的靈活性，根據(jù)使用者的具體位置，調(diào)節(jié)使用者所處區(qū)域的照明，并關(guān)閉無人區(qū)域內(nèi)的照明設(shè)備。另外，智能照明系統(tǒng)需要根據(jù)自然光線調(diào)整光源的亮度，這需要利用光電探測器。

當(dāng)前，利用傳感設(shè)備的空間位置和周圍目標(biāo)的反射效應(yīng)建立感應(yīng)器的反射量是國內(nèi)外研究的熱點。除了對周圍環(huán)境的感知，研究的重點還集中在感知人類的身體和心理上，利用智能手環(huán)、手表等傳感設(shè)備能夠感知使用者的身體狀況。

2.3控制模塊

控制模塊的控制系統(tǒng)分為集中式、分散式和分布式三類。其中，集中式控制系統(tǒng)的組成包括1個中心控制器，負(fù)責(zé)處理各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測量結(jié)果對各個照明設(shè)備發(fā)出調(diào)整命令。在分散式控制系統(tǒng)中，各燈具除了具有燈源和驅(qū)動電路，還具有獨立的傳感和控制模塊，可以根據(jù)傳感器的讀數(shù)進行調(diào)整，但是不能與其他燈進行通信。分布式控制系統(tǒng)各照明設(shè)備之間具有通信功能，各照明設(shè)備既是執(zhí)行設(shè)備，也是控制設(shè)備。

智能照明系統(tǒng)通常采用分散式或分布式的結(jié)構(gòu)，即各個單元的燈光調(diào)節(jié)相對獨立，并通過中央控制臺和信息接口連接到建筑智能化管理系統(tǒng)。對比分散式與分布式控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)分散式系統(tǒng)中不同光源間沒有通信能力，在受陽光或周圍環(huán)境影響時，存在局部地區(qū)光照不足的問題，這種情況可以通過增加通信模塊的方式改進。這樣一來，光源可以接收來自其他照明設(shè)備的多種信息，從而確定相鄰燈具的運行狀態(tài)，進而調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的可靠性。

3??智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用策略

智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛，無論是道路照明、隧道照明、樓宇自動化照明還是家居照明，都離不開智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用。在智能建筑中應(yīng)用智能照明系統(tǒng)時，可以按分區(qū)和按照職能劃分受控目標(biāo)。

按分區(qū)劃分。是指將受控目標(biāo)按照建筑結(jié)構(gòu)劃分，然后統(tǒng)計受控目標(biāo)的數(shù)量、總體運行狀況、控制參數(shù)、通信需求等，以便為控制對象的集中控制和系統(tǒng)整合提供參考。

按照職能劃分。是指根據(jù)監(jiān)測需求，將受控目標(biāo)分為不同類別。照明系統(tǒng)按照功能可以分為工作照明、事故照明、藝術(shù)照明、障礙照明等，可針對區(qū)域特征采用區(qū)域燈光控制、調(diào)光控制、時鐘控制、場景控制、光線感應(yīng)設(shè)置、移動感應(yīng)設(shè)置等方式。劃分受控目標(biāo)，可以為控制方式、控制深度、控制精度、控制費用的設(shè)置提供基本根據(jù)。

在建筑工程照明設(shè)計中，需要根據(jù)不同的受控目標(biāo)，即各個功能區(qū)域的照明特性，采用不同的環(huán)路控制模式。對于建筑內(nèi)不需要太多功能、不需要人員進出的地方，可以使用簡單的電路進行控制，這樣的控制方式僅需要調(diào)整照明模塊和控制模塊即可實現(xiàn)照明回路的自動開閉；在建筑的走道、電梯廳等公共區(qū)域，除了要設(shè)計簡單的控制電路，還要設(shè)計照明的自動開關(guān)，增加動探測器、靜探測器、智能探測器等電子元器件，并利用調(diào)光模塊、控制模塊、傳感模塊，對各個區(qū)域不同工況下的燈具進行自動控制；對于某些功能要求較高的建筑區(qū)域，如展廳、報告廳、會議中心、多功能廳等，不但要設(shè)計簡單的控制電路，而且要根據(jù)照明時間、用途和效果，使用不同的預(yù)先設(shè)定的場景控制模式。

4 智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的實際應(yīng)用

4.1 在不同類型建筑中的應(yīng)用

4.1.1 在酒店建筑中的應(yīng)用

智能照明系統(tǒng)在酒店建筑中的應(yīng)用類型較豐富，包括室內(nèi)智能照明系統(tǒng)（見圖 1）、舞臺智能照明系統(tǒng)、多媒體智能照明系統(tǒng)等。在酒店照明中，藝術(shù)照明占有較大的比例，選擇合理舒適的照明亮度和光源分布是照明設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。類型豐富的照明系統(tǒng)能夠滿足酒店的多場景需要，且具有調(diào)光一致性好、光精確度高、穩(wěn)定性強、功能完善、使用壽命長的特點，可以利用先進的智能控制技術(shù)實現(xiàn)燈具工作狀態(tài)的檢測和現(xiàn)場的實景調(diào)光。

4.1.2 在民用建筑中的應(yīng)用

智能照明系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于民用建筑中，需要能夠根據(jù)時間、照明用途對照明開關(guān)和照明亮度進行自動控制，實現(xiàn)民用建筑的人性化管理和智慧化照明，并起到一定的節(jié)能效果。民用建筑中的智能照明系統(tǒng)一般由調(diào)光模塊、開關(guān)、輸入模塊、人機互動界面和智能傳感器等部分組成，可以在降低能耗的同時為用戶帶來更好的照明體驗。相關(guān)研究表明，智能照明系統(tǒng)能夠為民用建筑用戶節(jié)約較大的電能消耗，減輕用電峰谷給電力供應(yīng)帶來的壓力。還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑夜景的遠(yuǎn)程智能控制和樓宇夜景的智能化管理，可以根據(jù)不同的情景設(shè)定對應(yīng)的景觀模式，在保障民用建筑夜景運維管理安全性和穩(wěn)定性的同時，提升居民的生活質(zhì)量。

4.1.3 在教學(xué)建筑中的應(yīng)用

教學(xué)建筑人員密集，集教學(xué)、生活等多功能于一體，能源消耗較大。傳統(tǒng)的高等院校照明系統(tǒng)的設(shè)計和管理較為落后，普遍存在著燈具壽命短、線路老化和舒適性低的特征，為了緩解能源供缺矛盾，改善能源不足的現(xiàn)狀，提高各高校教室的照明效率，結(jié)合先進的智能化技術(shù)是當(dāng)前行業(yè)的必然選擇。將智能照明系統(tǒng)應(yīng)用在高校教室中，能夠通過智能化技術(shù)調(diào)節(jié)光照的強度和色度，減少不良光線對學(xué)生的視覺刺激，保護其視力免受影響。智能照明系統(tǒng)能夠自主判斷教室和外界的光照情況，通過控制器對信號的處理來調(diào)節(jié)照明燈具的亮度，在保證學(xué)生良好的學(xué)習(xí)環(huán)境的同時，減少能源的消耗。智能照明系統(tǒng)還是智能化教學(xué)的重要組成部分，能夠和其他控制系統(tǒng)相連，組成高覆蓋、廣分布的智能網(wǎng)絡(luò)。

4.1.4 在地鐵車站中的應(yīng)用

智能照明系統(tǒng)還被應(yīng)用于地鐵車站，不僅能夠提高車站的智能化程度和車站照明系統(tǒng)的管理效率，還能減少相關(guān)的能源消耗，降低照明系統(tǒng)的運行和維護成本。地鐵車站能夠按照功能劃分為多個不同的功能區(qū)域，如公共區(qū)域、出入口區(qū)域和設(shè)備區(qū)域等，不同的空間環(huán)境有著不同的照明需求，只有應(yīng)用智能照明系統(tǒng)才能滿足多樣的照明需求 。

4.2 在建筑應(yīng)急照明中的應(yīng)用

應(yīng)用智能照明系統(tǒng)進行應(yīng)急照明時要注意通過智能照明系統(tǒng)準(zhǔn)確定位火災(zāi)位置和影響區(qū)域，以便快速確定疏散逃生的方向。消防救援人員在獲得準(zhǔn)確的位置信息后，需要合理設(shè)計可靠的救援方案組織救援，以*大化減少災(zāi)害損失。在火災(zāi)發(fā)生后，煙霧會影響人的正常視線，普通的照明光源穿透性不好，無法發(fā)揮引導(dǎo)指示作用，而應(yīng)急專用照明光源穿透性強，在煙霧干擾下能發(fā)揮較好的指示作用，再加上語音指令配合，能發(fā)揮良好的疏導(dǎo)作用。受困人員要根據(jù)疏散光源指示和語音提示做出準(zhǔn)確判斷。在消防警報啟動后，語音提示系統(tǒng)會

提醒受困人員盡快離開電梯、自動扶梯等設(shè)施，因為消防噴淋設(shè)施啟動后會自動切斷非消防用電源，留在電梯等設(shè)施內(nèi)會被困住或造成觸電等次生危害。應(yīng)急照明電源一般分為自帶蓄電池的和集中供電的類型。采用自帶蓄電池電源時要注意日常維護，而集中供電電源的安裝線路比較復(fù)雜，安裝成本較高，采用哪種電源可以根據(jù)實際條件自主選擇 。

5安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

5.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標(biāo)的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認(rèn)時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當(dāng)上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設(shè)備選型

名稱

型號

功能

備注

安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

ALIBUS

可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機系統(tǒng)、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現(xiàn)靈活多樣的智能化控制


名稱

型號

上行

下行

外形尺寸

備注

智能通信管理機

Anet-1E1S1

1路以太網(wǎng)

1路RS485

140*90*50


智能通信管理機

Anet-1E2S1

1路以太網(wǎng)

1路RS485

140*90*50


智能通信管理機

Anet-2E4S1

2路以太網(wǎng)

4路RS485

168*113*54


智能通信管理機

Anet-2E8S1

2路以太網(wǎng)

8路RS485

168*113*54


名稱

型號

負(fù)載電流

安裝方式

外形尺寸

備注

4路開關(guān)驅(qū)動器

ASL220Z-S4/16

16A

導(dǎo)軌式

144*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

8路開關(guān)驅(qū)動器

AS220Z-S8/16

16A

導(dǎo)軌式

216*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

12路開關(guān)驅(qū)動器

ASL220Z-S12/16

16A

導(dǎo)軌式

288*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

16路開關(guān)驅(qū)動器

ASL220Z-S16/16

16A

導(dǎo)軌式

360*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.電流檢測

6.定時控制

8路調(diào)光驅(qū)動器

ASL220Z-SD8/16

16A

導(dǎo)軌式

360*90*70

1.控制火線

2.每回路額定電流16A

3.磁保持繼電器

4.延時控制

5.0-10V調(diào)光

名稱

型號

性能

安裝方式

外形尺寸

備注

紅外感應(yīng)傳感器

ASL220-PM/T

3-5m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微波感應(yīng)傳感器

ASL220-RM/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微動感應(yīng)傳感器

ASL220-PR/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

IP網(wǎng)關(guān)

ASL200-485-IP

ALIBUSnet/IP

導(dǎo)軌式

14*28*39

系統(tǒng)組網(wǎng)元件

監(jiān)控軟件接口設(shè)備

1聯(lián)2鍵智能面板

ASL220-F1/2

2組控制指令

86盒

86*24*86

開關(guān)

調(diào)光

場景

2聯(lián)4鍵智能面板

ASL220-F2/4

4組控制指令

86盒

86*24*86

3聯(lián)6鍵智能面板

ASL220-F3/6

6組控制指令

86盒

86*24*86

4聯(lián)8鍵智能面板

ASL220-F4/8

8組控制指令

86盒

86*24*86

6

結(jié)束語

總而言之，現(xiàn)在，智能照明控制系統(tǒng)在應(yīng)用范圍方面非常廣，在建筑領(lǐng)域中，無論是在室內(nèi)還是在室外都能夠進行應(yīng)用。智能照明控制系統(tǒng)可以在辦公樓中進行使用，也可以在娛樂場所中進行應(yīng)用。智能照明系統(tǒng)在進行應(yīng)用的時候表現(xiàn)出來了很多的優(yōu)點，這樣也能更好的滿足用戶的不同需求，同時也能更好的促進智能建筑得到更好的發(fā)展。


參考文獻

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作者簡介：吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)領(lǐng)域。