浅谈建筑照明系统的智能控制应用

2022-01-17牛智远

电子元器件与信息技术 2021年10期

牛智远

（天津创客方舟科技有限公司，天津 300113）

0 引言

我国正面临着节能减排的巨大压力，建筑照明系统是智能建筑的重要组成部分，同时占建筑能耗的比重最大。一直以来，“节能”都是智能家居系统重点考虑的因素。而作为节能的重要领域——建筑节能，也日渐成为了关乎智能家居行业发展的重中之重[1]。下面我们就研讨建筑照明系统在智能楼宇的节能应用，智能家居系统如何实现家居节能？

1 建筑照明系统的现状

建筑照明研究重点是亮度、照度、均匀度、眩光、闪烁率和光谱分布等广泛认同的照明环境评价指标。

建筑照明的节能不仅要考虑照度推荐值、功率密度推荐值、照明功率密度值、照度标准值，还要考虑单位照度、单位面积上的用电量（W/m2·lx），力求提高照度而降低用电量。

2 照明系统的自动控制

建筑照明系统经历了手动控制、自动控制和智能化控制三个发展阶段。

照明系统自动控制中延时开关和声光控延时开关现被大量使用，其没有场景功能，无法实现自动控制，也无调光功能。

2.1 节能型办公室照明的设计

照明节能设计涉及到照明节能光源、高效灯具的选择、建筑电气设计、照明自动控制、照明节能评估等。

① 首先科学选用电光源；

② 其次选择发光效率高、寿命长的节能电光源，可节电50%，还可改善灯光的显色性；

③ 选择节电的照明电器配件；

④ 照明系统应大力推广照明节电控制装置。

2.2 节能型办公室照明的设计方法参考

建筑物的平均能效在40 Lm/W（参考）以上，还应考虑照明设备的输出功率、灯具效率和灯用电器的能效复杂多样的变化。关键是照明灯具的设计，其次是与照明灯具相关的部件设计。

2.3 设计应用举例

建筑背景：一个小型的工业企业正在筹建的办公室、生产车间和仓储建筑物内的普通照明能效计算。

假设某建筑物内所有照明设备经折算的总流明输出量为410400，其总功率为7480W。可知该照明设备的平均能效为410400/7480=54.87 Lm/W，此值大于标准规定的40 Lm/W。

3 照明系统的智能控制

3.1 智能楼宇照明

3.1.1 发展照明的智能化控制的意义

① 实现照明控制智能化，提高管理水平，减少维护费用；

② 可观的节能效果，经济的能耗、最舒适的照明；

③ 美化环境，用灯光点亮我们的生活；

④ 提高舒适度，提高工作效率；

⑤ 可以与其它系统联动。

3.1.2 智能照明控制系统的功能

智能照明控制系统能对大多数灯具进行智能调光，通过全自动调光、科技与艺术相结合、对光的控制、光环境场景的智能转换、节能、延长光源寿命的实施，给需要的地方、在需要的时间以充分的照明。采用智能照明控制一般可以节约30%左右的电能，从而用户电费支出大为降低，同时也将降低供电压力[2]。

3.1.3 智能照明主要控制的内容

具有灯光亮度的全自动调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，并能达到预定效果的特点。

实现应急照明控制、时钟控制、照度自动控制、区域场景控制、手动遥控器、应急状态减量控制和动静探测控制等。

3.2 智能楼宇照明控制策略

照明控制策略是基于人使用灯的研究发展而来，包括昼光控制、时间表控制、局部光环境控制、按活动要求提供照明、引入自然光、降低照明负荷。

3.2.1 时间表控制策略

时间表控制策略通常有可预知时间表控制、不可预知时间表控制。

可预知时间表控制策略适用于普通办公室、标准工作时制的办公厂房等地方，通常采用定时控制方式实施。

而不可预知时间表控制策略适用于会议室、档案室等地方，通常采用人体活动感应开关控制方式等。

3.2.2 局部光环境控制策略

按个人要求来调整光照，当前通过遥控技术可实现局部光环境控制。

3.2.3 按活动要求提供照明的控制策略

该策略主要突出空间层次感，同时也可节约能源。

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虑楼宇的朝向等因素，尽可能减少人工照明的使用，可节约部分能源。

3.2.5 降低照明负荷的控制策略

降低照明负荷的控制策略应用一种连续能量管理系统，致使人们视觉有极不适应感[3]。

3.3 智能楼宇照明控制系统设计

随着现代建筑技术的不断发展，现代控制技术、信息控制技术、计算机技术得到全面的普及和推广，以适应不同建筑群结构布局，各种各样照明灯具（照明器）的选配，增强了照明设计的效果，奠定了智能照明控制系统发展空间，照明控制也为绿色照明工程的实施具有特别的意义。

3.3.1 现代化高层办公大楼照明的特点

现代办公室照明在视觉环境方面应考虑以下内容：

①选取适宜的照度；

②减轻光源眩光（直接眩光或反射眩光）的影响；

③选择室内装饰和光源的匹配显色性；

④室内亮度的空间合理布置；

⑤重视建筑空间环境设计。

3.3.2 智能照明控制系统的组成和特点

智能照明控制系统通常采用“模块化结构”和“分布式控制”方式。

（1）智能照明控制系统的模块化结构

智能照明控制系统通常由调光模块、控制面板（终端控制器）、智能传感器、智能开关控制器、PC机和其他部件组成，将上述各种具备独立功能的控制器件相互组合形成控制网络。

（2）智能照明控制系统的分布式控制

分布式照明控制网络的规模可灵活地随照明系统的大小而改变。此网络通过对网桥编程和设置，经相关协议（如DALI开放系统、TCP/IP协议族、HBS家庭总线系统、EIB、ZigBee无线网络系统和电力线载波系统）使得各子网和主干网之间有机地联接起来，实现信息流通、信号处理（整形、增强和调节）及传输速率的网络架构，从而提升了大型照明控制网络工作的可靠性。

3.3.3 办公楼智能照明控制系统的方案分区域基本功能说明详见表1。

表1 分区域基本功能说明

3.3.4 智能照明控制系统实施效果

（1）照明控制的智能化应用

智能照明控制系统可实现全自动状态可靠运行，其控制系统将按预先的设定（如时间）自动地切换成若干个基本的工作状态，达到各种工作状态相互转换。

（2）改善工作环境，提高工作效率

智能照明控制系统有效地控制房间内整体的照度值，提高照度均匀性。

（3）照度的一致性

智能照明控制系统满足人们视觉上舒适性，多种的智能调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墙面变化呈现反射系数衰减时，预置的照度值也将随之改变[4]，致使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。

（4）可观的节能效果

智能照明控制系统能自动调节光照度，以保持办公室恒定的标准照度。

（5）延长灯具使用寿命

智能照明控制系统引入现代电力电子技术（如软启动、软关断技术），快速地抑制电力网的冲击电压和浪涌电压的影响，光源可免遭冲击，使用寿命得以延长。

（6）提高管理水平，减少维护费用

目前智能照明控制系统普遍以模块化结构的自动控制为主体，手动控制作为辅助，缩减照明设备的维修量，其各种预置场景的参数存储在只读存储器PROM或E2PROM之中，照明控制可以“一键触发”效应，从而建筑物照明实现远程遥控调度管理和设备的维护。

综上所述，智能照明控制系统不仅满足智能化设计要求，加快了一次性设备投资回收期限，可降低运行费用，具有良好节能效果和延长灯具寿命的优越性；还省去大量配电控制设备投资和布线敷设工作量。

4 智能家居

智能家居也称为智能住宅，智能家居可理解为智能和家居，通过光纤复合电缆入户将与家居生活各种子系统有机地相互联接，在家庭内部达成资源共享和联网通信，并在家庭外部实现网络信息交换。

与普通家居相比，智能家居除了居住功能以外，倡导全方位的信息交互功能畅通，优化人们舒适、安全、便利、环保的生活方式，甚至减少能耗。

4.1 智能家居的构成

家庭住户通过智能家电的组网、电力光纤网络互联进行通信网络的架构。家用电器通过智能终端、智能插座等方式将用电信息进行自动地采集、分析、监控及管理，达到智能家居的家电经济运行监管和节能控制[5]。

4.2 智能家居照明

物联网的发展，大大加快智慧城市建设步伐，推动智能照明行业迅速发展，众多灯具组成智慧网络，达到物联网“物物联网”的构想。智能照明凭借安全节能、智能控制、个性化、人性化设计等特点，在城市照明领域、公共照明领域、家居领域、办公领域及公共设施等领域有较好的应用前景。智能照明在智能家居系统中起着举足轻重的作用，是智能家居系统不可或缺的一部分。引入智能照明的家庭环境不仅能便利生活、节约能源，还能提升我们的睡眠质量，增加我们的生活情调。

智能照明在室内照明领域中的应用，随着经济的发展和科技的进步，各行业正掀起一轮“智造升级”，提升产品的智能化水平，以适应信息时代的发展需求。在此趋势下，智能照明行业将迎来发展良机，前景一片光明。