浅谈智能照明控制系统应用与节能分析

时间：2023-03-02作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：106

引言
      随着人们的物质和精神生活水平不断提高，对生活的追求向着舒适、安全、高效和节能的方向发展，对建筑照明技术的要求也越来越高。新兴的“智能照明”技术是现代计算机技术、控制技术、通信技术与建筑照明技术的**结合，与传统照明技术相比在各方面均具有优越性。但是，该技术在实际运用和推广中存在一些问题。笔者在此分析智能照明控制系统的优势，讨论实际应用中存在的问题。
一、智能照明控制系统概述
      所谓智能照明控制，即将照明范围划分为若干区域，然后根据某一区域的功能用途、不同的时间段、室内外亮度要求来自动控制照明设备，从而实现集中管理、统一监控的目的。该系统不仅可以实现环境照度控制和照明节能控制，还可以预设许多灯光场景，从而根据时间、场所的功能和室内外照度来自动调整场景。
1．控制原理和系统组成
      智能照明控制系统采用集中控制和管理与分散执行的方式，配置*监控中心和智能控制照明柜。*监控中心有控制计算机、主通信控制器等设备，用于对整个系统进行控制和管理。通过网络将控制命令与各智能控制柜的可编程控制器进行通信联络，同时接收来自智能控制柜内可编程控制器的自动、手动工作状态及灯具的开、关状态，并能对异常情况采取处理措施。该系统由输入单元(包括输入开关、场景开关、触摸屏、亮度传感器、红外传感器等)、输出单元(包括智能继电器、智能调光器模拟输出)、系统单元(包括系统电源、系统时钟、网络通讯线)三部分组成(如图)。


通过计算机主机可编程设计出各种不同的照明方案。每一个输入、输出单元设置地址并用软件设定其功能。输入单元为安全电压。输入信号在通讯网络上传输，所有的输出单元接收信号并作出判断，控制相应的输出回路。系统中的每个单元均内设微处理器(CPU)和数据存储器(EEPROM)。所有的系统参数被分别存储在各个单元中，即使系统断电或某一单元损坏，也不会影响其它单元的正常使用。
2.控制范围与功能
       智能照明系统可对白炽灯、日光灯(**镇流器)、节能灯、石英灯等多种光源调光，满足各种环境对照明的要求。适用范围有：大型公共建筑，如会展中心、航站楼、客运站、体育场馆、大型商场等；博物馆、美术馆、图书馆等文化建筑和教学建筑；星级酒店和高档写字楼的宴会厅、多功能厅、会议室、大堂、走道等场所。通过采用智能照明系统，可实现以下控制功能：
(1)时钟控制：通过时间设定实现各照明区域的不同控制。
(2)调光控制：通过照度探测器和调光模块，达到各区域照度值始终在预先设定值范围。
(3)区域场景控制：通过控制面板和调光模块，实现各照明区域的场景切换控制；
(4)动静探测控制：通过动静探测器和调光所关模块，实现各照明区域的自动开关控制。
(5)手动遥控器控制；通过红外线遥控器，实现在正常状态下各区域内的照明灯具的手动控制和区域场景控制。
(6)应急照明控制：系统对特殊区域内的应急照明所执行的控制。
二、智能照明控制系统所具有的优越性
与其他照明控制方式相比，采用智能照明控制系统的优势主要有以下几点。
1．节能效果良好
     节约能源是采用智能照明系统的主要目的和重要优势。该系统采取定时、分组、减光、自动感应等控制方式，做到实时控制而不仅是“定时开关”控制，很大限度地节能。一个设计合理、管理良好的系统照明节能可达30％左右。
下面以某办公大楼为例来看智能照明控制系统应用的节能效果。
该办公大楼采用智能照明控制系统后，将按预先设置切换各种工作状态，例如“白天”、“晚上”、“安全”、“清洁”、“周末”等场景，并根据预设定的时间自动地在各种工作状态之间转换。当上班时间来临时，系统自动将灯打开，光照度会自动调节到合适的强度。在靠窗的房间，系统会智能地利用室外自然光。室内灯光会根据天气情况自动调暗或调亮，以保持室内一定的亮度。当一天结束时，系统将自动进入晚上工作状态，自动地调暗各区域的灯光。同时，系统会自动关掉无人的办公室灯光，并保证有员工加班的办公区灯光处于合适的亮度；只有当所有办公区的人走完后，才将灯调到“安全”状态或关掉。此外，还可利用手动控制面板或遥控器随意改变各区域的光照度。对于高级办公大楼的接待大厅、餐厅、会议室，休息室和娱乐场所，则可根据一天中的不同时间，不同用途进行灯光的场景预设置。该系统不仅能给工作人员提供舒适的环境，还保证只有需要的时候才把灯点亮，或点到要求的亮度，从而大大降低了大楼的能耗。
2.延长光源寿命
      光源损坏的重要原因是电网电压的波动。智能照明系统具备限电压和轭流滤波等功能，能抑制电网的浪涌电压。采用软启动、软关断技术，避免了过电压、欠电压及冲击电压对光源的损害，通常能使光源寿命延长2—4倍。
3.提高工作环境的舒适性.
智能照明系统采取照度感应、减光等控制方式，可按不同场所设定照度，使照度控制在舒适的范围内。避免随着时间的推移，因光源效率和墙面反射率的下降而引起的建筑物在使用期的照度不一致，同时避免因频闪效应而导致人体眼睛疲劳。
4．维护管理方便
该系统以模块式自动控制为主、手动控制为辅的控制方式满足了既能分散控制又能集中控制的集散管理要求，给运行、维护、管理提供了方便。由于操作和维护的工作量减少，可同时减少物业管理的人员配备。
5．扩展性好
智能照明控制系统的规模可灵活地随着照明系统的大小而改变，可小到一个房间，大到整幢大厦。该系统支持自由拓扑网络结构，在任何时候需要扩充，不必改原有线路，只需将增加的模块用数据线接入原有网络，通过程序修改进行重新配置便可
6．安全性高
人体接触到的现场控制面板不是AC220V电压，而是安全的低电压。
  三、实际应用中存在的问题
      根据以上分析，在建筑工程中采用智能照明控制系统具有节能、舒适、高效和安全的显著优点，就当前技术而言，实现整个建筑物照明系统的智能控制也是可行的。但在实际应用中却存在一些困惑和矛盾，使该项技术的推广有一定难度。
问题一：在智能建筑照明系统设计中有常规照明控制、楼宇自动化系统(BAS)照明监控、智能照明系统控制等控制方式，但目前不少业主包括一些设计人员在内，对BAS与智能照明控制系统的区别认识不足。
为了说明两者的区别，现将智能照明控制系统与BAS进行比较。首先，从系统功能上看，智能照明控制系统具有开关控制、人体传感器感应控制、调光控制、多种模式场景控制等功能，其应用软件是针对照明控制而开发的，软件功能丰富，控制灵活方便，管理维护方便快捷；而BAS采用开关控制或传感器感应控制，其应用软件是针对空调设备的控制开发的，照明控制只是附带功能，因此功能单一。其次，从控制方式上看，前者可实现集中控制，也可通过现场面板控制，遥控器控制，触摸屏控制，控制方式多样，而后者只能进行集中控制，不能现场控制，控制方式不够灵活。最后，从节能效果上看，前者采用多种控制方式，节能可达30％以上，而后者由于实行定时开关控制，节能有限。
在实际应用中，应根据工程实际情况及建筑的功能需求而选择方案。
1)对于业主单一的建筑，建筑功能和使用要求明确，系统安装管理方便，采用智能照明系统是较佳的选择。
2)对于业主构成复杂的建筑，特别是业主根据自身的要求对房屋进行二次装修的，其安装、控制和管理较难，可将照明系统的公共区域纳入BAS之中，实现照明系统的部分智能化管理控制，其他部分采用传统的开关控制模式。
3)对公用建筑内为客户服务的公共区域，如(多媒体)会议室、展厅、多功能厅、大堂等，这些区域往往需要调光控制以及场景控制，采用立的智能照明系统是较好的选择。但这些区域往往又集中在大楼的裙楼部分，此部分公共区域一般只需开关控制。
      因此，通过对经济性、安装与管理的方便性进行综合比较后，再确定是归入智能照明系统还是纳入BAS中的照明监控系统。
      问题二：与传统照明控制方式相比，在建筑工程中采用智能照明控制系统初投资较大。而对于大部分建筑来说，系统的投资者是开发商，受益者是购买或租赁的业主，除非开发商能从销售中得到利益，否则不愿做多的投资。
下面从经济学角度对项目进行“全寿命”成本分析。全寿命成本=建设成本十使用(营运)成本十维护成本智能照明系统虽然建设成本较之传统照明控制方式为高，但由于使用多种照明控制手段，减少了不必要的耗电开支，比传统控制方式节电量大大提高，不但使用(营运)成本降低，同时也降低了相当的运行维护成本。例如，某发达地区从节电和运行维护费用这两项做过一个估算，得出这样一个结论：用三至五年的时间，业主就可基本收回智能照明控制系统所增加的全部费用。而智能照明控制系统可改善环境，提高员工工作效率以及减少维修和管理费用等，又可节省一笔可观的费用。过多强调建设成本而忽略使用(营运)成本和维护成本是导致智能照明控制系统不能顺利推广的重要原因。要改变这种做法，传输“全寿命”成本的概念，还需要行业的交流与公司较大的推动力度。

四、安科瑞智能照明控制系统解决方案




      数据中心人流较少，面积大，机房多，合理使用照明控制系统，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。
      系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。
 安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。


五、结束语
      绿色照明已经正式列入国家计划，终端节能**的观念已经深入人心；智能照明控制是节约能耗及提高物业管理水平、体现现代化生活方式与优化工作环境的有效手段。在不久的将来，智能照明将取代普通照明，各种优越性必然会得到充分的体现。
 
【参考文献】
【1】陈涛，毛信伟．智能照明控制系统的工程应 用[J]．智能电气，2004(11)．69—71． 
【2】王文升．智能照明控制与节能[J]．智能建筑与城市信息．2005，(4)：120—122．
【3】丘吉平．基于现场总线的智能照明控制系统分析与探讨[J]．低压电器，2005，(7)：19—26．
【4】羊梅，智能照明控制系统应用分析。
【5】安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版

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