淺析智能照明控制系統(tǒng)在綠色建筑中的應(yīng)用

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(guò)程中，要結(jié)合我國(guó)國(guó)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(jìn)性、可持續(xù)性等優(yōu)勢(shì)，不斷完善建筑功能。

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，推動(dòng)了智能化行業(yè)發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，智能化技術(shù)也不斷進(jìn)步。未來(lái)，我國(guó)的智能建筑市場(chǎng)會(huì)越來(lái)越大，發(fā)展前景廣闊，發(fā)展智能照明系統(tǒng)，可以促進(jìn)智能建筑的進(jìn)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(jí)，是一個(gè)具有多置電源開關(guān)的多控電路系統(tǒng)，能夠簡(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的即時(shí)控制，還能夠運(yùn)用豐富的照明燈具滿足多場(chǎng)景的照明需求，為人們帶來(lái)更好的生活體驗(yàn)。

當(dāng)前，智能照明系統(tǒng)的研究主要圍繞節(jié)能和舒適來(lái)展開，更加注重用戶的使用感受和建筑應(yīng)用場(chǎng)景，能夠利用各類優(yōu)化算法來(lái)實(shí)現(xiàn)照明的智能化，是相關(guān)行業(yè)智能化升級(jí)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(guò)各種傳感器，建立更加準(zhǔn)確的室內(nèi)光照模型，通過(guò)各種優(yōu)化算法進(jìn)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(shí)驗(yàn)中建立更加準(zhǔn)確的模型。通過(guò)收集用戶信息的方式，建立模型控制照明系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)增強(qiáng)各個(gè)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(tái)，進(jìn)而為社會(huì)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(gè)集中了管理器、主干線、信息接口等的網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一控制和信號(hào)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(jìn)行通信。

2.1照明模塊

照明模塊的主要組成是LED。LED驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)簡(jiǎn)單、反應(yīng)迅速、使用壽命不會(huì)因?yàn)榻?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(duì)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(duì)于模擬調(diào)整法有良好的應(yīng)用前景。對(duì)LED驅(qū)動(dòng)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(jué)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(duì)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(wú)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(cè)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(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。除了對(duì)周圍環(huán)境的感知，研究的重點(diǎn)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(gè)中心控制器，負(fù)責(zé)處理各個(gè)傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)各個(gè)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(dòng)電路，還具有獨(dú)立的傳感和控制模塊，可以根據(jù)傳感器的讀數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但是不能與其他燈進(jìn)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(gè)單元的燈光調(diào)節(jié)相對(duì)獨(dú)立，并通過(guò)中央控制臺(tái)和信息接口連接到建筑智能化管理系統(tǒng)。對(duì)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(méi)有通信能力，在受陽(yáng)光或周圍環(huán)境影響時(shí)，存在局部地區(qū)光照不足的問(wèn)題，這種情況可以通過(guò)增加通信模塊的方式改進(jìn)。這樣一來(lái)，光源可以接收來(lái)自其他照明設(shè)備的多種信息，從而確定相鄰燈具的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)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(wú)論是道路照明、隧道照明、樓宇自動(dòng)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(shí)，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(jì)受控目標(biāo)的數(shù)量、總體運(yùn)行狀況、控制參數(shù)、通信需求等，以便為控制對(duì)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(cè)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(duì)區(qū)域特征采用區(qū)域燈光控制、調(diào)光控制、時(shí)鐘控制、場(chǎng)景控制、光線感應(yīng)設(shè)置、移動(dòng)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(fèi)用的設(shè)置提供基本根據(jù)。

在建筑工程照明設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)不同的受控目標(biāo)，即各個(gè)功能區(qū)域的照明特性，采用不同的環(huán)路控制模式。對(duì)于建筑內(nèi)不需要太多功能、不需要人員進(jìn)出的地方，可以使用簡(jiǎn)單的電路進(jìn)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(shí)現(xiàn)照明回路的自動(dòng)開閉；在建筑的走道、電梯廳等公共區(qū)域，除了要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制電路，還要設(shè)計(jì)照明的自動(dòng)開關(guān)，增加動(dòng)探測(cè)器、靜探測(cè)器、智能探測(cè)器等電子元器件，并利用調(diào)光模塊、控制模塊、傳感模塊，對(duì)各個(gè)區(qū)域不同工況下的燈具進(jìn)行自動(dòng)控制；對(duì)于某些功能要求較高的建筑區(qū)域，如展廳、報(bào)告廳、會(huì)議中心、多功能廳等，不但要設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的控制電路，而且要根據(jù)照明時(shí)間、用途和效果，使用不同的預(yù)先設(shè)定的場(chǎng)景控制模式。

4、智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的實(shí)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(tái)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(jì)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(chǎng)景需要，且具有調(diào)光一致性好、光精確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、功能完善、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以利用先進(jìn)的智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈具工作狀態(tài)的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(shí)間、照明用途對(duì)照明開關(guān)和照明亮度進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)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(jī)互動(dòng)界面和智能傳感器等部分組成，可以在降低能耗的同時(shí)為用戶帶來(lái)更好的照明體驗(yàn)。相關(guān)研究表明，智能照明系統(tǒng)能夠?yàn)槊裼媒ㄖ脩艄?jié)約較大的電能消耗，減輕用電峰谷給電力供應(yīng)帶來(lái)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(duì)應(yīng)的景觀模式，在保障民用建筑夜景運(yùn)維管理安全性和穩(wěn)定性的同時(shí)，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(jì)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(jìn)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(guò)智能化技術(shù)調(diào)節(jié)光照的強(qiáng)度和色度，減少不良光線對(duì)學(xué)生的視覺(jué)刺激，保護(hù)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(guò)控制器對(duì)信號(hào)的處理來(lái)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(shí)，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(yùn)行和維護(hù)成本。地鐵車站能夠按照功能劃分為多個(gè)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(jìn)行應(yīng)急照明時(shí)要注意通過(guò)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(jì)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(huì)影響人的正常視線，普通的照明光源穿透性不好，無(wú)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(qiáng)，在煙霧干擾下能發(fā)揮較好的指示作用，再加上語(yǔ)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(yǔ)音提示做出準(zhǔn)確判斷。在消防警報(bào)啟動(dòng)后，語(yǔ)音提示系統(tǒng)會(huì)

提醒受困人員盡快離開電梯、自動(dòng)扶梯等設(shè)施，因?yàn)橄绹娏茉O(shè)施啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)切斷非消防用電源，留在電梯等設(shè)施內(nèi)會(huì)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(shí)要注意日常維護(hù)，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(shí)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(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)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(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)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(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場(chǎng)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(lái)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(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制；每個(gè)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(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對(duì)每個(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進(jìn)行調(diào)光，可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對(duì)一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對(duì)多個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)的狀態(tài)。

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

8）設(shè)置定時(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對(duì)該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過(guò)預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)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(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過(guò)程序的設(shè)定實(shí)現(xiàn)功能的多樣性。

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

5.5設(shè)備選型

6、結(jié)束語(yǔ)

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(wú)論是在室內(nèi)還是在室外都能夠進(jìn)行應(yīng)用。智能照明控制系統(tǒng)可以在辦公樓中進(jìn)行使用，也可以在娛樂(lè)場(chǎng)所中進(jìn)行應(yīng)用。智能照明系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)用的時(shí)候表現(xiàn)出來(lái)了很多的優(yōu)點(diǎn)，這樣也能更好的滿足用戶的不同需求，同時(shí)也能更好的促進(jìn)智能建筑得到更好的發(fā)展。