智能建筑中照明系统智能化应用

智能建筑中照明系统智能化应用

蒋勇

云南工程建设总承包公司蒋勇云南昆明650011

摘要：随着现代建筑科学技术的不断进步和发展，以及人们物质文化和精神生活水平的迅速提高，人们更希望在一个舒适、明亮、灵活、高效的照明环境中工作和生活。智能照明控制系统正是为了满足人们的这一需要并适应不同建筑结构、布局以及不同灯具的选配，使照明系统完全工作在自动状态，不仅实现了节能，环保的愿望和要求，照明的多样化控制。而且也符合新世纪为体现人和环境相互关系，珍惜利用地球有限资源，保护人类生存环境。

关键词：智能化；照明；控制系统；节能

自1984年第一座带有智能化概念的建筑物在美国落成后，楼宇智能化已经成为当今建筑发展的主流技术，涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完美的计算机网络和通信系统。但是长期以来，智能照明在国内照明，但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。相比之下，智能照明系统体现出强大的优越性，它在智能建筑中的应用越来越广泛。采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按预先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。例如，当一个工作日结束后，系统将自动进入晚上的工作状态，自动并极其缓慢地调暗各区域的灯光，同时系统的探测功能也将自动生效，将无人区域的灯自动关闭，并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。此外，不可以通过编程器随意改变各区域的光照度，以适应各种场合的不同场景要求。

1.照明智能控制系统工作原理

照明智能控制系统由检测、控制及负载三部分组成。检测部分主要由照度传感器，红外传感器及检测模块组成。照度传感器检测实时情况下被照区域的自然照度，红外传感器主要用于检测人的活动情况，这两种检测信号送到检测模块中，经CPU比较、计算并给出适合该区域负载的控制信号。控制部分则根据接收到的控制信号类型，进行通断相应灯具或调光操作点燃或关闭对应负载。

1.1单控电路系统比较

传统照明单控电路特点：控制开关直接在负载回路中；当负载较大时，需相应增大控制开关的容量；当开关离负载较远时，大截面电缆用量增加；只能实现简单的开关功能。

负载回路连线接到输出单元的输出端控制开关用五类线与输出单元相连。负载容量较大时仅考虑加大输出单元容量，控制开关不受影响；开关距离较远时，只须加长控制总线的长度，节省大截面电缆用量；可通过软件设置多种功能（开/关、调光、定时等）。

1.2双控电路系统比较

传统照明双控电路特点：实现双控时用两个单刀双置开关、开关之间连接照明电缆进行多点控制时开关之间的电缆连线增多使线路安装变得非常复杂，工程施工难度大。总线式智能照明系统双控电路特点：实现双控时只需简单地在控制总线上并联一个开关即可；进行多点控制时，依次并联多个开关即可，开关之间仅用一条五类线连接，线路安装简单省事。两种电路接线方式比较见图1。

(a)智能照明系统双控回路接线方式(b)传统双控回路接线方式

图1智能照明与传统照明双控回路接线方式比较

2.智能照明控制系统的结构形式

传统控制采用手动开关必须一路一路地开或者关；智能照明控制，采用低压二次小信号控制，控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，通过实现场景的预设置和记忆功能，操作时只须按一下控制面板上某一个键即可启动一个灯光场景（各照明回路不同的亮暗搭配组成一种灯光效果），各照明回路随即自动变换到相应的状态。上述功能也可以通过其他界面如遥控器等实现。

智能照明控制系统可以按网络的拓扑结构分为以下两种形式，即总线式和以星形结构为主的混合式。总线式灵活性较强一些，易于扩充，控制相对独立，成本较低；混合式可靠性较高一些，故障的诊断和排除简单，访问协议简单，传输速率较高。

以某大厦为例，本工程采用了ABB公司的I-bus智能照明控制系统（如图2）。该系统是基于总线式结构，分散布置，能将大楼内所有照明回路及电动设备集中监控的一套智能系统。它可以独立运行，有一套独立的控制协议，实现了对商业厅、会议室、办公室、大堂、公共楼梯间、公共走廊、地下车库、户外景观照明等场所集中控制。

图2大厦Ｉ-BUS智能照明控制系统拓扑结构图

2.1系统采用的标准与协议

I-bus系统为分布式控制系统，EIB（欧洲安装总线）标准，采用模块化结构及国际标准化组织ISO的标准OSI模型通信协议，整个系统(包括line)只需要一根I-bus总线（2X2X0.8的双绞线，一对为模块电源线，另一对为信号线）就可以连接起来。I-bus系统在保证独立运行的同时可通过标准TCP/IP协议和网关接口或采用RS232接口就可以同整幢建筑的BA系统，或上层管理平台BMS服务器和其他系统进行数据交换和共享。

2.2系统组成

图1中，PTC为EIB总线元件，主要包括：①驱动元件：为执行模块，用于接负载挂在总线上的元件，从总线上得到命令并执行。如：开闭控制模块AT/S8.16.5、调光控制模块LR/S2.2.1等。②传感器类元件：感测和发出命令给总线的元器件。如：TRITON智能面板、移动探测器等。PS为电源供应器，为各种元件的模块提供24V直流电源。一个电源供应器可以为多个模块提供电源，PS电源和模块之间的最大距离为350m，两个模块之间的最大距离为700m。在实际应用中，如果线长需要超过1000m，可采用光纤连接的方式将线长加以扩展。I-bus系统的基本构成是线（line），一个完整的线是由64个总线元件（PTC）通过总线连接可构成。线与线之间通过线路耦合器进行连接，构成一个区域，区域之间再通过区域耦合器进行连接，从而构成一个更大的系统。通过线路耦合器，最多15条支线可连接成为一个区域。因此，一个区域最多可容纳15X64=960个元件。根据需要控制的点位计算，该工程采取区域连接即可。

3.智能照明系统的节能分析

现代高层办公大楼中，人为造成照明能源浪费的现象仍然非常严重，无论房间有人还是无人，经常是“长明灯”。智能照明系统既能分散控制又能集中管理，在大楼的中央控制室，管理人员通过操作键盘即可关闭无人房间的照明灯。智能照明系统通常采用二线制控制系统，以一对UTP5类线作为控制总线，将系统中的各个输入、输出和系统支持单元连接起来，大截面的负载线缆从输出单元的输出端直接接到照明灯具或其他用电负载上，而无须经过开关。安装时不必考虑任何控制关系，在整个系统安装完毕后再通过软件设置各个单元的地址编码,从而建立对应的控制关系。由于系统仅在输出单元和负载之间使用负载线缆连接，与传统控制方法相比节省了大量原本要接到开关的线缆，也缩短了安装施工的时间，节省人工费用。

以某学校教学大楼，由于考虑到该大楼只作为电脑教学用，对灯光效果要求不高，就不采用调光器进行调光，只采用简单的自控装置。另外节省线缆、延长灯具寿命、保持照度一致性等节能效果暂不做分析，在此仅对该系统可实行集中管理、分析控制功能进行粗略的节能分析。

该大楼楼层为六层，每层有10个电脑教室，每个教室有12套三管日光灯具，其照明总功率为86.4千瓦.粗略计算,按平均每盏每天节电1小时,每年300天计算,每度0.78元,则年节省电费:1小时/天×300×0.78/千瓦小时×86.4千瓦=23400元该大楼采用智能照明设备投资费用约增加11万元,每年节省电费2.34万元,可以看出4-5年即可收回成本。

采用智能照明控制系统，不仅可满足便捷控制、灯光效果等要求，而且由于可观的节能效果（节电可达到20-50%以上）及灯具寿命的延长（灯具寿命延长2-4倍），又能在降低运行费用中得到经济回报，还能省去常规照明所需的大部分配电控制设备，大大简化和节省管布线工作量。此外，智能照明系统还有看不到的价值回报，如智能控制系统使整个系统工作在使人们最舒适的状态，从而保证人人们的身心健康，提高了工作效率，创造了无法估量的价值。

4.结束语

从以上介绍可知，与传统的照明控制系统相比，智能照明控制系统控制功能强、方式多、范围广、自动化程度高，满足和实现了不同的灯光效果要求，实现照明的高层次智能管理，改善工作环境，提高工作效率，节约能源，此外，由于采用软启动和软关断技术，可延长灯具寿命,减少用户维护费用。随着建筑和照明技术的进步，照明和建筑融为一体，照明已成为建筑艺术的一部分，让我们大家共同努力，将更多、更好的智能照明控制系统应用到智能建筑的设计中去，营造出艺术、智能化的光环境，赋建筑予生命。

参考文献：

[1]易斌,米红菊,赵明.智能化数字照明控制系统研究[J].灯与照明,2005,(03).

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