綠色照明與智能化控制

綠色照明與智能化控制

0智能照明控制現(xiàn)代建筑對(duì)照明的要求越來(lái)越高。它不僅需要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)綠色舒適的照明環(huán)境，還需要不同的照明效果。傳統(tǒng)的照明控制一般采用強(qiáng)電開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制,對(duì)于上述要求很難實(shí)現(xiàn),而且線路十分復(fù)雜,既不安全又非常繁瑣。隨著用戶要求的提高和技術(shù)的進(jìn)步,傳統(tǒng)的照明控制由于許多問(wèn)題無(wú)法解決而逐步被智能照明控制取代,這已成為一種趨勢(shì)。本文以智能照明網(wǎng)絡(luò)中的某一間辦公室為例,闡述了筆者對(duì)智能照明控制策略的理解。某辦公大樓的裝修年限較長(zhǎng),在照明方面,大樓采用傳統(tǒng)機(jī)械面板的照明控制回路,控制方式單一,光源不變且能源效率較差,耗能較多。改造后大樓整體選用C-Bus智能照明網(wǎng)絡(luò),依據(jù)外界光照、室內(nèi)用戶的要求以及不同房間的不同用途,智能照明系統(tǒng)可手動(dòng)、也可自動(dòng)調(diào)節(jié)完成滿足用戶功能性需求以及空間靈活性設(shè)定、大幅度降低大樓在照明系統(tǒng)的能效現(xiàn)狀、為在其中工作的人員營(yíng)造舒適的視覺(jué)環(huán)境。總線載體C-Bus的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。1輔助中央集中控制智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為燈光回路設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩大部分。選用C-Bus總線制控制方式,以分布式智能控制為主,輔助中央集中控制。照明系統(tǒng)的燈光回路設(shè)計(jì)是依據(jù)國(guó)家照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定辦公樓不同房間和場(chǎng)所的照度、選擇的光源、燈具選型布置及回路負(fù)載計(jì)算所構(gòu)成的?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)建立在照明燈光回路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上,為了能完全體現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,通過(guò)設(shè)備選型、組網(wǎng),有邏輯地將燈光設(shè)計(jì)師的理念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)采用C-Bus智能照明控制系統(tǒng),且只針對(duì)某一間大開(kāi)間辦公室闡述。1.1智能照明回路設(shè)計(jì)初始,將按照用戶對(duì)大開(kāi)間辦公室職能部門(mén)的劃分和空間設(shè)置,決定對(duì)每個(gè)部門(mén)的工作區(qū)域設(shè)置單獨(dú)回路,并且靠近窗戶的辦公位置同樣按部門(mén)單獨(dú)設(shè)置照明回路。其設(shè)計(jì)目的是將大開(kāi)間辦公室分為兩個(gè)照明區(qū)域,兩個(gè)區(qū)域代表兩個(gè)獨(dú)立核算的部門(mén)。照明的開(kāi)關(guān)時(shí)間都可由本部門(mén)的人自行決定而不會(huì)影響另一個(gè)部門(mén)的正常工作,通過(guò)智能照明讓設(shè)計(jì)變得人性化。同時(shí)又為了達(dá)到節(jié)能的效果,將所有靠窗的區(qū)域按兩個(gè)部門(mén)分別設(shè)計(jì)兩條單獨(dú)回路,借助自然光的作用減少靠窗燈光開(kāi)啟時(shí)間以及輸出功率。如圖2所示,施工期間按照設(shè)計(jì)的要求,大開(kāi)間辦公室一共布設(shè)了8條照明回路,左右兩個(gè)區(qū)域分別表示兩個(gè)不同的部門(mén)。1.2led燈源與原燈光源對(duì)比為了能大幅度降低照明系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀,其立竿見(jiàn)影的方式就是替換高效、節(jié)能的燈源。原辦公室基本采用T5及T8熒光燈,其能耗本身較大且工作壽命也不長(zhǎng)久。這次改造選用LED光源代替原熒光燈光源。相對(duì)熒光燈,LED光源具有固態(tài)光源不宜損壞、使用壽命較長(zhǎng)、不含有毒氣體汞、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、光源反射光可控?zé)o需額外反光設(shè)計(jì)、光衰極小、10000h僅3%光衰且持續(xù)性強(qiáng),相對(duì)于市場(chǎng)上主流的熒光燈、節(jié)能燈、白織燈其功率公認(rèn)為最小等優(yōu)點(diǎn),圖3所示為原熒光燈與現(xiàn)LED燈源的對(duì)比。原大開(kāi)間辦公室中的28W熒光燈管共計(jì)72根,總功率為2016W?，F(xiàn)按照建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),滿足200lx以上照度,選用36WLED光盤(pán),共24盞,總功率為864W,房間面積為169.8m2,其照明功率密度LPD僅為5.08W/m2。功能性調(diào)試時(shí)使用便攜式照度檢測(cè)儀器,在黃昏時(shí)間所測(cè)平均照度值為508lx。在大幅度降低能耗的同時(shí),也完全滿足設(shè)計(jì)初始對(duì)室內(nèi)照明照度的要求。2管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)燈源設(shè)備的更換已經(jīng)很有成效地實(shí)現(xiàn)對(duì)大樓整體能耗的控制,但是通過(guò)選用合理的智能照明控制策略,對(duì)能耗的管理仍可更進(jìn)一步。2.1智能照明系統(tǒng)單元在大開(kāi)間辦公室中配置了輸入單元:室內(nèi)紅外移動(dòng)傳感器、室內(nèi)亮度傳感器、室外亮度傳感器、動(dòng)態(tài)控制面板。輸出單元:8路10A智能繼電器模塊、2路專(zhuān)業(yè)調(diào)光器、4路輸出調(diào)光整流器。系統(tǒng)單元:網(wǎng)橋模塊、PCU工作站鏈接模塊以及工程師工作站。室外、室內(nèi)及強(qiáng)電控制室都使用C-Bus總線協(xié)議,選用超5類(lèi)網(wǎng)線以手拉手接線方式將輸入單元、輸出單元設(shè)備連接起來(lái),總線最終接入網(wǎng)橋模塊,并通過(guò)分組控制單元PCU模塊與安裝在工作站上的組態(tài)控制軟件實(shí)現(xiàn)通訊。智能照明系統(tǒng)采用分布式智能控制,奇勝的C-Bus系統(tǒng),使用Toolkit軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出設(shè)備做功能設(shè)置,可完成大多數(shù)控制策略。對(duì)于需多參數(shù)判斷的邏輯,其邏輯編輯軟件PICED可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯編譯。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。2.2控制戰(zhàn)略的實(shí)施2.2.1動(dòng)態(tài)面板照明回路C-Bus采用的是分布式智能控制,通過(guò)工作站內(nèi)的Toolkit軟件可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)控制面板及紅外移動(dòng)傳感器做編譯。分別設(shè)置兩塊動(dòng)態(tài)面板在兩扇門(mén)的進(jìn)門(mén)處,兩塊面板分別控制兩個(gè)部門(mén)的照明回路。在編譯面板時(shí),設(shè)置第一鍵、第二鍵為全開(kāi)、全光場(chǎng)景,即一鍵可開(kāi)關(guān)回路1、回路2、回路3及回路7或者一鍵可開(kāi)關(guān)回路4、回路5、回路6及回路8。第三鍵編譯為控制除靠窗外回路外的其他三路照明回路的開(kāi)關(guān)。第四鍵為靠窗回路。如此設(shè)計(jì)的目的是方便員工上下班時(shí),開(kāi)關(guān)照明回路,并且可根據(jù)需要選擇開(kāi)關(guān)區(qū)域。2.2.2紅外傳感器檢測(cè)對(duì)于急忙下班而忘記關(guān)閉照明回路,設(shè)計(jì)時(shí)考慮使用紅外移動(dòng)傳感器,分別安裝在兩個(gè)部門(mén)的吊頂中央,當(dāng)紅外移動(dòng)傳感器檢測(cè)到區(qū)域中沒(méi)有任何人體活動(dòng)1min后,紅外傳感器將觸發(fā)智能繼電器,關(guān)閉區(qū)域中的四條照明回路。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的并將智能設(shè)備運(yùn)用更為人性化,實(shí)施過(guò)程中配合時(shí)間表來(lái)共同完成,在中午午餐時(shí)間及下班時(shí)間后觸發(fā)紅外傳感器動(dòng)作,檢測(cè)范圍內(nèi)無(wú)人體活動(dòng)后,便將關(guān)閉所對(duì)應(yīng)區(qū)域的燈光,如此操作可更大程度避免能源的浪費(fèi)。2.2.3實(shí)現(xiàn)調(diào)光的互聯(lián)互通(1)靠窗區(qū)域的照明回路設(shè)計(jì)為智能調(diào)光回路,設(shè)計(jì)時(shí)考慮在辦公室時(shí)間段內(nèi),盡量選擇自然采光,特別是靠近窗口的位置,其辦公桌面所在位置,按照天氣情況的不同,其實(shí)測(cè)的照度也不盡相同,從陰天到晴天,照度范圍在150~600lx之間,按照建筑照明標(biāo)準(zhǔn),辦公室的平均照度達(dá)到200lx以上即為合格,也就意味著在自然光充分的前提下,靠窗區(qū)域開(kāi)燈是一種能源的浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)初始,考慮在照度小于250lx時(shí)候打開(kāi)照明回路,而在照度大于300lx時(shí)則關(guān)閉照明回路,并且能持續(xù)保證照度保持在250lx左右。(2)為實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的同時(shí)又可以滿足辦公人員光照的需求,針對(duì)大開(kāi)間辦公室靠窗的回路配置了如下設(shè)備:C-Bus的照度傳感器,C-Bus的智能調(diào)光器調(diào)光范圍為0~10V,PAC可編程自動(dòng)化控制器,專(zhuān)業(yè)的調(diào)光整流器以及用于調(diào)光的非標(biāo)燈源。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D5所示。調(diào)光整流器和調(diào)光光源是按現(xiàn)場(chǎng)情況定制的。調(diào)光整流器是實(shí)現(xiàn)0%~100%微調(diào)光的關(guān)鍵。目前針對(duì)調(diào)光控制領(lǐng)域,主要分為線性調(diào)節(jié)LED電流的模擬調(diào)光和利用脈沖寬度調(diào)變的數(shù)字調(diào)光兩種方式。本項(xiàng)目采用后者,即在肉眼無(wú)法察覺(jué)到高頻率下,讓驅(qū)動(dòng)電流在0至目標(biāo)電流之間快速的切換,利用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)設(shè)定循環(huán)和工作周期,最終實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光。PWM控制調(diào)光是調(diào)光整流器選用的依據(jù),其將電源方波數(shù)字化,通過(guò)控制方波的占空比達(dá)到控制電流的目的。為了能實(shí)現(xiàn)高頻切換,調(diào)光光源區(qū)別于傳統(tǒng)LED光源,需要專(zhuān)門(mén)定制,使其頻閃能力遠(yuǎn)高于人類(lèi)眼球的辨別能力,在使用過(guò)程中,人類(lèi)在視覺(jué)上感覺(jué)不到頻率的變化,從而能實(shí)現(xiàn)完美的調(diào)光功能。在回路中照度傳感器作為前端的檢測(cè)設(shè)備,PAC執(zhí)行邏輯控制,通過(guò)智能調(diào)光器輸出給調(diào)光整流器形成整套控制回路。(3)在編輯邏輯程序前,需先對(duì)燈具的實(shí)際輸出做一個(gè)界定,確定室內(nèi)照度的設(shè)定值。本項(xiàng)目所使用設(shè)備可實(shí)現(xiàn)多級(jí)調(diào)光功能,即0%至100%。當(dāng)照度檢測(cè)值小于最小設(shè)定值時(shí),智能調(diào)光器將輸出調(diào)整為100%。當(dāng)照度檢測(cè)值大于最大設(shè)定值時(shí),智能調(diào)光器將關(guān)閉輸出,燈光自動(dòng)關(guān)閉。每天,每時(shí),每刻的照度值都會(huì)發(fā)生著細(xì)微的變化,按照設(shè)定值的區(qū)間,分別設(shè)置智能調(diào)光器的輸出增加或者減少10%。由于光源的變化,照度會(huì)相應(yīng)的增加、減少,所以在設(shè)置設(shè)定參考值時(shí),需要附加一個(gè)滯后值,避免調(diào)光器不停歇的在調(diào)整,具體滯后值因?qū)嶋H情況而定,通過(guò)反復(fù)的論證,最終可實(shí)現(xiàn)調(diào)光通道的恒照度控制。3.2.4智能照明系統(tǒng)功能通過(guò)一系列的控制策略,房間的整體能耗又可降低25%以上,同時(shí)亦可增加了燈源的使用壽命。本文只針對(duì)辦公區(qū)域的典型房間,對(duì)智能照明系統(tǒng)的功能做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。在大樓中,本項(xiàng)目在公共區(qū)域,衛(wèi)生間,視頻會(huì)議室、各大小會(huì)議室、接待室、大堂等區(qū)域都采用了相應(yīng)的智能照明控制策略。3項(xiàng)目實(shí)施—結(jié)語(yǔ)智能照明系統(tǒng)是一種用戶體驗(yàn)的過(guò)程,與其他樓宇智能化系統(tǒng)相比,智能照明系統(tǒng)更貼近用戶,是用戶能在第一時(shí)間有了對(duì)樓宇智能化最直觀的感受。所以對(duì)用戶要求的理解、深化、再實(shí)施是完成項(xiàng)目的關(guān)鍵。本項(xiàng)目采用的奇勝C-Bus智能