上海盛瀛置业有限公司
摘要：本文首先简介了智能照明控制系统的发展过程和不同类型，并对系统安装和调试过程的重点进行探讨。接着从3个方面分析智能照明系统的节能性优点，最后通过一个实际案例分析计算，比较了传统照明技术和智能照明系统的能耗，得出结论。
关键词：节能；智能照明；区域定时
The analysis of energy conservation and Installation and commission about Intelligent lighting control system
Abstract：This paper introduces the development process and different types about intelligent lighting control system，and makes a discussion about the key points of the system Installation and commission.Then it analyzes the energy-saving advantages of intelligent lighting system from three aspects.Finally，it compares the energy consumption of traditional lighting technology and intelligent lighting system through an actual case to make the conclusion.
Keywords：energy conservation；Intelligent lighting；zone timing
引言
智能照明控制系统是随科技进步产生的建筑电气新技术。最早出现于1994年，即数字可寻址照明接口系统，简称DALI系统。随科技发展和工业普及化，智能照明控制系统的成本大幅度降低，并被逐步改良应用[1]。从当前智慧城市的发展进程来看，智能照明系统已经成为其重要组成部分，在工业、商业等领域内，越来越多的项目开始应用智能照明。与传统的照明方式相比，智能照明系统具有三大优点：节能性、智能性、可调节性。在当今的工业项目中，节能显得愈发重要[2]，智能照明系统有着极大的发展潜力，并且可以与其他智能家居系统进行联动[3]。
本文就智能照明控制系统的安装调试，以及传统照明技术和智能照明控制系统的能耗对比进行分析
1智能照明控制系统选型研究
在当今的智能照明市场，主要存在两种系统形式：无线式智能照明系统与总线式智能照明系统，总线式的智能照明系统目前应用的最为广泛[4]。
无线式智能照明系统主要利用RFID、无线ZigBee、WiFi等技术实现末端设备与移动端和主机的交互，其优点在于使用灵活，更可以通过智能穿戴设备进行访问控制，但其缺点是存在通讯距离过长时信号不稳定的问题，所以更适合小型家居以及厂房改造等类项目。[5]
而总线式，即通过总线协议替代无线协议，目前常用的总线协议有KNX总线、CAN总线和profibus总线。总线式智能照明控制系统通讯稳定，并且可以应用于各类大型厂房和公共场所。总线式系统具有两种控制逻辑——本地控制和主机控制，业主通过控制面板进行局部控制，物业通过主机进行全局控制。与传统照明技术不同，面板的开关控制并非通过灯具的火线通断，而是通过对配电箱内的模块发出逻辑讯号以实现开关，这样更加安全可靠。[6]
2智能照明控制系统的安装和调试
2.1系统安装
总线式智能照明控制系统一般由网关模块、电流控制模块、总控制器模块和末端节能灯具组成。照明系统的所有模块由一个单独电源供电，所以虽然是“手拉手”式总线连接，但出于功率限制每个分支的控制数量仍存在上限，在设计时即需要根据电源功率考虑总线排布。
2.2系统调试
智能照明控制系统的调试是最关键的一环。系统通讯介质一般在近距离选用双绞屏蔽线而远距离使用光纤。双绞屏蔽线有屏蔽作用，但施工过程的不规范操作很可能会导致电信号传递受到各种莫名其妙的干扰；而如果采用光纤进行通讯，即使打光正常，但后续的轻微折损也可能导致信号的传递失败。对于调试过程存在问题的点位，必须沿总线顺序逐个进行测量，直到排查完毕。
当全部线路确保通讯畅通后，把上位机软件内的数据与实际电流控制器或灯具的物理地址进行一一匹配，即可实现远程智能化控制照明。
3节能性分析
对比传统照明技术，智能照明系统从以下三方面可做到有效节能：
3.1灯具照度
在使用传统照明技术时，随照明系统的长时间使用，灯具的照度和光源的反射率会不断衰减，对此照度计算时需增加维护系数K。K的选取与灯具使用次数和维护次数有关，K的存在使竣工时灯具选用的照度要高于设计参数，造成照度超标，能源浪费。[7]
参考照度计算公式如下：
.png)
E平均照度
φ光通量
N光源数量
U利用系数
A工作面面积
K灯具维护系数
而对于使用智能照明控制系统的项目来说，项目竣工时同样会由于公式内维护系数K造成照度大于设计要求。但后续可通过传感器调节，把照度调回到初始设计值并稳定下来，从而减少能源浪费。
3.2照明区域
对于大型厂房、公共场所，照明存在过饱和度，即在敞开式公共区域一般为大片灯具同时开启，即使业主和物业存在节能意识，但是由于设计的限制只能做到隔几排灯具亮一排，结果仍存在能源浪费。采用智能照明控制系统，通过对灯具的编码，即可以实现对任意灯具的点控，根据实际需求实现某一区域均匀分布点亮灯具以进行节能。[8]
3.3照明时间
不同的功能区域往往有不一样的工作时间需求，即需要照明的时间段有所不同。传统照明的大型厂房或公共场所，为了节省人力，往往选择早晚统一时间开关照明，这会导致一些空区域常亮。而对于智能照明系统，对不同区域的编码可以实现不同区域分别定时开关，确保所有的能源使用恰到好处。[9]
4实际案例分析
4.1建筑概述
杭州某大型全球培训中心，由室外园林区、地下车库以及四幢单体楼栋组成，建筑面积约11.67万平方米。四幢楼栋分别用于教学、实验、物业办公和食堂。整个项目包含泛光照明及园林照明在内，均采用统一的智能照明系统控制。
4.2系统概述
本项目的智能照明控制系统采用的是施耐德基于KNX总线开发的产品，整体系统采用分层结构，分为域和支线，结构示意图如图1所示，对于每一个域和支线均配备总线电源。每个楼栋、地下室、园林都作为一个单独的域，其内部的各个照明回路作为支线。所有域按分布式排列与总控制器连接。这种结构的优点是布线简单、可拓展性大，并且任意部分出现故障时不会影响其他部分的正常运行。[10]
.png)
图1 系统结构
在物理层面上，域内采用RVS7*1.5信号线进行“手拉手”串联，把电流控制器、控制面板、传感器、总线电源等元件连接在一起。考虑到电压讯号传输存在远距离干扰，总控制器和域之间则通过光纤进行交互通讯。
4.3园区控制逻辑
物业采用分区域定时控制、人体感应控制及整体定时控制三种方式对园区照明时间进行调节：
根据业主的需求，对不同区域设置相应早晚开关时间；考虑到晚上人员加班情况，通过人体感应控制和小区域点控以确保加班人员办公区域灯具点亮；晚上11：50所有回路统一进行一次关闭。
4.4采光需求和控制方式
针对培训中心的不同区域，采光需求和光照时间段都有明显不同，详见表1。不同功能区域最低光照度取自《建筑照明设计标准》GB50034-2013，需求时间则根据该培训中心日常工作时间拟定。[11]
表1 不同功能区域照度及使用时间
|
地下车库
|
50
|
全天
|
|
食堂
|
200
|
7：00-9：00/11：00-14：00/16：30-19：30
|
|
物业办公区
|
500
|
7：00-10：30/13：30-21：00
|
|
实验楼设备区
|
500
|
7：00-18：00
|
|
实验室讨论区
|
300
|
7：00-18：00
|
|
前台接待大厅
|
200
|
7：00-18：00
|
|
教师办公区
|
500
|
7：00-10：30/13：30-18：00
|
|
展厅
|
300
|
8：00-18：00
|
|
公共讨论区
|
300
|
7：00-18：00
|
|
图书馆
|
300
|
7：00-18：00
|
|
后勤区
|
200
|
7：00-21：00
|
|
楼梯
|
50
|
全天
|
|
机房
|
200
|
7：00-18：00
|
在园区的实际运行中，并不能完全满足各区域的照明时间段，如楼梯理论上24小时都有人出现的可能，但24小时常亮会造成极大浪费，如讨论区理论上在工作时间都应该保持常亮，但实际上工作时间内并不是时刻都有人在使用讨论区，也会造成能源浪费。基于此，针对不同区域的情况，智能照明控制系统采用不同的控制方式，见表2，以确保最大程度上减少能源浪费[12]。
表2 不同区域控制方式
|
区域
|
控制方式
|
|
地下车库
|
7：00-9：00/18：00-20：00点亮所有照明，其余时间开半数灯保证最低照度
|
|
食堂
|
时段定时控制
|
|
物业办公区
|
时段定时控制
|
|
实验楼试验区
|
人体感应控制
|
|
实验室讨论区
|
人体感应控制
|
|
前台接待大厅
|
时段定时控制
|
|
教师办公区
|
时段定时控制
|
|
展厅
|
人体感应控制
|
|
公共讨论区
|
人体感应控制
|
|
图书馆
|
时段定时控制
|
|
后勤区
|
时段定时控制
|
|
楼梯
|
声光控制
|
|
机房
|
人体感应控制
|
4.5能耗分析
现对各区域计算采光面积，并根据《建筑照明设计标准》GB50034-2013，可查询到各功能区域的照明功率密度与照度的对应关系，从而计算出各区域的照明功率，见表3
表3 各区域照明功率
|
区域
|
照度（lx）
|
照明功率密度（W/㎡）
|
面积（㎡）
|
照明功率（kW）
|
|
地下车库
|
50
|
2.5
|
20000
|
50
|
|
食堂
|
200
|
9.0
|
4830
|
43.5
|
|
物业办公区
|
500
|
15.0
|
4283
|
64.3
|
|
实验楼试验区
|
500
|
15.0
|
3456
|
51.8
|
|
实验室讨论区
|
300
|
9.0
|
324
|
2.9
|
|
前台接待大厅
|
200
|
11.0
|
2796
|
30.8
|
|
教师办公区
|
500
|
15.0
|
9152
|
137.3
|
|
展厅
|
300
|
13.5
|
1056
|
14.3
|
|
公共讨论区
|
300
|
9.0
|
1116
|
10.1
|
|
图书馆
|
300
|
9.0
|
384
|
3.5
|
|
后勤区
|
200
|
9.0
|
512
|
4.6
|
|
楼梯
|
50
|
2.5
|
2448
|
6.2
|
|
机房
|
200
|
7.5
|
4352
|
32.6
|
根据不同区域的照明控制方式，灯具的每日工作时间需要进行调整。对采用时段定时控制的区域，工作时间即为时段时间；对采用声光控制和人体感应控制的区域需根据实际情况判断工作时间。根据功率和每日工作时间可计算出采用智能照明控制系统时园区各区域的每日用电量，见表4。
表4 智能照明控制下各区域每日能耗
|
区域
|
功率（kW）
|
工作时间（h）
|
每日能耗（kW·h）
|
|
地下车库
|
50
|
20
|
1000
|
|
|
100
|
4
|
400
|
|
食堂
|
43.5
|
8
|
348
|
|
物业办公区
|
64.3
|
11
|
707.3
|
|
实验楼试验区
|
51.8
|
4.5
|
233.1
|
|
实验室讨论区
|
2.9
|
4.5
|
13
|
|
前台接待大厅
|
30.8
|
11
|
338.8
|
|
教师办公区
|
137.3
|
8
|
1098
|
|
展厅
|
14.3
|
2.5
|
35.75
|
|
公共讨论区
|
10.1
|
1.5
|
15.15
|
|
图书馆
|
3.5
|
11
|
38.5
|
|
后勤区
|
4.6
|
14
|
64.4
|
|
楼梯
|
6.2
|
1
|
6.2
|
|
机房
|
32.6
|
2
|
65.2
|
4.6传统照明方式能耗分析
若本项目未采用智能照明控制系统，现计算每天的照明电能消耗。此情景可用智能照明控制系统维护过程进行模拟，此时由物业每天7：00派人全区域打开照明，晚上18：00和21：00分别由物业巡逻人员进行分批次关闭。计算出此模式下每日能耗并与智能照明模式进行对比，见表5。
表5 两种照明控制方式的能耗对比
|
区域
|
功率（kW）
|
工作时间（h）
|
传统模式每日能耗（kW·h）
|
智能照明模式每日能耗（kW·h）
|
每日节能（kW·h）
|
|
地下车库
|
50
|
24
|
1200
|
1400
|
-200
|
|
食堂
|
43.5
|
12
|
522
|
348
|
174
|
|
物业办公区
|
64.3
|
14
|
900
|
707.3
|
192.7
|
|
实验楼试验区
|
51.8
|
8
|
414.4
|
233.1
|
181.3
|
|
实验室讨论区
|
2.9
|
8
|
23.2
|
13
|
10.2
|
|
前台接待大厅
|
30.8
|
11
|
338.8
|
338.8
|
0
|
|
教师办公区
|
137.3
|
11
|
1510.3
|
1098
|
412.3
|
|
展厅
|
14.3
|
11
|
157.3
|
35.75
|
121.55
|
|
公共讨论区
|
10.1
|
11
|
111.1
|
15.15
|
95.95
|
|
图书馆
|
3.5
|
11
|
38.5
|
38.5
|
0
|
|
后勤区
|
4.6
|
14
|
64.4
|
64.4
|
0
|
|
楼梯
|
6.2
|
1
|
6.2
|
6.2
|
0
|
|
机房
|
32.6
|
11
|
358.6
|
65.2
|
293.4
|
通过表格，可以看出采用智能照明控制系统的情况下园区每天可节省大量能源。在地下车库一项上，虽然采用智能照明控制系统反而能耗增加，但这是为了在早晚上下班高峰期为业主提供更明亮的驾驶环境，确保业主安全。
经过计算，智能照明系统每天可以为园区节省1281kW·h的电能，一年则可节省467711度电能。
5结语
本文介绍了智能照明控制系统的类型，和系统的安装和调试重点。并对智能照明控制系统的节能性进行了深入分析，最后通过实例计算得出结论，对于大型厂房和公共场所，采用智能照明控制系统确实比采用传统照明技术更加节省能源。
参考文献：
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