綠色建筑照明控制系統(tǒng)

文｜上海泰豪智能節(jié)能技術(shù)有限公司 葉 律

上海靈佳自動化信息技術(shù)有限公司 林永健

1 概述

照明控制在歷史上共分為三個階段：手動控制階段、自動控制階段和智能控制階段，他們是伴隨著人類社會和技術(shù)的進步發(fā)展起來的。

電燈發(fā)明以后，一般采用開關(guān)控制或者斷路電器等工具進行照明控制。這是一種在電氣時代最簡單的控制方法，在回路較少的情況下，這種方法簡單、直觀、方便。隨著大面積照明場所的出現(xiàn)，尤其是寫字樓的出現(xiàn)，使得簡單的開關(guān)控制不再適應(yīng)現(xiàn)實的需求。

在手動控制階段后期，由于遠距離控制的需要，在原有的開關(guān)控制基礎(chǔ)上發(fā)展出了觸發(fā)器、繼電器和時鐘控制等，這時就進入了自動控制階段。這些設(shè)備主要起到的是定時、遠距離和集中控制的作用，比如寫字樓的照明系統(tǒng)，可以在一定時間內(nèi)集體開關(guān)，遠距離集中控制；還比如路燈系統(tǒng)，可根據(jù)本地日照情況集中控制多條道路的路燈開關(guān)。

隨著計算機技術(shù)的出現(xiàn)，照明控制也進入了智能控制階段。智能控制系統(tǒng)以計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，以計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等互相滲透為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代化多種光源共同組成的照明系統(tǒng)為控制對象，以人機交互為最終目的。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，高效節(jié)能、無污染、?無公害的綠色照明技術(shù)LED照明將取代傳統(tǒng)光源成為主流照明技術(shù)。

現(xiàn)代的智能化控制系統(tǒng)是數(shù)字化、模塊化的分布式控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)由控制模塊、探測模塊、操作模塊等部分組成，其中操作模塊又可分成開關(guān)操作和調(diào)光操作；探測模塊主要包括照度探測器、紅外線探測器、聲光探測器等；控制部分又分為個體控制、群組控制和模式控制等。現(xiàn)代化的智能控制系統(tǒng)其控制部分并不是集中在某一控制區(qū)內(nèi)，而是分散在整個回路的多個部分，由回路中的不同光源點的實際情況根據(jù)人們事先設(shè)定好的要求分布式控制，真正實現(xiàn)人機互動的要求。整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的連接也非常的簡單，參照計算機的傳輸模式，一般實行的是有線的傳輸模式，或是通過無線的傳輸方式。傳輸中所使用的電壓也不在是傳統(tǒng)控制中的高壓傳輸，一般都是采用低壓傳輸。

采用智能的照明控制系統(tǒng)，不僅能控制照明系統(tǒng)模式，還能對于單體照明回路進行個性化調(diào)節(jié)，從而可以達到節(jié)約能源，延長燈具使用壽命的目的；同時又能營造出舒適的生活和工作環(huán)境，減少翹板開關(guān)造成的電磁污染，最大限度地展現(xiàn)綠色建筑節(jié)能、節(jié)材的先進理念。

2 照明控制系統(tǒng)原理與特點

智能照明控制系統(tǒng)利用電磁調(diào)壓及電子感應(yīng)技術(shù)，對供電進行實時監(jiān)控與跟蹤，自動平滑地調(diào)節(jié)電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功耗，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，從而達到優(yōu)化供電目的。智能照明控制系統(tǒng)在確保燈具能夠正常工作的條件下，給燈具輸出一個最佳的照明功率，既可減少由于過壓所造成的照明眩光，使燈光所發(fā)出的光線更加柔和，照明分布更加均勻，又可大幅度節(jié)省電能。同時智能照明控制系統(tǒng)采用計算機編程，將外部環(huán)境的監(jiān)測、燈具的監(jiān)控與跟蹤、系統(tǒng)的優(yōu)化集成到一個平臺或模塊上，利于進行集中式的智能化管理。

智能化照明控制系統(tǒng)應(yīng)該具有以下特點：

（1）系統(tǒng)集成性。是集計算機技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)于一體的現(xiàn)代控制系統(tǒng)。

（2）智能化。具有信息采集、傳輸、邏輯分析、智能分析推理及反饋控制等智能特征的控制系統(tǒng)。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。智能照明控制系統(tǒng)可以是大范圍的控制系統(tǒng)，需要包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)支持，以進行必要的控制信息交換和通信。

（4）兼容性。智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)該可以與樓宇中的其他智能控制系統(tǒng)之間具有控制和監(jiān)測信號可兼容性，智能照明控制系統(tǒng)可以單獨的形成一個獨立系統(tǒng)，也可以作為整體樓宇智能化系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。

（5）使用方便。由于各種控制信息可以以圖形化的形式顯示，所以控制方便，顯示直觀，并可以利用編程的方法靈活改變照明模式和效果。

3 照明控制系統(tǒng)的分類

3.1 多線制與總線制

現(xiàn)代照明控制系統(tǒng)主要有兩種方式：多線制和總線制。

多線制控制是由一個總控制器來完成對于整個照明系統(tǒng)的檢測與控制實施，各個照明點的控制及信息處理都是在這個總控制器中完成的。優(yōu)點是控制管理集中，在一個點就可以完成對于整個系統(tǒng)的控制，但是一旦總控制器出現(xiàn)軟/硬件故障，那么整個系統(tǒng)就處于失控狀態(tài)。為了消除這種隱患，出現(xiàn)了總線制控制系統(tǒng)。而現(xiàn)在的智能照明控制系統(tǒng)大多都采用模塊化的總線制控制的結(jié)構(gòu)，將各個子系統(tǒng)掛接在總線上，各個子系統(tǒng)通過通信協(xié)議進行信息傳遞。各子系統(tǒng)可以獨立在各自區(qū)域內(nèi)進行照明控制，也可以由主控制器進行集中控制。如果某個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，影響范圍僅限于子系統(tǒng)本身。這種總線制的結(jié)構(gòu)也具有良好的擴展性。

總線制智能照明控制系統(tǒng)按照功能一般可以劃分為輸入單元、輸出單元、系統(tǒng)單元以及相應(yīng)的輔助單元和軟件系統(tǒng)，各個單元則是由不同功能的基本模塊構(gòu)成的。

輸入單元的功能是將外界的控制信號（即控制愿望）轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別的系統(tǒng)信號。輸入單元的形式大致有控制面板、液晶觸摸屏、智能傳感器、時鐘管理器、遙感器等。

輸出單元的功能是接受控制總線上輸入單元發(fā)出的控制信號，并具體實施照明系統(tǒng)的控制功能，控制相對應(yīng)的負載回路。輸出單元的大致形式有開關(guān)控制模塊、傳統(tǒng)光源調(diào)光控制模塊、LED調(diào)光模塊、開關(guān)量控制模塊、以及其他模擬輸出模塊等。

系統(tǒng)單元是構(gòu)成智能控制網(wǎng)絡(luò)的各個獨立功能部件，在系統(tǒng)控制軟件的調(diào)控下，通過計算機系統(tǒng)對整個照明系統(tǒng)進行全面實時控制。系統(tǒng)單元主要包括控制總線、編程插口、主控計算機、以及其他網(wǎng)絡(luò)配件等。

輔助單元并不是每一個系統(tǒng)的必要構(gòu)件，只有在自身控制系統(tǒng)無法滿足控制需求時，才考慮加設(shè)諸如分割模塊、電源模塊、輔助控制器或功率放大器之類的輔助單元。

軟件系統(tǒng)則應(yīng)當根據(jù)系統(tǒng)要求包含控制軟件、編輯軟件、圖形監(jiān)控軟件和一些具有特定功能的輔助設(shè)計軟件。

3.2 照明控制系統(tǒng)控制方式

智能照明控制按照不同的控制方式可以分為分區(qū)域控制、分類型控制和情景模式控制等。分區(qū)控制就是將一個區(qū)域劃分為若干個子區(qū)域，從而達到既可以獨立控制每個獨立區(qū)域，又可以聯(lián)合控制整個區(qū)域。分類型控制就是將一個區(qū)域內(nèi)相同類型或者相同控制要求的燈劃分為一組或若干組，從而達到既可以同組控制又可以整體控制。情景模式控制就是為某個回路的燈按照使用要求設(shè)置一定的智能運行程序，從而使這個回路的燈具根據(jù)不同的使用場景自動調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。

采用這些智能控制模式，可以大大地減少傳統(tǒng)翹板型開關(guān)，降低傳統(tǒng)開關(guān)開啟時產(chǎn)生的電磁污染，優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境。而集中式的監(jiān)控模式又便于了解和控制整個照明系統(tǒng)的運行狀態(tài)，避免因為人為疏忽而造成的某個區(qū)域或某個回路的錯誤開啟/關(guān)閉，造成不必要的能源浪費或影響工作生活。

這幾種控制類型也可以根據(jù)具體需求和環(huán)境相互結(jié)合，從而達到更便捷、更節(jié)能的目的。

4 綠色照明控制系統(tǒng)

隨著當今社會經(jīng)濟發(fā)展，城市的中心地區(qū)建造了越來越多的綜合型辦公樓宇，這些樓宇中照明系統(tǒng)的能耗占據(jù)樓宇總體能耗中相當可觀的一個比例。如何應(yīng)用綠色低碳光源、優(yōu)化照明控制系統(tǒng)，減少不必要的照明能耗，將會是未來一個重要的研究課題。一方面研發(fā)低能耗高效率的現(xiàn)代化光源合理地替代傳統(tǒng)光源，在保證照明質(zhì)量的前提下提高發(fā)光效率和照明舒適度；另一方面采用樓宇智能化照明控制系統(tǒng)，通過嚴謹科學(xué)地控制程序編制，可以最大程度優(yōu)化整體照明布局，合理簡便地監(jiān)控照明系統(tǒng)的運行，降低系統(tǒng)耗電量，同時有效延長部分照明燈具的使用壽命。在現(xiàn)代化的辦公樓中存在為數(shù)不少的長時間或24小時開啟的燈具，但是這些燈具的真正使用率卻很低，只是在緊急情況或局部區(qū)域處于使用狀態(tài)下才發(fā)揮照明作用，不過這些燈具卻長時間保持開啟。比如樓道和樓梯中的逃生指示燈，一般都處于24小時開啟狀態(tài)，但它本身卻不能提供照明作用。如果采用照明智能控制系統(tǒng)，按照逃生燈的特殊功效進行系統(tǒng)程序編制，設(shè)定成情景模式控制，與樓宇中的消防應(yīng)急系統(tǒng)進行聯(lián)動，當發(fā)生火災(zāi)或其他緊急狀況時，自動將此回路開啟，這樣可以節(jié)約一定量的電能消耗，并且延長燈具的實際使用壽命。

建筑物中長時間提供指定照度的燈具也需要通過采用智能照明控制系統(tǒng)來優(yōu)化管理。根據(jù)各自區(qū)域的不同照明要求和綠色建筑的規(guī)范，編制相應(yīng)的控制策略，采用分區(qū)、分類或者情景模式控制，利用計算機系統(tǒng)進行優(yōu)化計算，精準地監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有照具的狀態(tài)。在采用智能照明控制系統(tǒng)時，可以與建筑物中的周邊環(huán)境和使用特點相結(jié)合，如適度地利用自然光，根據(jù)自然光強度自動調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)照度；比如根據(jù)局部區(qū)域的人流特點設(shè)置紅外感應(yīng)儀與時鐘裝置，自動控制局部的燈具開啟/關(guān)閉；可以自由設(shè)置不同情境模式，根據(jù)使用功能不同，簡單地在不同模式間相互切換。利用智能照明控制系統(tǒng)可以提供一個高品質(zhì)的生活工作環(huán)境，并且在這個環(huán)境中保障高舒適度的同時，做到最大限度的節(jié)能、節(jié)材，更好地符合綠色建筑的規(guī)范要求。

5 結(jié)束語

綠色建筑的照明控制系統(tǒng)需要結(jié)合綠色光源的特性，在充分利用自然光源的基礎(chǔ)上，應(yīng)用智能化控制策略來滿足人們生產(chǎn)與生活的需求。