高校教室照明設計中智能控制技術應用探索

經過調查發現，高校教室照明用電的管理基本是一種粗放式的管理狀態，一是沒有專人管理，由學生自行控制開啟，晚自習后統一關閉燈具；二是利用定時開關，定時接通和關閉教室的照明電源。對教學樓照明管理的要求是在充分保證教室的照度的前提下，盡可能地節約電能。上述兩種模式都不同程度地存在著缺陷，從而造成電能的浪費。

第一種模式的特點是可以靈活地滿足不同季節、天氣、樓層和朝向的照度要求，控制簡單，是常用的一種方式，但也是最為浪費電能的一種方式，因為在強光下人眼對弱光不敏感，在自然光照大于燈具光照的情況下，難以覺察到燈光的存在，這是造成白天長明燈的主要原因。第二種模式比上一種模式在節能方面有很大的提高，但其致命缺點是無法及時地保證各個教室的照度，因為自然光照不僅受時間、季節等已知因素的影響，而且還要受天氣、樓層和朝向等具體因素的影響。

高校教室照明節能主要有兩種途徑：一是選用高效電光源和燈具。在保證照明質量的基礎上，減少用電量的根本途徑就在于提高光源與燈具的效率，像現在的LED等科技性很高的照明光源的使用，但是現在高校的教室都是舊的日光燈光源，一次性更換全部光源需要的資金是很大的，很多高校承擔不了這筆開銷。二是在現有燈具的基礎上采用智能化控制系統，通過優化照明系統的運行來達到降低能耗的效果，而引入一套智能化控制系統的成本要遠遠低于更換全部光源的造價。

節能是照明智能化控制系統的最大優勢。傳統的照明工作模式，只能是白天開燈，晚上關燈。而采用了智能照明控制系統后，我們可以根據不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細分，把不必要的照明關掉，在需要時自動開啟。同時，系統還能充分利用自然光，自動調節室內照度。控制系統實現了不同工作場合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時，有效減少了燈具的工作時間，節省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。下面是該智能控制系統的工作原理：

首先，該系統對教室的采光情況進行統計，以此作為是否需要打開照明系統的依據，該功能主要是通過光電探測器來實現的。考慮到教室內距離窗戶遠近的差異，受到日光不同強度的特點，為克服光電探測器受光面較小的弊端，應該在教室內合理地分布光電探測器，用于科學地探測自然光照的強弱。光電探測器在教室中的分布則根據此統計情況進行設置，即在每個區域的距離窗戶最遠的地方安放一個光電探測器。每個區域的日光燈則由設置在教室內的開關或遠端的主控系統的上位機來控制。此外，相鄰的不同區域裝置的探測范圍都有一定的重疊以確保當有人在相鄰兩個區域中間學習時能夠得到足夠的光照。當教室要作特殊使用時(如多媒體教學)，則需要拉上窗簾，關閉所有的日光燈或只打開少量微弱的燈具。當教室的自然光照不夠，教室中有一個同學單獨處于某一個控制區域內時，只有他所在區域的日光燈亮；當再有其他同學來這個教室學習時他們完全可以選擇坐在已經亮燈的地方，若他們選擇其他區域學習，情況類似。這樣就完成了對教室照明的智能控制，起到了節約電能的作用。

其次，就是教室人數的統計。日關燈遠程控制系統主要針對下面兩種情況來設計的。第一種情況是該系統接入教務處的教室管理系統，教室在上課時，此種情況不需要做過多的判斷，默認為教室處于滿負荷工作狀態，系統開啟教室里的所有日光燈，當教室上課結束后，系統自動延時一段時間后自動關閉教室內的所有日光燈。第二種情況是教室用于學習自習，系統首先開啟沒有上課安排的教室作為第一個學生自習室，同時系統通過計數器對進入該教室的人數進行統計，根據進入教室的人數陸續地打開教室的日光燈，若上自習的學生人數達到該教室最大可容納人數的90%時就表示此教室已滿員，那么再開放第二個沒有上課安排的教室作為第二個學生自習室，依次類推。

對進入教室人數的統計靠反射式紅外傳感器來完成，不僅僅是進入教室內人數的統計，而且是由其統計的人數來決定教室內亮燈數量，以實現節約電能的目的。該反射式紅外傳感器分別安裝在教室門內外兩面來完成對人體的探測，實現對進入和離開教室學生人數的統計。

該系統中還可以進行報警設置，如當教室內沒有人，卻有照明燈具在工作，這時教學樓的總控會報警提示，提醒管理人員熄滅相應教室的用電設備。在主控系統中，如處理器對控制器有狀態請求或控制器本身產生故障，控制器可向主控系統返回本機狀態。

該照明智能控制系統以教室監控系統為重點，根據目前高校的教學樓特點，通過實時監控、檢測教室內部環境的變化，適時自動、準確、及時開啟和關閉照明電源，可以有效地解決目前學校教室普通照明開關由于不能及時關斷照明系統，而造成能源大量浪費的問題。大大減少了管理人員的數量，也解決了燈具使用壽命短等一系列困擾管理者的難題，并為學校后勤智能化管理發揮作用。

參考文獻：

[1]對高校教學樓照明管理中節能的淺析.中國LED廣告照明網，2010

[2]馮義飛.教室照明智能控制的設計與開發，2007

[3]胡興軍.發展中的智能照明系統[J].光源與照明，2004

作者簡介：

曲冬日（1982-），男，教師，助教。