淺析大型公共建筑燈光智能控制系統

黃海強

【摘 要】針對大型公共建筑耗電量大，其中照明耗電所占比例較大且存在浪費的問題，從照明控制上可以有效節約耗電量。根據大型建筑的特點，結合近幾年逐步改造經驗，在保證使用絕對安全、可靠的原則下，利用分區控制、感應控制、場景控制等方式實現了6000多個環境燈光及舞臺燈光回路和2萬多支不同燈具的智能化、節能化控制，以具體燈光控制系統改造工程為案例，淺析了照明智能控制系統的設計、安裝、使用情況。

【關鍵詞】大型公共建筑；燈光智能控制；照明控制

0 引言

目前，建筑能耗占全國能源消耗總量的27.45%[1]，而在所有建筑中，公共建筑耗電量過大，據統計，大型公共建筑（建筑面積大于2萬平方米）單位面積耗電量是普通公共建筑的4倍，其中建筑照明電量能耗占到整個建筑電量能耗的25%-35%，占全國電力總消耗量的13%，因此照明節能空間潛力很大。所以減少大型公共建筑的照明能耗已經成為整個節能工作中一個重要的環節。減少大型公共建筑照明能耗除了在照明燈具上進行更新換代，比如采用節能燈、LED燈等新型燈具外，另一個有效方法就是對照明燈具的有效控制。

自上世紀90年代開始，智能照明控制系統已經作為一個獨立的系統在國內智能建筑中得以應用。經過近20年來的發展，主要有HDL、ABB、Siemens、Merten、Clipsal、Dynalite、Lutron、Palaron、Panasonic等智能照明系統在國內各類項目中得以應用。

本文主要對照明控制以節能、方便使用為驅動從傳統到智能化的轉變進行分析，以HDL的照明控制技術結合現實需求對燈光智能控制的應用進行介紹，對具體燈光控制系統改造進行實例分析。

1 建筑照明控制

建筑照明控制系統以實現節能效果顯著為主要目的。有效控制可以延長光源壽命，改善工作環境，提高照明質量，實現多種照明效果。

1.1傳統建筑照明控制

傳統的照明控制系統是典型的強電控制系統，它的選型配置首先取決于照明回路的數量、負載的容量、負載的類型，這決定了系統的投資主體。它的安裝、調試也都必須與照明供電及負載回路緊密結合。多采用蹺板開關控制。大面積區域內燈具，采用雙聯、三聯、四聯開關或多個開關。

1.2智能照明控制系統

智能照明控制系統就是根據某一區域的功能、每天不同的時間、室內外亮度或該區域的用途來自動控制照明設備，并能夠實現集中統一管理與監控的功能，結合現代照明技術與照明藝術，科學地管理照明設備，讓人們不僅在照明技術參數指標方面達到標準的要求，而且舒適、明亮并富有藝術魅力的照明環境里工作和生活。其技術手段是通過計算機發出控制信號，執行端用接觸器控制照明回路，是一個典型的弱電控制強電的系統。同時以環境調光為特色，用弱電的數字信號來調節強電的模擬電壓輸出，使照明亮度連續可調，又利用計算機可存儲的特點，將設定的照明參數、時間參數預先存儲起來，達到可預置場景調光以及完成前面提到的各種控制功能。

1.3傳統建筑照明控制與智能照明控制的比較

1.3.1線路系統比較

1）單控電路系統比較（表1）。

2）雙控電路系統比較（表2）。

1.3.2控制系統比較

1）控制方式比較（表3）。

2）照明方式比較（表4）。

3）管理方式比較（表5）。

2 大型公共建筑燈光控制系統改造

本案例中的大型公共建筑燈光控制系統改造工程主要選擇了光纖網絡調光立柜5臺，共計480回路，其中240路為調光回路，240路為繼電器回路。主控板既可以接收DMX512信號也可以接收485網絡信號同時還可以接收計算機燈光控制軟件的網絡信號。主控設備選用定制了100按鍵485信號控制臺和50按鍵控制臺；電腦調光臺可控制5臺可控硅柜；同時根據需求使負載可實現分組、分項、分路控制，回路可實現多點、異地、不同信號的控制，定制了既能滿足集中控制、監控又能達到減少人力資源投入、提升管理水平等智能化需求的控制軟件。

2.1 照明配電

大型公共建筑為了確保用電安全可靠，在配電方式上一般采用雙路供電，兩路電源分別引自設在地下室變電站的兩段母線，在工程設計中要事先留出線路豎井。各房間都設有專門的配電小間。此次改造，在整體配電方式上沒有做大的變動，只是在個別線路上做一些調整。配電小間內設雙電源自動互投切換裝置

2.2 燈光場景設置與線路組合

燈光線路的布排問題上，基本遵循了兩個原則，第一是合理預設場景使一條線路上的燈盡量少；第二是有限的調光柜所含支路數且不超過每條支路的最高負荷。工程中有上千只燈，不可能每一個燈設一個支路。首先對全部燈進行分區；然后對燈具進行分類，分為槽燈、方燈、花燈、壁燈等；再則對每一種類燈進行拆分，如花燈分花燈“鍋底”燈、外圈、中圈等并對其中分電路三項接線；最后根據照度、負荷安排每條支路所帶燈，匯集至調光柜，再根據場景組合。

2.3 燈光控制網絡系統方案

燈光網絡控制系統采用光纖作主干道進行遠距離網絡傳輸，數據傳輸介質采用光纖以太網信號，整個網絡結構采用光纜星形結構，每個子網的相關控制設備通過總線交換機轉成TCP/IP網絡信號后接入以太網交換機，以太網交換機和光纖交換機進行數據轉換傳輸，并以DMX作輔助網絡傳輸控制組成網絡。整個控制系統遵守TCP/IP通訊協議及DMX512協議。

系統采用96路調光柜，調光柜帶有雙路DMX接口、以太網接口、光纖接口、RS485總線接口。在燈光控制中采用了基于PC加總控制臺的以太網總線控制和基于調光臺的DMX協議控制。為了保證燈光設備的控制信號穩定可靠地傳遞，且調光柜和調光臺距離較近，所以系統調光通路采用DMX512標準協議，從調光柜的DMX接口接入調光臺。因DMX信號傳遞距離大約為299米，其它地方如距離較遠可加信號放大器或采用以太網控制。在調光柜中采用可控硅對燈光的電壓進行調節實現燈光的亮度調節，為保證燈光的控制可靠性，特定制了可以直放/調光雙模式的調光模塊，在不需調光，會場燈光必須穩定時，打入直放模式，調光失效，避免因誤操作而影響現場燈光效果。

2.4 其它模塊的應用

針對單獨小廳室，一方面考慮到工作實際需求與改造成本因素，另一方面對以前控制產品進行擴展完備。此次改造采用單獨小模塊將各小廳室單獨控制并入系統。

2.5 軟件設計

根據現實需求設計了配合燈光控制的軟件控制平臺。通過軟件可以編制不同場景開關燈方式，監測配電、調光柜中各支路電壓、電流等數據，同時連入消防監控探頭，可實時監控現場燈光，實現遠程有效控制。

3 結語

1）通過對傳統建筑照明控制與智能照明控制的對比分析，總結通過照明方式的改變可有效節約建筑耗電量，綠色照明、智能照明是未來建筑照明的發展方向。

2）以工程實例分析了大型公共建筑在實行智能照明控制中應基于現實需求，逐步實現。實行劃區域管理，按功能采取不同控制方式。在技術上應采用比較成熟的技術且留出未來可擴展的空間。為其他大型公共建筑實現燈光智能控制提過參考。

3）以大型公共建筑系統改造為工程實例，總結在工程實踐中，實現智能燈光控制系統步驟、方法。在設計中要充分考慮配電線路路由的預留，注意支路設置方法以及為維修留有足夠的空間等，為具體工作提供借鑒。

參考文獻：

[1] 前瞻產業研究院.2013-2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告[R].2013.

[2] 司小雷.我國的建筑能耗現狀及解決對策[J].建筑節能。2008.2.

[3] 徐華.淺談照明控制及智能照明控制系統[J].低壓電器，2008.6.

[4] 段程旭，王公仆，謝秀穎.淺談智能照明技術[C].照明山東學術論文集，2010.12.

[5] 劉明，吳文雄，朱桑，鐘林楓.微波無線DMX網絡調光技術[J].現代電視技術，2002.9

（作者單位：人民大會堂管理局）