祝正達(dá)

摘要本文結(jié)合工作中的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的原則，對(duì)民用建筑內(nèi)幾種照明燈具調(diào)光方式進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)LED燈具照明控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，以便在今后實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備安全、可靠、靈活的控制，滿足對(duì)建筑物節(jié)能照明的要求。

關(guān)鍵詞: 照明控制 節(jié)能

Abatract Combined with experience, the principle of energy-saving lighting, the author introduces the lighting dimming method ofcivil construction and LED lighting control system . It is conducive to control the lighting equipment to be safe, reliable and flexible, and?meeten ergy-efficient lighting requirements.

Key Words: Lighting Control, Energy Conservation

中圖分類號(hào): J914文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，照明不再僅僅是滿足人們視覺(jué)上的明暗要求，還應(yīng)具備各種照明控制方式，使得建筑物、景觀照明效果更加生動(dòng)，給人豐富的視覺(jué)沖擊和美感享受等。而人們?cè)谙硎苷彰鲙?lái)的各種便利的同時(shí)，也面臨的能源緊缺的窘境。眾所周知，照明能耗在建筑能耗中所占比例較大，往往僅次于空調(diào)。照明節(jié)能在節(jié)約能源中有著重要的地位和舉足輕重的作用，通過(guò)合理的燈具控制方式與采用有效的調(diào)光措施，能獲取有效的照明節(jié)能效果。

照明調(diào)光節(jié)能

對(duì)于照明燈具控制，除了開(kāi)關(guān)要求外，調(diào)光也是重要的組成部分。

照明的基本作用是為了人類在夜晚或自然光不足的場(chǎng)合提供足夠的照度，以方便人們正常生產(chǎn)及生活。根據(jù)相關(guān)要求，不同的區(qū)域需要滿足不同的照度標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在照明消耗用電的過(guò)程中，在不需要的情況下關(guān)斷照明可以節(jié)約能源。不過(guò)在有些時(shí)段和情景要求下，若能把燈光調(diào)節(jié)到較暗的程度，也是可以大幅降低能源消耗的。如辦公樓、商場(chǎng)、學(xué)校等公共場(chǎng)所，在晚上如所有照明全部關(guān)掉，會(huì)有行動(dòng)不便或不能滿足治安巡邏的要求。

照明調(diào)光控制是利用調(diào)光裝置進(jìn)行照明控制。調(diào)光控制可以節(jié)約能耗、提高工作效率、增強(qiáng)靈活性，而且能發(fā)揮很好的美學(xué)效果。

照明燈具調(diào)光

調(diào)光是改變照明裝置光輸出的過(guò)程，既可以是連續(xù)性的，也可以是步進(jìn)式的。

調(diào)光的方法很多，比如可變電阻調(diào)光法，調(diào)壓器調(diào)光法，脈沖調(diào)頻調(diào)光法，脈沖調(diào)相調(diào)光法，可控硅相控調(diào)光法，波寬控制調(diào)光法等。

下面對(duì)民用建筑中幾種常用燈具調(diào)光進(jìn)行總結(jié)。

白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光

白熾燈（鹵鎢燈）非常適合進(jìn)行調(diào)光。它們的低效率和隨之產(chǎn)生的高輸入電流，是調(diào)光器工作良好的主要因素。白熾燈（鹵鎢燈）泡中燈絲的熱慣性還有助于掩蓋調(diào)光器所產(chǎn)生的任何不穩(wěn)定或振蕩。

對(duì)于白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光可以通過(guò)限制流經(jīng)負(fù)載的電流實(shí)現(xiàn)。一般可以采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，改變加于負(fù)載的電壓或改變?cè)诮涣髦芷趦?nèi)電流流經(jīng)負(fù)載的時(shí)間。早期一般利用改變電壓來(lái)工作，有電阻調(diào)光型和自動(dòng)變壓型。不過(guò)存在一定的缺陷，這兩種調(diào)光類型都會(huì)造成電能浪費(fèi)，或者說(shuō)將電能轉(zhuǎn)變成為熱量。

可控硅相調(diào)光是目前對(duì)于白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光應(yīng)用中普遍采用的一種調(diào)光方式。白熾燈（鹵鎢燈）使用簡(jiǎn)單、低成本的可控硅調(diào)光器就可以很容易地實(shí)現(xiàn)調(diào)光?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對(duì)照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整。由于調(diào)光電路主要由電子元件組成，相對(duì)來(lái)說(shuō)體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、成本低。但是可控硅相控調(diào)光工作在斬波方式，電壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，由此會(huì)產(chǎn)生大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。

熒光燈調(diào)光

熒光燈的調(diào)光控制方法是隨著電子鎮(zhèn)流器技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展而提高的。在早期熒光燈采用電感鎮(zhèn)流器時(shí)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)燈具的調(diào)光，一般采用在回路中串聯(lián)電感元件或可控硅元件，并聯(lián)一個(gè)補(bǔ)償電容器的方式。隨著高頻電子型鎮(zhèn)流器的出現(xiàn)改變了鎮(zhèn)流器的技術(shù)性能，產(chǎn)生了效率高、性能好、調(diào)光范圍寬、智能化程度高的高頻可調(diào)光電子式熒光燈鎮(zhèn)流器，這種鎮(zhèn)流器作為熒光燈電子控制裝置已成為當(dāng)今熒光燈調(diào)光控制的主流產(chǎn)品。

調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制線數(shù)可分為“二線制”和“四線制”兩種?！八木€制”調(diào)光電子鎮(zhèn)流器是現(xiàn)在得到最為廣泛應(yīng)用的，其調(diào)光控制器通過(guò)二條主電源線為鎮(zhèn)流器提供功率支持，二條低壓控制線與調(diào)光電子鎮(zhèn)流器調(diào)光控制接口配套使用實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、調(diào)光等各種功能性控制。

目前對(duì)于熒光燈調(diào)光的控制方法主要有：模擬調(diào)光控制方法和數(shù)字調(diào)光控制方法。

模擬方法是一種標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)光方法，通常花費(fèi)較低，并且可以與大量的普通控制器兼容，但是模擬控制由于連線固定，不易更改，只能按照配線回路進(jìn)行調(diào)解，使用不靈活，有時(shí)還需一些如繼電器的額外元器件，控制信號(hào)在控制信號(hào)線上也會(huì)產(chǎn)生電壓降，它又會(huì)導(dǎo)致每只電子鎮(zhèn)流器的發(fā)光設(shè)定值發(fā)生變化。

數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路最主要的改進(jìn)是增加了主控制作為數(shù)字信息的存儲(chǔ)器、接收器和發(fā)射器。可以存儲(chǔ)鎮(zhèn)流器地址，接收控制信號(hào)，發(fā)送狀態(tài)信息。

LED調(diào)光

如今，LED照明已成為一項(xiàng)主流技術(shù)。LED手電筒、交通信號(hào)燈和車燈比比皆是，各個(gè)

國(guó)家正在推動(dòng)用LED燈替換民用建筑應(yīng)用中的白熾燈和熒光燈。換用高能效LED照明后，實(shí)現(xiàn)的能源節(jié)省量將會(huì)非常驚人。據(jù)估計(jì)僅在中國(guó)，如果三分之一的照明市場(chǎng)轉(zhuǎn)向LED產(chǎn)品，每年將會(huì)節(jié)省1億度的用電量，并可減少2900萬(wàn)噸的二氧化碳排放量。

無(wú)論功率大小，LED燈都是可以調(diào)光的，但是不能通過(guò)常規(guī)的調(diào)電壓和電流來(lái)改變LED的亮度。這是因?yàn)長(zhǎng)ED的電壓電流跟亮度并不是線性的比例關(guān)系，達(dá)到一定的電壓LED就亮，達(dá)到一定的電流LED就可以達(dá)到80%的亮度，所以通過(guò)調(diào)電壓和電流是不能線性的由0-100%調(diào)節(jié)LED亮度的。而且經(jīng)常改變LED的電流和電壓，對(duì)LED壽命也會(huì)有很大的影響。另外像白光的LED，如果不是在額定的電壓和電流狀態(tài)下，LED的色溫會(huì)產(chǎn)生變化，在額定的電壓和電流狀態(tài)下，LED會(huì)發(fā)出很純正的白光，如果把電壓和電流降低，白光就會(huì)變成發(fā)黃或者發(fā)灰的白光，調(diào)光就失去了意義。

LED燈具的調(diào)光方法常見(jiàn)的有三種：一是線性調(diào)光，二是PWM調(diào)光，三是可控硅調(diào)光。三種調(diào)光技術(shù)各有優(yōu)劣。

⒈ 線性調(diào)光

基于簡(jiǎn)單的分壓原理，其優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)單，不產(chǎn)生干擾，缺點(diǎn)在于不靈活、效率低，而且在降低LED電流的時(shí)候，會(huì)引起白光LED向黃色光譜偏移，同時(shí)還會(huì)因?yàn)榉謮寒a(chǎn)生過(guò)多的熱量。

⒉ 波寬控制調(diào)光（Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱PWM）

PWM調(diào)光技術(shù)目前被認(rèn)為是最有前景的LED調(diào)光技術(shù)。在進(jìn)行脈沖寬度PWM調(diào)光時(shí)，需要提供一個(gè)額外的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號(hào)源。通過(guò)改變輸入的脈沖信號(hào)占空比來(lái)調(diào)制LED驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管的柵極控制信號(hào)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)通過(guò)LED電流大小的目的。通俗一點(diǎn)解釋就是調(diào)整LED的開(kāi)關(guān)頻率，就是我們看到的LED產(chǎn)生亮度改變，其實(shí)只有開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，這個(gè)開(kāi)關(guān)不同于我們平常的對(duì)燈的開(kāi)關(guān)，是非常頻密的，可能每秒開(kāi)關(guān)有幾千次，開(kāi)跟關(guān)的頻率不一樣，我們眼睛看到的亮度就不一樣。

這種調(diào)光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用簡(jiǎn)單、效率高、精度高，且調(diào)光效果好，缺點(diǎn)是由于一般LED驅(qū)動(dòng)器都基于開(kāi)關(guān)電源原理，如果PWM調(diào)光的頻率為200~20kHz之間時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器周圍的電感和輸出電容容易產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。此外，在進(jìn)行PWM調(diào)光時(shí)，調(diào)節(jié)信號(hào)的頻率與LED驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)柵極控制信號(hào)的頻率越接近，線性效果就越差。

⒊ 可控硅調(diào)光

雖然PWM調(diào)光技術(shù)前景被普遍看好，但在目前LED照明替換市場(chǎng)潛力巨大的前提下，終端系統(tǒng)廠商多從替換燈具的可行性角度出發(fā)，更偏好可控硅調(diào)光技術(shù)。線性調(diào)光和PWM調(diào)光在家用以及商業(yè)應(yīng)用上都存在無(wú)法替換性改造現(xiàn)有燈具的問(wèn)題。LED燈具如果兼容現(xiàn)有的可控硅調(diào)光控制技術(shù)，則很容易實(shí)現(xiàn)替換性改造。目前市面上適用于白熾燈的可控硅調(diào)光器不直接適用于LED產(chǎn)品，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)以符合LED的工作特性。

LED燈具照明控制系統(tǒng)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，大功率LED照明應(yīng)用的普及，人們對(duì) LED 照明的高效控制和功能多樣化的要求也不斷提高，LED燈具照明控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。LED 燈具照明控制系統(tǒng)充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將建筑物內(nèi)的各種 LED 照明器具有機(jī)的連接在一起，實(shí)現(xiàn)有效的管理和控制。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和成熟, LED照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成了一種明顯的趨勢(shì)。用TCP/IP協(xié)議可使整個(gè)系統(tǒng)的寬帶、距離、可靠和雙向等功能的實(shí)現(xiàn)，這意味著在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里可同時(shí)連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長(zhǎng)，傳輸控制協(xié)議使LED裝飾照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)模可靠的LED裝飾照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)成本更低，這是以現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支持的必然結(jié)果。

LED照明控制系統(tǒng)主要分兩類：

1. 串行控制系統(tǒng)，以級(jí)聯(lián)的方式進(jìn)行控制，每個(gè)燈的信號(hào)線采用一進(jìn)一出的方式。由于

這種控制方式的芯片本身不產(chǎn)生灰度，如果需要灰度要由控制器來(lái)產(chǎn)生，導(dǎo)致系統(tǒng)的傳輸速率過(guò)高，在工程應(yīng)用中容易受完成擾穩(wěn)定性差。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，控制簡(jiǎn)單，不需要設(shè)置地址，對(duì)于一些穩(wěn)定性、可靠性要求不是很高的項(xiàng)目可以采用此種控制方式；缺點(diǎn)是信號(hào)線過(guò)多，通常需要5根信號(hào)線（時(shí)鐘、數(shù)據(jù)、鎖存、OE、地）。另外由于采用一進(jìn)一出的方式，導(dǎo)致當(dāng)一個(gè)燈出現(xiàn)故障，影響后面一串燈的正常工作；同時(shí)信號(hào)線采用TTL傳輸，燈與燈之間的距離只能在1米以內(nèi)；燈具與控制器必須是同一廠家的產(chǎn)品，否則兩者無(wú)法兼容。

2. 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，其中分為DALI總線和RS485總線兩大類。

DALI不適合LED照明控制，一個(gè)DALI網(wǎng)絡(luò)只能控制21盞全彩LED燈具。DALI是面向傳統(tǒng)照明控制的，注重的是系統(tǒng)的靜態(tài)控制及可靠性、穩(wěn)定性、兼容性。而LED照明系統(tǒng)的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于DALI系統(tǒng)，這就要求系統(tǒng)具有無(wú)限擴(kuò)展能力和較高的場(chǎng)景刷新能力。

世界上多種現(xiàn)場(chǎng)總線（包括DMX512）物理層均使用RS485協(xié)議。在LED照明控制領(lǐng)域，大家通行的做法是每個(gè)LED燈具內(nèi)置一片MCU控制并通過(guò)RS485接口芯片連接到RS485總線上，用一臺(tái)控制器對(duì)RS485總線上的每個(gè)MCU發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。由于這種控制方式需要對(duì)每個(gè)燈具設(shè)定地址，在工程應(yīng)用中很不方便。雖然各控制系統(tǒng)廠商都是用RS485協(xié)議，但應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，所以造成各個(gè)廠商的產(chǎn)品無(wú)法兼容，既燈具廠商的燈具只能由燈具廠商指定的控制系統(tǒng)控制。

DMX512協(xié)議是當(dāng)今使用最廣的燈光通訊協(xié)議。它的廣泛使用是由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、容易理解等，各大廠商先后把DMX512接口加到產(chǎn)品上。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、DMX512標(biāo)準(zhǔn)的普及和快速發(fā)展，在LED照明控制領(lǐng)域，采用現(xiàn)有成熟的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，DMX512標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品是相當(dāng)明智的方法。使用以太網(wǎng)、TCP/IP、DMX512作為L(zhǎng)ED照明控制意味著擁有大量現(xiàn)成眾多的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、軟件資源、DMX512產(chǎn)品。這意味著在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里可同時(shí)連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長(zhǎng)，傳輸控制協(xié)議使LED照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)?？煽康腖ED照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)成本更低。

DMX512是應(yīng)用最廣泛的LED控制系統(tǒng)， DMX512 LED控制系統(tǒng)由DMX512 LED Editor/Player軟件、 DMX512智能燈光控制器、DMX512解碼器、DMX512寫(xiě)址器等組成。由于DMX512也要設(shè)定地址，而DMX512最多只能控制512個(gè)通道也就是170個(gè)全彩LED燈具，所以只能應(yīng)用在小規(guī)模LED控制系統(tǒng)中。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)較大時(shí)，就可以利用Ethernet組成聯(lián)網(wǎng)控制。

總結(jié)

據(jù)中國(guó)照明協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)每年消耗熒光燈數(shù)量大約為4億支。采用合理開(kāi)關(guān)控制與調(diào)光實(shí)現(xiàn)的節(jié)能指標(biāo)是十分可觀的。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，照明燈具控制的方式方法愈來(lái)愈多種多樣，各種先進(jìn)技術(shù)與手段層出不窮，這就要求我們工程技術(shù)人員對(duì)各種燈具控制手段進(jìn)行充分了解，貫徹執(zhí)行節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展理念，大力發(fā)展綠色建筑，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同工程的實(shí)際情況，合理尋找一次投資與節(jié)能回報(bào)的平衡點(diǎn)。

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