楊 鍇

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司, 廣東 廣州 510655)

0 引 言

民用建筑行業(yè)中,辦公樓照明的智能化對(duì)使用環(huán)境舒適性的提高有重要作用,對(duì)節(jié)能減排也有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì),一盞普通熒光燈一年需消耗240 kWh(按3 000 h/年計(jì)算用電時(shí)間)。照明是辦公樓電能消耗的主要部分,而辦公樓的實(shí)際照明需求是動(dòng)態(tài)的,如靠窗辦公和靠走道辦公需要不同的人工照明;不同時(shí)間不同季節(jié)的自然采光不一樣,需要的人工照明也不同。傳統(tǒng)的辦公樓照明設(shè)計(jì)中,每個(gè)區(qū)域的燈具布置固定,只能通過面板開關(guān)控制燈具開關(guān),導(dǎo)致平均達(dá)40%的人工照明是多余的。而部分智能樓宇也只是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制和定時(shí)開關(guān)功能[1-3]。

本文介紹一種辦公樓智能照明控制系統(tǒng),通過該系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用,闡述未來照明設(shè)計(jì)的一種思路。

1 智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)由輸入單元、感知單元、計(jì)算單元、執(zhí)行單元、受控單元組成,其中輸入單元既可以是傳統(tǒng)的面板開關(guān),也可以是觸摸屏(甚至電腦、手機(jī));感知單元為照度傳感器、人體傳感器等;執(zhí)行單元為開關(guān)模塊、調(diào)光模塊;受控單元為燈具、窗簾電機(jī)。感知單元將傳感器信號(hào)傳遞給計(jì)算單元,計(jì)算單元經(jīng)過邏輯運(yùn)算,根據(jù)運(yùn)算結(jié)果發(fā)送命令至執(zhí)行單元,控制燈具的照度和窗簾的開合。智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能照明系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能照明控制系統(tǒng)可以分解為單個(gè)燈光控制回路,若干燈光控制回路通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接組成房間控制回路,若干房間控制回路通過ZigBee協(xié)議組成樓層控制回路,所有樓層控制回路加上總計(jì)算單元組成整個(gè)樓宇智能照明控制系統(tǒng)。單個(gè)燈光控制回路如圖2所示。

圖2 單個(gè)燈光控制回路

單盞燈上集成有感知單元,照度傳感器隨時(shí)感知環(huán)境照度,并反饋至計(jì)算單元,計(jì)算單元通過調(diào)光模塊調(diào)節(jié)單盞燈照度;人體傳感器探測(cè)半徑為2.5～3.0 m,當(dāng)人體傳感器探測(cè)到有人時(shí)通過開關(guān)模塊開啟照明,探測(cè)到無人時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉照明,延遲時(shí)間可調(diào)整至30 min。

1.2 調(diào)光邏輯

傳統(tǒng)辦公樓照明設(shè)計(jì)往往沒有考慮日光因素,設(shè)計(jì)照度往往直接采用燈具最大照度值。智能照明控制系統(tǒng)采用日光加燈具光強(qiáng)的復(fù)合照度來計(jì)算實(shí)時(shí)照度值,并根據(jù)實(shí)時(shí)照度值閉環(huán)控制燈具光強(qiáng)。智能照明控制系統(tǒng)調(diào)光曲線如圖3所示。

圖3 智能照明控制系統(tǒng)調(diào)光曲線

2 智能照明控制系統(tǒng)在實(shí)際工程中應(yīng)用

以某大型石化企業(yè)12F辦公樓照明設(shè)計(jì)為例,照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)和智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分。控制方式采用分布式智能控制配合中央集中控制。傳統(tǒng)照明設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)家照明設(shè)計(jì)規(guī)范,確定辦公樓不同房間和場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)值、功率密度值,然后進(jìn)行光源和燈具選型布置及回路負(fù)載計(jì)算[4-6]。智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì),采用單個(gè)燈光控制回路組網(wǎng)的方式組建整個(gè)智能照明控制系統(tǒng)。

2.1 控制策略實(shí)施

該辦公樓中房間、場(chǎng)所眾多,功能多種多樣,既有傳統(tǒng)的辦公室、會(huì)議室,又有休息室、閱讀室、多媒體房間、健身房等特殊房間,只有多元化的照明控制方式才能滿足設(shè)計(jì)需求,如現(xiàn)場(chǎng)面板開關(guān)控制、自然光照控制、人體感應(yīng)控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、中央控制。

(1) 公共區(qū)域。辦公樓公共區(qū)域有門廳、走廊、茶水間、電梯前室等,由20個(gè)照明回路組成,為節(jié)省成本,每個(gè)回路設(shè)置一套單燈控制系統(tǒng),采用ZigBee協(xié)議組網(wǎng)后由中央控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中控制。公共區(qū)域不同時(shí)間段人員密度不一樣,可設(shè)置工作日、休息日和節(jié)假日等不同的時(shí)段對(duì)照明燈具進(jìn)行集中控制,使管理智能化。辦公樓每層門廳利用照度傳感器控制燈光的照度,盡可能利用自然光。同時(shí),辦公區(qū)域和公共區(qū)域可協(xié)調(diào)工作,如辦公區(qū)域有員工加班時(shí),電梯廳、走廊等公共區(qū)域的燈保持基本亮度。只有當(dāng)辦公區(qū)域的人離開后,才將燈降低到安全狀態(tài)或關(guān)掉,避免不必要的能源浪費(fèi)。

(2) 會(huì)議室。辦公樓會(huì)議室適宜采用場(chǎng)景模式控制。如其中某大型多媒體會(huì)議室共設(shè)有8條照明回路,可分別實(shí)現(xiàn)會(huì)議場(chǎng)景、投影場(chǎng)景、散會(huì)場(chǎng)景的變換,可通過觸摸屏對(duì)開關(guān)模塊、調(diào)光模塊、投影儀、幕布、視頻會(huì)議系統(tǒng)等各種演示設(shè)備進(jìn)行集中控制。場(chǎng)景模式是單燈控制模式的智能組合,方便用戶操作,并有效節(jié)省能源。

(3) 休息室。休息室使用頻率較低,照明智能控制主要利用人體傳感器檢測(cè)人員出入信號(hào)來控制照明燈具的開關(guān)。人體傳感器的扇形檢測(cè)區(qū)域檢測(cè)到有人進(jìn)入探測(cè)范圍,信號(hào)送入開關(guān)模塊,執(zhí)行照明設(shè)備開啟命令。若人體傳感器探測(cè)范圍內(nèi)無人,照明燈具關(guān)閉,并且延遲關(guān)閉時(shí)間,有效地降低照明成本。

(4) 辦公區(qū)域。普通的辦公區(qū)域是辦公樓主要區(qū)域,既要考慮照度達(dá)標(biāo),又要考慮節(jié)能減排,因此采用時(shí)間控制和照度檢測(cè)控制結(jié)合的控制模式。辦公室靠近窗戶一側(cè),盡可能利用窗外入射的大量自然光進(jìn)行照度補(bǔ)償。根據(jù)單個(gè)燈控制回路的調(diào)光曲線,照度傳感器檢測(cè)自然光,靠近窗戶的燈具隨著自然光線的變化自動(dòng)開閉或調(diào)光,使辦公區(qū)域保持同一照度,保證室內(nèi)照明的均勻性和平衡性。

此外,高級(jí)辦公室受控單元除燈具還有電動(dòng)窗簾,照明的控制更智能,除系統(tǒng)自動(dòng)控制外,還可同時(shí)使用遙控器和智能面板進(jìn)行控制。

2.2 與BA系統(tǒng)的集成

使用ZigBee協(xié)議與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)具有擴(kuò)展性和開放性良好的特點(diǎn),具有與BA系統(tǒng)(包括閉路監(jiān)控、消防報(bào)警、安全防范系統(tǒng))相連接的接口和軟件協(xié)議,接入BA系統(tǒng)后便可構(gòu)成完整的樓宇智能化控制系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)既為獨(dú)立的系統(tǒng),又通過智能網(wǎng)關(guān)與整個(gè)大樓的BA系統(tǒng)乃至全廠的中控室進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和共享。

3 結(jié) 語

智能照明控制系統(tǒng)是未來綠色樓宇發(fā)展的方向,具有性能穩(wěn)定、擴(kuò)展性好、實(shí)用性強(qiáng)、便于操作等優(yōu)點(diǎn),能根據(jù)實(shí)際照明需求調(diào)節(jié)單盞燈的開關(guān)和照度,從而達(dá)到綠色節(jié)能的目標(biāo)。隨著科技的發(fā)展,智能照明控制系統(tǒng)會(huì)向著模塊化、小型化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向進(jìn)一步發(fā)展,使之更可靠、節(jié)能、耐用。

[1]彭小軍,李榮.基于ARM的嵌入式智能家居控制系統(tǒng)研究[J].低壓電器,2009(18):42-45.

[2]趙勇.基于ARM和ZigBee的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù),2012(11):52-54.

[3]建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):GB50034—2004[S].

[4]智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn):GB/T50314—2000[S].

[5]陳丹,張彬.辦公樓智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].照明工程學(xué)報(bào),2010,21(2):29-31.

[6]繆嘉敏,肖德琴,馮健昭,等.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的土壤水分監(jiān)測(cè)基站系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2009,28(9):82-85.