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浅谈智能照明控制系统在某学院中的应用
点击次数:57 发布时间:2020-09-01

【摘要】国内有部分智能大楼采用建筑设备监控系统来实现照明控制,但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。文章针对上述情况,智能照明控制系统在智能建筑中体现出管理、节能、舒适等特点。使得照明控制系统在智能建筑中的应用越来越广泛。学校建筑功能复杂,能耗高,对不同区域的灯光进行节能改造的技术特点,使节能效果显著。

【关键词】校园节能改造 ;智能照明 ;绿色 ;能耗

 

1 概述       

       某学院于2009年成立,总建筑面积约33万㎡。整个学校划分为校前区、实训区、中心湖区、中心教学区、体育运动区和生活区6个功能区。校园采用照明改造及集中管理系统的目标是借鉴先进的照明控制管理经验、采用节能灯具、先进的控制技术及控制元件,对校园的照明进行统一规划管理,实现校园整体节能,节省校园的运行能耗及运营成本。

 

智能照明控制系统一般具有如下优点 :

1)节省电能和降低管理运行成本 ;

2)快捷控制 ;

3)施工简易方便 ;

4)维护保养便利 ;

5)实用性好。

        在校园整体照明系统中,采用智能照明控制系统的方式实现节能。

 

2 节能改造建设目标

2.1 完成“十三五”末期生均能耗降低15%以上的节能目标

        国家正在大力提倡推荐学校的节能减排工作,“智能校园建设”正是顺应国家节能减排号召的具体体现,通过改造后,可实现整个校园的节能工作量化、可视化,进一步实现生均能耗降低15%以上的节能目标。

2.2 建设绿色智慧校园的内在要求

        学校现阶段的耗水、耗电量巨大,同时各项费用由逐年增加的趋势。节能改造势在必行,本项目将建立统一的能耗监管平台,对症下药,从源头解决费水费电问题,平稳实现绿色智慧校园建设。

2.3 降低学校运行维护成本,控制能源费用

        制定节能运行规范,使学校后勤人员提高节能意识并具备专业的节能运行技能,减轻设备维护管理工作量,实现科学、自动化运维。

2.4 更新部分效率低、性能老化的设备

        在改造过程中将对照明及配电系统的设备进行更新改造,将耗电量大的灯具改为新型节能的 LED 灯具,并可更换损坏的灯具,排查照明回路隐患,优化室内灯光环境。

 

3 照明现状

        部分区域的室内区域采用250W的金卤灯照明,能耗高、不环保、散热性能很差,增加区域空间的散热负担与能耗等级。校园内灯具外观破损、缺失灯罩灯管等零件,视觉观感较差,或已不具备应有的照明功能,影响学校的整体形象。

 

4 照明系统改造

       智能照明系统主要包括智能照明模块(开关模块或调光模块)、照度传感器、人体检测传感器、通信网络、接口网关、管理工作站等几部分(见图 1)。智能照明模块内含通讯模块,负责接收控制命令、开关状态信号 ;照度及人体检测传感器则负责采集教室内光照强度和人体探测信息的传递。控制系统能根据课程表时间、光照度和是否有人在教室等条件对照明进行自动远程控制。管理中心按照管理的要求编制管理软件,并根据实时信息下发控制命令和显示照明系统的工作状态。

图1 照明集中管理系统架构图

 

5 分区域照明改造策略

        因校园内各建筑单体的使用功能和灯具的选型不同,所以在改造过程中需根据实际使用、管理方式进行改造。对于校园内的主要用电区域采用划片区逐级开放照明。具体各区的使用功能及灯具情况进行规划。

5.1 教学楼

       教学楼各教室配电箱内传统空开升级为智能空开。智能空开能够联网控制,可以远程控制每个房间的灯具开关,可以根据课表自动控制灯具的开启及关闭时间。在教学楼主出入口处、楼层主出入口处安装人流统计设备,对进入教学楼内的学生人数进行统计,在预置时段,比如晚自习期间,根据人数的多少逐渐开放公共教室的照明。

5.2 图书馆

        图书馆配电箱内传统空开升级为智能空开。智能空开能够联网控制,可以远程控制每个房间的灯具开关,可以根据课表及预置时间表自动控制灯具的开启及关闭时间。在图书馆主出入口处、楼层主出入口处安装人流统计设备,对进入图书馆内的学生人数进行统计,在预置时段,比如晚上,图书馆多功能阅览区及自习区是根据进入人数划片区开放照明,以达到节能控制的目的。

5.3 体育馆和田径场

        体育馆和田径场在夜间的使用频率远不及教学区,因此照明控制的主要目标不在于节能,而在于有效管理场馆内的所有灯具的开关控制,可配合师生的实际使用需求进行控制。现校园内的体育馆及田径场的灯具采用斜照型和深照型灯具,灯具的功率在 2000W 左右,控制回路与灯光回路一一对应,确保每一条回路有足够的余量,控制回路一般采用开关控制方式,少部分回路采用调光(如主席台位置灯光)。控制回路的组合联动根据比赛项目、比赛场地大小和灯位的情况来设定。体育馆和田径场在晚上需提供体育活动或预置时段的照明控制机制与图书馆类似,于出入口内安装人流统计设备,对进入体肓馆内的学生人数进行统计,并体肓馆内的照明灯具进行分区控制。当进入体肓馆内人数到达不同的数量时,逐步开放各个区域的照明,当人员全部离开,人数计数为零时,自动关闭照明。

5.4 卫生间照明

        此部分采用照度传感器与人体感应器的两种方式进行改造控制灯具开关。在人流量大、频繁使用的区域,可采用照度传感器方式,传感器通过感应户外光线为灯光控制器提供开关信号 ;同时,后端系统软件可根据当地的日出日落资料数据,自动调整开关时间,可避免阴雨天气,或是传感器的探头被灰尘覆盖,传感器老化等因素,不能正确识别光强度。在人流量小、偏僻的区域,则选用人体感应装置进行控制,当感应到有人进入时才自动点亮灯光。

5.5 文娱活动区域照明

        其他活动区域如多功能排练室、形体训练室、民族器乐训练室、体能训练室、电子器乐训练室、跆拳道等区域,在房间配电箱内安装智能空开,可对灯具的使用可预约开启、根据课表开启等灵活智能控制。

5.6 门厅及大堂区域照明

        门厅和大堂属于重点的“门面”工程,需给人留下良好的印象,因此采用安装照度传感器的方式进行控制,系统可根据室外太阳光的强弱,自动调节门厅及大堂内的灯光情况,因门厅和大堂空旷,通光性好本着充分利用自然光的原则进行改造,既节约能源又能提供更加自然的光环境。

5.7 道路走廊等公共区域照明

        公共区域的照明主要涉及校园路灯照明及教学楼的走廊部分等区域,需进行灵活的灯光控制,既能满足校园内师生的使用需求,又要实现用电能耗的降低。此部分智能照明控制系统在软件内部可设置0、1/2、1/3、1场景,同时配合安装照度传感器的数据资料,系统可根据天气及现场情况,进行自由切换场景模式,如在教学楼区域走廊,晚自习期间,采用1场景,走廊所有灯具全亮;上半夜采用1/2或1/3模式,保证走廊有部分能见性 ;后半夜则采用0场景,所有的灯具全灭,降低能耗,节能环保。

5.8 会议室照明

       因会议室的规格和使用要求不同,根据校方的要求,灵活选配各种系统功能。会议室可采用智能开关面板,控制会议室内灯光的开关情况及场景切换,营造良好的灯光氛围。可根据周围环境和照度可预设多个场景,使用时只需轻按一键,便可开启或关闭一组灯,启动一种场景。会议室的灯光控制系统和窗帘、投影仪设备通过中控器相连,当与会人员连接投影时,投影仪及幕布自动放下,窗帘自动拉上,投影仪前的灯光能自动调暗或关闭 ;当会议结束的时候,系统自动,关掉投影仪,窗帘自动打开,灯光自动调亮。

5.9 建筑物景观/泛光照明

       建筑物室外泛光照明,其照明回路之间距离较远,回路功率大,主要以开关控制为主,部分照明灯光可采用调光控制。系统采用在景观/泛光照明配电箱内安装智能空开,通过系统与学校时间表、天气情况、照度情况,综合判断并自动控制灯光的开启,例如晚6点开启整个景观照明的灯具,11点关闭部分景观照明的灯具,12点以后只留必要的照明。具体时间还可根据一年四季昼夜长短的变化和节假日自动进行调整。

5.10 车库照明

        车库智能照明控制系统运用开关模块、照度传感器等控制设备,使系统处于自动控制状态,系统软件内部设置场景模式实现场景的自动切换。根据实际照明及车库车辆的情况,将一天的照明分为几个时段,通过软件的设置,在某些时段内,自动控制灯具开闭的数量,如上下班的高峰时段,地下车库能的灯具全开;而上课、工作时间则只是维持车库的正常照明情况,采用1/3或1/2的照明模式 ;深夜时候,车流量小,可关闭所有的车道照明和车位照明,只保留应急指示灯照明,保证基本的照度,以节约能耗。如有特殊需要,可在管理室用按键进行手动开关控制。同时,系统还可以结合校园监控智能视频分析技术,联动智能照明、空调集中管理等系统进行联动,当侦测到有人员移动或是识别到该区域人员进入时,自动开启灯光,当一定时间内未识别到人员,将自动关闭灯光,实现节能目的。

 

6 智能照明系统优势

6.1 实现照明控制智能化

        经过智能照明控制系统改造后,可使校区内的照明系统工作在全自动调节状态下,根据建筑的功能区域的特点,设置与之相适应的若干基本工作状态,系统通过时间表及各传感器数据的综合判断,使系统能自动地在各种工作状态之间转换。部分区域保留手动控制面板,可根据实际的使用需求进行控制调整,达到很佳使用效果。

6.2 优化工作环境

        好的灯光设计不仅能提高师生的工作效率,也能营造出一种温馨、舒适的环境,通过更换老旧灯具,调整灯管的色域,可整体营造一种舒适的工作环境,同时景观/泛光照明等公共区域,可利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感,营造不同的灯光氛围,具有良好的艺术感染力。

6.3 节能效果显著

       智能照明控制系统可通过合理的管理,根据系统设定的不同天气、不同时间按照各个功能区域的实际情况,后台实现对场景的预先光照度的设置,不需要照明的时候,保证将灯关掉;在需要照明的时候,选择很好的灯具组合方案,达到环境光照度的需求。智能照明控制系统能用更经济的能耗提供更舒适的照明,从而大大降低了学校的用电能耗。

6.4 延长灯具寿命

        灯具常常因电压过高、电网冲击电压和浪涌电压等原因造成损坏,因此,适当降低电源电压、维持和保证电源的质量就显得尤其重要,智能照明系统调光模块能有效地控制灯具的工作电压,同时内置的模块又可过滤掉电网中的过量的谐波电压、电流,保证电源质量。智能照明系统可通过系统的软启动和软关断技术,避免灯丝的热冲击。采用智能照明系统后可有效地延长2~4倍的灯具寿命,不仅节省大量灯具,减少更换灯具的工作量,降低运营费用,更对难安装区域的灯具及昂贵灯具具有特殊意义。

6.5 可与其他系统联动控制

       智能照明系统可与其他系统实现联动控制,组成智能化集成系统,如消防控制系统、楼宇自动控制系统、视频安防监控系统等,当发生紧急情况后可由报警系统强制打开所有回路,辅助配合其他各系统的功能,满足建筑智能化的系统的集中控制功能。

6.6 提高管理水平,减少维护费用

      智能照明控制系统可将普通照明人为的开与关转换成了智能化开关管理,不仅能让学校大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去,而且同时将大大减少楼体的运行维护费用,并带来很大的投资回报。

 

7 照明具体改造措施

7.1 照明灯具改造

       照明灯具改造,大部分楼栋照明现在仍使用传统的日光灯管,因传统的日光灯管光效低下,功率因素不高,电感整流器寿命短、显色性不高、有闪烁、产品容易坏,寿命短,增加了学校的照明维护成本,本次灯具改造是将传统灯具更换成LED节能灯。

7.2 照明控制改造

        现有的智能照明控制系统具有开关控制和调光控制两种方式,可以有效地控制各照明场所的平均照度值。同时,系统能根据学校时间表、天气预报、室外光照情况,师生的使用需求,系统综合判断后进行自动调节灯具照度。系统可以根据不同场合、不同的人流量,进行时间段、工作模式的细分,把不必要的照明关掉,在需要时自动开启,更大地减少了用电能耗。同时,系统还能充分利用自然光,自动调节室内照度和开关公共区域的照明,营造良好的照明环境。系统可实现不同工作场合的多种照明工作模式,在保证必要照明的同时,有效减少灯具的工作时间,降低能耗,延长灯具的使用寿命。

 

8 安科瑞智能照明控制系统

8.1系统简介

        Acrel-BUS智能照明控制系统,是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲,是在EIB,Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的,其中EIB(European Installation Bus,欧洲安装总线)是该总线技术的主体。

        Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线(即KNX总线)作为总线线缆,将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统,既可实现照明灯具的远程集中控制,又可实现就近控制功能。该系统理论可连接控制模块数量达580000多个。

        安科瑞智能照明产品种类齐全,方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制,特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店,以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。

8.2系统工作原理示意图

 

8.3产品选型

8.3.1 开关驱动器

      用于对设备进行开关控制的驱动器,具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能,电气参数如下:

8.3.2调光驱动器

        2路0-10V调光器,可对每路进行回路开关控制并输出 0-10V 调光信号对具有 0-10V 调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能,电气参数如下:

8.3.3传感器

 

        传感器是一种能感受外界信号、物理条件(如光、移动)的设备装置,并将感应的信息传递给其它设备装置(如调光器、开关驱动器),电气参数如下:

 

 

 8.3.4总线电源

           KNX/EIB 系统标准供电电源,为总线提供电压640mA 输出电流,至多可以为 64 个设备供电,带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装,电气参数如下:

8.5系统应用领域 

 

 

8.6系统的控制优势

(1)系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制,使得控制更加方便智能,用户体验更好;

(2)系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下,用户操作更加安全、舒适;

(3)系统在实施过程中,充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光,减少能源消耗,达到很好的节能效果;

(4)系统采用分布分布式KNX总线结构,搭建简单灵活,系统内各模块互不影响,可独立工作,可靠性更高;

(5)多种控制方式可供选择,如本地控制,自动感应控制,定时控制,场景控制和集中控制等,控制方式更灵活;

(6)系统的自动控制、远程集中控制等功能,在实现自动化的同时,大量减少了值班人员,提高了管理水平和工作效果;

(7)升级系统内控制模块或更改系统功能时,无需增加连接线,不需关闭整个系统,只需更改设备参数即可实现,维护方便,操作简单;

(8)系统可与消防系统联动,在出现消防报警时,强制打开应急回路,方便人员疏散,从而降低了人员伤亡的风险,提高了建筑的安全性。

8.7安科瑞组网方案

        智能照明控制系统组网方式灵活,扩展方便,当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时,各设备以树形枝状延伸,构成支路系统智能照明控制系统;当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时,用支线耦合器组成多条支路,构成区域智能照明控制系统;当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时,用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。

 

 

 

 

9 结语

       本项目智能照明控制系统的改造范围包括:公共走道照明、大厅及大堂照明,泛光照明、体育馆、田径场等校园室内外环境照明。教室内的照明系统按教室所对应课程表运行,同时保留当照明处于关闭状态时间段,但室内光线影响正常的教学工作时,可利用房间内的手动开关更改照明设备的开启状态的功能。辅以安装在室内的人体感应器,对室内的照明设备进行联动控制,避免人不在房间但照明设备依然开启的典型浪费现象。通过以上控制措施,避免了许多浪费能源的情况发生,确保在无需使用设备时设备处于关闭状态,可节省10%~20%以上的照明用电。

智能照明系统功能 :

◆充分发挥系统的控制功能。

◆可与BMS系统集成

◆开灯时,系统能按一定时间间隔自动逐个启动区域灯光回路,考虑电流对电网的冲击,实行软启动。

◆与BA、FA等系统连动,当有紧急情况发生时,系统能自动切断各正常照明回路的供电,并打开应急照明回路。

◆节能减排中心可监控整个校园的灯光使用状态,并加以控制。

◆监控工作站能自动记录各灯光回路的运行时间与次数,生成设备运行报表,管理人员可提前知晓灯具的老化状况。

◆与制定课程表系统进行联动配合,达到节能目的。

 

参考文献

[1]陈天厚 . 高校教学楼智能照明控制系统的研究与设计[D]. 吉林:吉林建筑大学,2017.

[2]张海华 . 基于 LED 的智能照明系统的设计与实现[D]. 广州 :华南理工大学,2013.

[3]赵琳霞 . 某学院智能照明系统的设计.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11版.

作者简介:缪建梅,女,安科瑞电气股份有限公司,主要从事电气防火限流式保护器的研发与应用

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