绿色照明与智能化控制

绿色照明与智能化控制

0智能照明控制现代建筑对照明的要求越来越高。它不仅需要创造一个绿色舒适的照明环境，还需要不同的照明效果。传统的照明控制一般采用强电开关手动控制,对于上述要求很难实现,而且线路十分复杂,既不安全又非常繁琐。随着用户要求的提高和技术的进步,传统的照明控制由于许多问题无法解决而逐步被智能照明控制取代,这已成为一种趋势。本文以智能照明网络中的某一间办公室为例,阐述了笔者对智能照明控制策略的理解。某办公大楼的装修年限较长,在照明方面,大楼采用传统机械面板的照明控制回路,控制方式单一,光源不变且能源效率较差,耗能较多。改造后大楼整体选用C-Bus智能照明网络,依据外界光照、室内用户的要求以及不同房间的不同用途,智能照明系统可手动、也可自动调节完成满足用户功能性需求以及空间灵活性设定、大幅度降低大楼在照明系统的能效现状、为在其中工作的人员营造舒适的视觉环境。总线载体C-Bus的基本网络结构如图1所示。1辅助中央集中控制智能照明控制系统设计主要分为灯光回路设计和控制系统设计两大部分。选用C-Bus总线制控制方式,以分布式智能控制为主,辅助中央集中控制。照明系统的灯光回路设计是依据国家照明设计标准确定办公楼不同房间和场所的照度、选择的光源、灯具选型布置及回路负载计算所构成的。控制系统设计建立在照明灯光回路设计的基础之上,为了能完全体现设计要求,通过设备选型、组网,有逻辑地将灯光设计师的理念变为现实。该系统采用C-Bus智能照明控制系统,且只针对某一间大开间办公室阐述。1.1智能照明回路设计初始,将按照用户对大开间办公室职能部门的划分和空间设置,决定对每个部门的工作区域设置单独回路,并且靠近窗户的办公位置同样按部门单独设置照明回路。其设计目的是将大开间办公室分为两个照明区域,两个区域代表两个独立核算的部门。照明的开关时间都可由本部门的人自行决定而不会影响另一个部门的正常工作,通过智能照明让设计变得人性化。同时又为了达到节能的效果,将所有靠窗的区域按两个部门分别设计两条单独回路,借助自然光的作用减少靠窗灯光开启时间以及输出功率。如图2所示,施工期间按照设计的要求,大开间办公室一共布设了8条照明回路,左右两个区域分别表示两个不同的部门。1.2led灯源与原灯光源对比为了能大幅度降低照明系统的能耗现状,其立竿见影的方式就是替换高效、节能的灯源。原办公室基本采用T5及T8荧光灯,其能耗本身较大且工作寿命也不长久。这次改造选用LED光源代替原荧光灯光源。相对荧光灯,LED光源具有固态光源不宜损坏、使用寿命较长、不含有毒气体汞、对环境无污染、光源反射光可控无需额外反光设计、光衰极小、10000h仅3%光衰且持续性强,相对于市场上主流的荧光灯、节能灯、白织灯其功率公认为最小等优点,图3所示为原荧光灯与现LED灯源的对比。原大开间办公室中的28W荧光灯管共计72根,总功率为2016W。现按照建筑照明设计标准,满足200lx以上照度,选用36WLED光盘,共24盏,总功率为864W,房间面积为169.8m2,其照明功率密度LPD仅为5.08W/m2。功能性调试时使用便携式照度检测仪器,在黄昏时间所测平均照度值为508lx。在大幅度降低能耗的同时,也完全满足设计初始对室内照明照度的要求。2管理系统的设计通过灯源设备的更换已经很有成效地实现对大楼整体能耗的控制,但是通过选用合理的智能照明控制策略,对能耗的管理仍可更进一步。2.1智能照明系统单元在大开间办公室中配置了输入单元:室内红外移动传感器、室内亮度传感器、室外亮度传感器、动态控制面板。输出单元:8路10A智能继电器模块、2路专业调光器、4路输出调光整流器。系统单元:网桥模块、PCU工作站链接模块以及工程师工作站。室外、室内及强电控制室都使用C-Bus总线协议,选用超5类网线以手拉手接线方式将输入单元、输出单元设备连接起来,总线最终接入网桥模块,并通过分组控制单元PCU模块与安装在工作站上的组态控制软件实现通讯。智能照明系统采用分布式智能控制,奇胜的C-Bus系统,使用Toolkit软件对现场输入、输出设备做功能设置,可完成大多数控制策略。对于需多参数判断的逻辑,其逻辑编辑软件PICED可实现复杂的逻辑编译。整个网络的拓扑结构如图4所示。2.2控制战略的实施2.2.1动态面板照明回路C-Bus采用的是分布式智能控制,通过工作站内的Toolkit软件可对现场的动态控制面板及红外移动传感器做编译。分别设置两块动态面板在两扇门的进门处,两块面板分别控制两个部门的照明回路。在编译面板时,设置第一键、第二键为全开、全光场景,即一键可开关回路1、回路2、回路3及回路7或者一键可开关回路4、回路5、回路6及回路8。第三键编译为控制除靠窗外回路外的其他三路照明回路的开关。第四键为靠窗回路。如此设计的目的是方便员工上下班时,开关照明回路,并且可根据需要选择开关区域。2.2.2红外传感器检测对于急忙下班而忘记关闭照明回路,设计时考虑使用红外移动传感器,分别安装在两个部门的吊顶中央,当红外移动传感器检测到区域中没有任何人体活动1min后,红外传感器将触发智能继电器,关闭区域中的四条照明回路。为实现节能的目的并将智能设备运用更为人性化,实施过程中配合时间表来共同完成,在中午午餐时间及下班时间后触发红外传感器动作,检测范围内无人体活动后,便将关闭所对应区域的灯光,如此操作可更大程度避免能源的浪费。2.2.3实现调光的互联互通(1)靠窗区域的照明回路设计为智能调光回路,设计时考虑在办公室时间段内,尽量选择自然采光,特别是靠近窗口的位置,其办公桌面所在位置,按照天气情况的不同,其实测的照度也不尽相同,从阴天到晴天,照度范围在150~600lx之间,按照建筑照明标准,办公室的平均照度达到200lx以上即为合格,也就意味着在自然光充分的前提下,靠窗区域开灯是一种能源的浪费。在设计初始,考虑在照度小于250lx时候打开照明回路,而在照度大于300lx时则关闭照明回路,并且能持续保证照度保持在250lx左右。(2)为实现高效节能的同时又可以满足办公人员光照的需求,针对大开间办公室靠窗的回路配置了如下设备:C-Bus的照度传感器,C-Bus的智能调光器调光范围为0~10V,PAC可编程自动化控制器,专业的调光整流器以及用于调光的非标灯源。其网络拓扑如图5所示。调光整流器和调光光源是按现场情况定制的。调光整流器是实现0%~100%微调光的关键。目前针对调光控制领域,主要分为线性调节LED电流的模拟调光和利用脉冲宽度调变的数字调光两种方式。本项目采用后者,即在肉眼无法察觉到高频率下,让驱动电流在0至目标电流之间快速的切换,利用PWM脉宽调制技术来设定循环和工作周期,最终实现数字调光。PWM控制调光是调光整流器选用的依据,其将电源方波数字化,通过控制方波的占空比达到控制电流的目的。为了能实现高频切换,调光光源区别于传统LED光源,需要专门定制,使其频闪能力远高于人类眼球的辨别能力,在使用过程中,人类在视觉上感觉不到频率的变化,从而能实现完美的调光功能。在回路中照度传感器作为前端的检测设备,PAC执行逻辑控制,通过智能调光器输出给调光整流器形成整套控制回路。(3)在编辑逻辑程序前,需先对灯具的实际输出做一个界定,确定室内照度的设定值。本项目所使用设备可实现多级调光功能,即0%至100%。当照度检测值小于最小设定值时,智能调光器将输出调整为100%。当照度检测值大于最大设定值时,智能调光器将关闭输出,灯光自动关闭。每天,每时,每刻的照度值都会发生着细微的变化,按照设定值的区间,分别设置智能调光器的输出增加或者减少10%。由于光源的变化,照度会相应的增加、减少,所以在设置设定参考值时,需要附加一个滞后值,避免调光器不停歇的在调整,具体滞后值因实际情况而定,通过反复的论证,最终可实现调光通道的恒照度控制。3.2.4智能照明系统功能通过一系列的控制策略,房间的整体能耗又可降低25%以上,同时亦可增加了灯源的使用寿命。本文只针对办公区域的典型房间,对智能照明系统的功能做一个简单的介绍。在大楼中,本项目在公共区域,卫生间,视频会议室、各大小会议室、接待室、大堂等区域都采用了相应的智能照明控制策略。3项目实施—结语智能照明系统是一种用户体验的过程,与其他楼宇智能化系统相比,智能照明系统更贴近用户,是用户能在第一时间有了对楼宇智能化最直观的感受。所以对用户要求的理解、深化、再实施是完成项目的关键。本项目采用的奇胜C-Bus智能