智能照明控制系統在圖書(shū)館照明節能中的應用設計

安科瑞電氣股份有限公司，上海嘉定 201801

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了一種新型的智能照明控制系統，論述了其系統特點(diǎn)和系統組

成；結合該系統對某高校圖書(shū)館進(jìn)行了照明節能設計。工程應用表明，該系統在公

共建筑節能中效果表現佳。

關(guān)鍵詞：高校；圖書(shū)館；智能照明控制系統；照明節能

0 引 言

照明耗電在各國總發(fā)電量中都占有很大比例，根據2004年國家住房和城鄉建設部的統計， 我國照明耗電約占全國發(fā)電總量的10％一12％。 對一些照明時(shí)間較長(cháng)、照明場(chǎng)所較多的機構，如高等學(xué)校，其照明耗電占本單位所有耗電的約40％。因此，在保證照明質(zhì)量的前提下，實(shí)施照明節能措施，可節約能源，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。

照明節能設計是在保證不降低作業(yè)面視覺(jué)要求、不降低照明質(zhì)量的前提下，減少照明系統中光能的損失，利用光能。通常使用的節能措施有以下幾種：

充分利用自然光。

(2)按照GB／T 50034--2004((建筑照明設計標準》規定的各種場(chǎng)所的照度標準、照明功率密度值。

(3)選用高光效、顯色性好的光源，選擇配光合理、安全高效的燈具，推廣低能耗、性能優(yōu)的光源用電附件。

(4)合理選擇照明控制方式，如采用智能照明控制系統等。

目前的設計中，第一種和第三種方法一般都能達到，第二種方法需要電氣設計人員和建筑專(zhuān)業(yè)協(xié)調，并且需要考慮建筑的立面效果，實(shí)際執行中有一定難度。第四種方法僅需合理采用新技術(shù)，合理布置系統，即能達到理想效果。

目前，我國高校圖書(shū)館大部分仍采用傳統的控制方式，即在配電箱內由開(kāi)關(guān)斷路器完成。圖書(shū)館的性質(zhì)決定了其人流量較集中時(shí)間段為9：00—11：00、14：00—17：00、19：00～22：00，其余時(shí)間人數較少。圖書(shū)館的閱覽室管理員和電氣管理人員通常是分開(kāi)的，因此在圖書(shū)館使用人數較少時(shí)，便造成巨大的能源浪費。2008年我國南方的大雪更暴露了我國在電力能源上存在的缺陷，因此有必要進(jìn)行照明的節能設計。

本次設計以某高校圖書(shū)館的照明設計為例，來(lái)介紹智能照明控制系統的應用。

1 智能照明控制系統

1．1系統簡(jiǎn)介

1．1．1 系統概述

(1)智能照明控制系統根據某一區域的功能、每天不同的時(shí)間、室外光亮度及本區域的用途來(lái)自動(dòng)控制照明?？蛇M(jìn)行預設，即具有將照明亮度轉變?yōu)橐幌盗性O置的功能。

(2)照明控制系統分為獨立式、特定于房間式或大型的聯(lián)網(wǎng)系統。在聯(lián)網(wǎng)系統中，調光設備安裝在電氣柜中，由傳感器和控制面板組成的外部設備網(wǎng)絡(luò )來(lái)操作。聯(lián)網(wǎng)系統可多點(diǎn)控制不同的房間或區域。

(3)聯(lián)網(wǎng)系統具有標準的串行端口，可更容易地集成到中央控制器。這些接口通常是雙向的，因此，中央控制器可請求亮度變化，然后確認操作。從照明系統得到的信息還可用來(lái)確定電能消耗或在房間空閑時(shí)模擬實(shí)際場(chǎng)景。

1．1．2 系統特點(diǎn)

(1)靈活的可編程控制功能，降壓、限壓幅度及開(kāi)關(guān)燈時(shí)間可任意設定。

(2)控制模式有時(shí)控、光控、手動(dòng)控制、時(shí)光混合控制、上位機遠程控制及根據使用地點(diǎn)的經(jīng)緯度自動(dòng)控制。

(3)具有軟啟動(dòng)、軟過(guò)渡、軟關(guān)閉功能，防止過(guò)電壓及冷啟動(dòng)大電流對燈具的沖擊，大幅降低燈具的損壞率。

(4)對鈉燈、汞燈等燈具設有可調的全壓預熱啟動(dòng)時(shí)間，燈具能充分預熱，平穩過(guò)渡到正常工作狀態(tài)。

(5)實(shí)現全夜燈及半夜燈控制。

(6)完善的再啟動(dòng)功能，當負載故障、外部供電故障結束后，能自動(dòng)重新點(diǎn)燃燈具。

(7)三相開(kāi)關(guān)燈時(shí)間及輸出電壓可獨立調節，可接不平衡及不同類(lèi)型的負載。

(8)完善的防雷、過(guò)電壓、過(guò)熱保護、三相獨立過(guò)載保護。

(9)故障報警自動(dòng)旁路功能，并將故障信號上傳。

(10)具有斷電數據保護功能。在系統斷電時(shí)，所設定的參數不丟失，且時(shí)針可正常運行。

(11)配有RS一485接口，能實(shí)現與上位機之間的信息傳遞?？赏ㄟ^(guò)上位機設定并修改參數，能遠程監控系統。

1．2系統組成

照明控制系統是一個(gè)總線(xiàn)型式或局域網(wǎng)式的智能控制系統。所有的單元器件均內置微處

理器和存儲單元，由信號總線(xiàn)(雙絞線(xiàn)或光纖)連接成網(wǎng)絡(luò )。每個(gè)單元均設置單元地址并用，通過(guò)軟件設定其功能，輸出單元控制各回路負載。輸入單元通過(guò)群組地址和輸出組件建立對應聯(lián)系。當有輸入時(shí)，輸入單元將其轉換為總線(xiàn)信號在控制系統總線(xiàn)上廣播，所有的輸出單元接收并作出判斷，控制相應回路輸出。系統通過(guò)總線(xiàn)連接成網(wǎng)。

該系統組成為：配電箱內安裝的調光、開(kāi)關(guān)模塊；供用戶(hù)直觀(guān)操作、控制燈光場(chǎng)景的控制面板；用于連接照度探測、存在探測等的傳感器；用于實(shí)現自動(dòng)化管理的時(shí)鐘管理模塊；用于構成組網(wǎng)的控制總線(xiàn)；用于操作中心集中控制的操作系統。

2 工程應用

該工程為某高校圖書(shū)館，建筑高度為42 m，共7層，每層4個(gè)閱覽室，每個(gè)閱覽室面積為1 000 m2，連廊面積近1 500 m2，連通4個(gè)閱覽室。

圖書(shū)館藏書(shū)量為200萬(wàn)冊。按GB 50045--1995《高層民用建筑設計防火規范》(2005年版)規定，該圖書(shū)館的負荷等級為一級。閱覽室的普通照明用電按三級負荷供電，應急照明按一級負荷供電。公共走道應急照明按一級負荷供電，普通照明按二級負荷供電。因此，在智能照明設計中按不同負荷等級進(jìn)行設計。

2．1 閱覽室的照明設計

閱覽區通常是大開(kāi)間的場(chǎng)所，在實(shí)際應用中采用T5熒光燈，配用電子鎮流器，在燈具上做到了節能?；芈穭澐职匆韵略瓌t進(jìn)行：

(1) 出入El處盡量單獨回路。

(2)與窗平行的燈具盡量分為一個(gè)回路，使控制系統可按室外光照亮度情況自動(dòng)開(kāi)關(guān)切換。

(3)盡量按區域劃分回路，通常將一個(gè)柱內空間作一個(gè)回路處理。

(4)應急照明盡量單獨回路處理。

(5)劃分回路時(shí)盡量多，以充分利用智能控制系統的功能。

閱覽室配電箱系統圖如圖1所示。閱覽室應急照明應屬于一級負荷，因此采用雙回路供

電，另加燈具自帶蓄電池滿(mǎn)足規范的要求。應急照明設計與公共走道的應急照明相同。

圖1 閱覽室配電箱系統圖

2．2公共走道的照明設計

公共走道照明采用雙回路供電。應急照明回路采用燈具自帶蓄電池來(lái)滿(mǎn)足規范的要求，蓄電池充電線(xiàn)在斷路器后端取得，不通過(guò)該模塊，既起到對該線(xiàn)路的保護作用，又滿(mǎn)足了蓄電池的充電線(xiàn)。

由于應急照明在火災時(shí)需要強行點(diǎn)亮，因此在設計時(shí)將應急照明和普通照明分別由兩個(gè)模塊來(lái)控制。應急照明模塊帶AUX接口，火災時(shí)能通過(guò)火災報警系統傳送的消防干接點(diǎn)信號強行點(diǎn)亮該模塊所帶的燈具。端口接法如圖2所示。

公共走道配電箱系統圖如圖3所示。

圖2 智能燈光控制系統及消防信號連接示意圖

圖3公共走道配電箱系統圖

2．3系統的聯(lián)網(wǎng)設計

控制系統采用總線(xiàn)式控制布線(xiàn)，采用6類(lèi)4 對雙絞線(xiàn)的非屏蔽電纜。子網(wǎng)的傳輸速度達到9600 baud／s，主干網(wǎng)的傳輸速度達到57 600 baud／s，使系統的穩定性和可靠性得到提高。系統連接示意圖如圖4所示。

圖4燈光控制模塊連接示意圖

總線(xiàn)設備的連接方式采用手拉手的設備連接，總線(xiàn)采用單獨穿鋼管敷設，盡量不與強電電纜共用同一線(xiàn)槽。

采用智能照明控制系統后，系統可達到一定的效果：

(1) 每個(gè)區域都配置手動(dòng)控制面板，可隨時(shí)調節房間的工作狀態(tài)及滿(mǎn)意的燈光效果。照明控制系統可保證辦公區域和公共區域的協(xié)調工作。

(2)可使照明系統工作在全自動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)配置“智能時(shí)鐘管理器"可預先設置若干基本工作狀態(tài)，通常為白天、晚上、清掃、安全、周末、午飯等，根據預設定的時(shí)間自動(dòng)在各狀態(tài)之間轉換。

3 安科瑞智能照明控制系統

3.1 概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

3.2 應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

3.3 系統結構

3.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

4）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

7）預留BA或第三方集成平臺接口，采用等方式。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

3.5 設備選型

4 結語(yǔ)

采用智能照明控制系統后，可使系統根據不同時(shí)間工作在不同的狀態(tài)，達到了照明節能的目的。該系統可應用于酒店、辦公樓等公共建筑中。目前，國家正在大力推進(jìn)建筑節能減排的任務(wù)，相信隨著(zhù)系統的應用和推廣一定會(huì )使建筑節能達到理想效果。

參考文獻:

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