程志芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
【摘要】國內有部分智能大樓采用建筑設備監控系統來實現照明控制，但也只能實現簡單的區域照明和定時開關功能。文章針對上述情況，智能照明控制系統在智能建筑中體現出管理、節能、舒適等特點。使得照明控制系統在智能建筑中的應用越來越廣泛。學校建筑功能復雜，能耗高，對不同區域的燈光進行節能改造的技術特點，使節能*。
【關鍵詞】校園節能改造 ；智能照明 ；綠色 ；能耗
1 概述
某學院于2009年成立，總建筑面積約33萬㎡。整個學校劃分為校前區、實訓區、中心湖區、中心教學區、體育運動區和生活區6個功能區。校園采用照明改造及集中管理系統的目標是借鑒先進的照明控制管理經驗、采用節能燈具、先進的控制技術及控制元件，對校園的照明進行統一規劃管理，實現校園整體節能，節省校園的運行能耗及運營成本。
智能照明控制系統一般具有如下優點 ：
1)節省電能和降低管理運行成本 ；
2)快捷控制 ；
3)施工簡易方便 ；
4)維護保養便利 ；
5)實用性好。
在校園整體照明系統中，采用智能照明控制系統的方式實現節能。
2 節能改造建設目標
2.1 完成“十三五”末期生均能耗降低15%以上的節能目標
國家正在大力提倡學校的節能減排工作，“智能校園建設”正是順應國家節能減排號召的具體體現，通過改造后，可實現整個校園的節能工作量化、可視化，進一步實現生均能耗降低15%以上的節能目標。
2.2 建設綠色智慧校園的內在要求
學校現階段的耗水、耗電量巨大，同時各項費用由逐年增加的趨勢。節能改造勢在必行，本項目將建立統一的能耗監管平臺，對癥下藥，從源頭解決費水費電問題，平穩實現綠色智慧校園建設。
2.3 降低學校運行維護成本，控制能源費用
制定節能運行規范，使學校后勤人員提高節能意識并具備專業的節能運行技能，減輕設備維護管理工作量，實現科學、自動化運維。
2.4 更新部分效率低、性能老化的設備
在改造過程中將對照明及配電系統的設備進行更新改造，將耗電量大的燈具改為新型節能的 LED 燈具，并可更換損壞的燈具，排查照明回路隱患，優化室內燈光環境。
3 照明現狀
部分區域的室內區域采用250W的金鹵燈照明，能耗高、不環保、散熱性能很差，增加區域空間的散熱負擔與能耗等級。校園內燈具外觀破損、缺失燈罩燈管等零件，視覺觀感較差，或已不具備應有的照明功能，影響學校的整體形象。
4 照明系統改造
智能照明系統主要包括智能照明模塊(開關模塊或調光模塊)、照度傳感器、人體檢測傳感器、通信網絡、接口網關、管理工作站等幾部分(見圖 1)。智能照明模塊內含通訊模塊，負責接收控制命令、開關狀態信號 ；照度及人體檢測傳感器則負責采集教室內光照強度和人體探測信息的傳遞。控制系統能根據課程表時間、光照度和是否有人在教室等條件對照明進行自動遠程控制。管理中心按照管理的要求編制管理軟件，并根據實時信息下發控制命令和顯示照明系統的工作狀態。
圖1 照明集中管理系統架構圖
5 分區域照明改造策略
因校園內各建筑單體的使用功能和燈具的選型不同，所以在改造過程中需根據實際使用、管理方式進行改造。對于校園內的主要用電區域采用劃片區逐級開放照明。具體各區的使用功能及燈具情況進行規劃。
5.1 教學樓
教學樓各教室配電箱內傳統空開升級為智能空開。智能空開能夠聯網控制，可以遠程控制每個房間的燈具開關，可以根據課表自動控制燈具的開啟及關閉時間。在教學樓主出入口處、樓層主出入口處安裝人流統計設備，對進入教學樓內的學生人數進行統計，在預置時段，比如晚自習期間，根據人數的多少逐漸開放公共教室的照明。
5.2 圖書館
圖書館配電箱內傳統空開升級為智能空開。智能空開能夠聯網控制，可以遠程控制每個房間的燈具開關，可以根據課表及預置時間表自動控制燈具的開啟及關閉時間。在圖書館主出入口處、樓層主出入口處安裝人流統計設備，對進入圖書館內的學生人數進行統計，在預置時段，比如晚上，圖書館多功能閱覽區及自習區是根據進入人數劃片區開放照明，以達到節能控制的目的。
5.3 體育館和田徑場
體育館和田徑場在夜間的使用頻率遠不及教學區，因此照明控制的主要目標不在于節能，而在于有效管理場館內的所有燈具的開關控制，可配合師生的實際使用需求進行控制。現校園內的體育館及田徑場的燈具采用斜照型和深照型燈具，燈具的功率在 2000W 左右，控制回路與燈光回路一一對應，確保每一條回路有足夠的余量，控制回路一般采用開關控制方式，少部分回路采用調光(如主席臺位置燈光)。控制回路的組合聯動根據比賽項目、比賽場地大小和燈位的情況來設定。體育館和田徑場在晚上需提供體育活動或預置時段的照明控制機制與圖書館類似，于出入口內安裝人流統計設備，對進入體肓館內的學生人數進行統計，并體肓館內的照明燈具進行分區控制。當進入體肓館內人數到達不同的數量時，逐步開放各個區域的照明，當人員全部離開，人數計數為零時，自動關閉照明。
5.4 衛生間照明
此部分采用照度傳感器與人體感應器的兩種方式進行改造控制燈具開關。在人流量大、頻繁使用的區域，可采用照度傳感器方式，傳感器通過感應戶外光線為燈光控制器提供開關信號 ；同時，后端系統軟件可根據當地的日出日落資料數據，自動調整開關時間，可避免陰雨天氣，或是傳感器的探頭被灰塵覆蓋，傳感器老化等因素，不能正確識別光強度。在人流量小、偏僻的區域，則選用人體感應裝置進行控制，當感應到有人進入時才自動點亮燈光。
5.5 文娛活動區域照明
其他活動區域如多功能排練室、形體訓練室、民族器樂訓練室、體能訓練室、電子器樂訓練室、跆拳道等區域，在房間配電箱內安裝智能空開，可對燈具的使用可預約開啟、根據課表開啟等靈活智能控制。
5.6 門廳及大堂區域照明
門廳和大堂屬于重點的“門面”工程，需給人留下良好的印象，因此采用安裝照度傳感器的方式進行控制，系統可根據室外太陽光的強弱，自動調節門廳及大堂內的燈光情況，因門廳和大堂空曠，通光性好本著充分利用自然光的原則進行改造，既節約能源又能提供更加自然的光環境。
5.7 道路走廊等公共區域照明
公共區域的照明主要涉及校園路燈照明及教學樓的走廊部分等區域，需進行靈活的燈光控制，既能滿足校園內師生的使用需求，又要實現用電能耗的降低。此部分智能照明控制系統在軟件內部可設置0、1/2、1/3、1場景，同時配合安裝照度傳感器的數據資料，系統可根據天氣及現場情況，進行自由切換場景模式，如在教學樓區域走廊，晚自習期間，采用1場景，走廊所有燈具全亮；上半夜采用1/2或1/3模式，保證走廊有部分能見性 ；后半夜則采用0場景，所有的燈具全滅，降低能耗，節能環保。
5.8 會議室照明
因會議室的規格和使用要求不同，根據校方的要求，靈活選配各種系統功能。會議室可采用智能開關面板，控制會議室內燈光的開關情況及場景切換，營造良好的燈光氛圍。可根據周圍環境和照度可預設多個場景，使用時只需輕按一鍵，便可開啟或關閉一組燈，啟動一種場景。會議室的燈光控制系統和窗簾、投影儀設備通過中控器相連，當與會人員連接投影時，投影儀及幕布自動放下，窗簾自動拉上，投影儀前的燈光能自動調暗或關閉 ；當會議結束的時候，系統自動，關掉投影儀，窗簾自動打開，燈光自動調亮。
5.9 建筑物景觀/泛光照明
建筑物室外泛光照明，其照明回路之間距離較遠，回路功率大，主要以開關控制為主，部分照明燈光可采用調光控制。系統采用在景觀/泛光照明配電箱內安裝智能空開，通過系統與學校時間表、天氣情況、照度情況，綜合判斷并自動控制燈光的開啟，例如晚6點開啟整個景觀照明的燈具，11點關閉部分景觀照明的燈具，12點以后只留必要的照明。具體時間還可根據一年四季晝夜長短的變化和節假日自動進行調整。
5.10 車庫照明
車庫智能照明控制系統運用開關模塊、照度傳感器等控制設備，使系統處于自動控制狀態，系統軟件內部設置場景模式實現場景的自動切換。根據實際照明及車庫車輛的情況，將一天的照明分為幾個時段，通過軟件的設置，在某些時段內，自動控制燈具開閉的數量，如上下班的高峰時段，地下車庫能的燈具全開；而上課、工作時間則只是維持車庫的正常照明情況，采用1/3或1/2的照明模式 ；深夜時候，車流量小，可關閉所有的車道照明和車位照明，只保留應急指示燈照明，保證基本的照度，以節約能耗。如有特殊需要，可在管理室用按鍵進行手動開關控制。同時，系統還可以結合校園監控智能視頻分析技術，聯動智能照明、空調集中管理等系統進行聯動，當偵測到有人員移動或是識別到該區域人員進入時，自動開啟燈光，當一定時間內未識別到人員，將自動關閉燈光，實現節能目的。
6 智能照明系統優勢
6.1 實現照明控制智能化
經過智能照明控制系統改造后，可使校區內的照明系統工作在全自動調節狀態下，根據建筑的功能區域的特點，設置與之相適應的若干基本工作狀態，系統通過時間表及各傳感器數據的綜合判斷，使系統能自動地在各種工作狀態之間轉換。部分區域保留手動控制面板，可根據實際的使用需求進行控制調整，達到很佳使用效果。
6.2 優化工作環境
好的燈光設計不僅能提高師生的工作效率，也能營造出一種溫馨、舒適的環境，通過更換老舊燈具，調整燈管的色域，可整體營造一種舒適的工作環境，同時景觀/泛光照明等公共區域，可利用燈光的顏色、投射方式和不同明暗亮度可創造出立體感、層次感，營造不同的燈光氛圍，具有良好的藝術感染力。
6.3 節能*
智能照明控制系統可通過合理的管理，根據系統設定的不同天氣、不同時間按照各個功能區域的實際情況，后臺實現對場景的預先光照度的設置，不需要照明的時候，保證將燈關掉；在需要照明的時候，選擇很好的燈具組合方案，達到環境光照度的需求。智能照明控制系統能用更經濟的能耗提供更舒適的照明，從而大大降低了學校的用電能耗。
6.4 延長燈具壽命
燈具常常因電壓過高、電網沖擊電壓和浪涌電壓等原因造成損壞，因此，適當降低電源電壓、維持和保證電源的質量就顯得尤其重要，智能照明系統調光模塊能有效地控制燈具的工作電壓，同時內置的模塊又可過濾掉電網中的過量的諧波電壓、電流，保證電源質量。智能照明系統可通過系統的軟啟動和軟關斷技術，避免燈絲的熱沖擊。采用智能照明系統后可有效地延長2~4倍的燈具壽命，不僅節省大量燈具，減少更換燈具的工作量，降低運營費用，更對難安裝區域的燈具及昂貴燈具具有特殊意義。
6.5 可與其他系統聯動控制
智能照明系統可與其他系統實現聯動控制，組成智能化集成系統，如消防控制系統、樓宇自動控制系統、視頻安防監控系統等，當發生緊急情況后可由報警系統強制打開所有回路，輔助配合其他各系統的功能，滿足建筑智能化的系統的集中控制功能。
6.6 提高管理水平，減少維護費用
智能照明控制系統可將普通照明人為的開與關轉換成了智能化開關管理，不僅能讓學校大樓的管理者能將其高素質的管理意識運用于照明控制系統中去，而且同時將大大減少樓體的運行維護費用，并帶來很大的投資回報。
7 照明具體改造措施
7.1 照明燈具改造
照明燈具改造，大部分樓棟照明現在仍使用傳統的日光燈管，因傳統的日光燈管光效低下，功率因素不高，電感整流器壽命短、顯色性不高、有閃爍、產品容易壞，壽命短，增加了學校的照明維護成本，本次燈具改造是將傳統燈具更換成LED節能燈。
7.2 照明控制改造
現有的智能照明控制系統具有開關控制和調光控制兩種方式，可以有效地控制各照明場所的平均照度值。同時，系統能根據學校時間表、天氣預報、室外光照情況，師生的使用需求，系統綜合判斷后進行自動調節燈具照度。系統可以根據不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細分，把不必要的照明關掉，在需要時自動開啟，更大地減少了用電能耗。同時，系統還能充分利用自然光，自動調節室內照度和開關公共區域的照明，營造良好的照明環境。系統可實現不同工作場合的多種照明工作模式，在保證必要照明的同時，有效減少燈具的工作時間，降低能耗，延長燈具的使用壽命。
8 安科瑞智能照明控制系統
8.1系統簡介
Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線技術設計的控制系統。KNX總線技術起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發展起來的，其中EIB(European Installation Bus,歐洲安裝總線)是該總線技術的主體。
Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(即KNX總線)作為總線線纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統，既可實現照明燈具的遠程集中控制，又可實現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個。
安科瑞智能照明產品種類齊全，方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類智能小區、醫院、學校，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明系統。
8.2系統工作原理示意圖
8.3產品選型
8.3.1 開關驅動器
用于對設備進行開關控制的驅動器，具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能，電氣參數如下：
8.3.2調光驅動器
2路0-10V調光器，可對每路進行回路開關控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態反饋等功能，電氣參數如下：
8.3.3傳感器
傳感器是一種能感受外界信號、物理條件(如光、移動)的設備裝置，并將感應的信息傳遞給其它設備裝置(如調光器、開關驅動器)，電氣參數如下：
8.3.4總線電源
KNX/EIB 系統標準供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個設備供電，帶總線復位、 過流指示和短路保護。標準導軌安裝，電氣參數如下：
8.5系統應用領域
8.6系統的控制優勢
(1)系統可通過、觸摸屏、電腦對現場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制，使得控制更加方便智能，用戶體驗更好；
(2)系統中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下，用戶操作更加安全、舒適；
(3)系統在實施過程中，充分結合自然光及人員的活動規律來自動控制燈光，減少能源消耗，達到很好的節能效果；
(4)系統采用分布分布式KNX總線結構，搭建簡單靈活，系統內各模塊互不影響，可獨立工作，可靠性更高；
(5)多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動感應控制，定時控制，場景控制和集中控制等，控制方式更靈活；
(6)系統的自動控制、遠程集中控制等功能，在實現自動化的同時，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
(7)升級系統內控制模塊或更改系統功能時，無需增加連接線，不需關閉整個系統，只需更改設備參數即可實現，維護方便，操作簡單；
(8)系統可與消防系統聯動，在出現消防報警時，強制打開應急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風險，提高了建筑的安全性。
8.7安科瑞組網方案
智能照明控制系統組網方式靈活，擴展方便，當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時，各設備以樹形枝狀延伸，構成支路系統智能照明控制系統；當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時，用支線耦合器組成多條支路，構成區域智能照明控制系統；當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時，用支線耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。
9 結語
本項目智能照明控制系統的改造范圍包括：公共走道照明、大廳及大堂照明，泛光照明、體育館、田徑場等校園室內外環境照明。教室內的照明系統按教室所對應課程表運行，同時保留當照明處于關閉狀態時間段，但室內光線影響正常的教學工作時，可利用房間內的手動開關更改照明設備的開啟狀態的功能。輔以安裝在室內的人體感應器，對室內的照明設備進行聯動控制，避免人不在房間但照明設備依然開啟的典型浪費現象。通過以上控制措施，避免了許多浪費能源的情況發生，確保在無需使用設備時設備處于關閉狀態，可節省10%~20%以上的照明用電。
智能照明系統功能 ：
◆充分發揮系統的控制功能。
◆可與BMS系統集成
◆開燈時，系統能按一定時間間隔自動逐個啟動區域燈光回路，考慮電流對電網的沖擊，實行軟啟動。
◆與BA、FA等系統連動，當有緊急情況發生時，系統能自動切斷各正常照明回路的供電，并打開應急照明回路。
◆節能減排中心可監控整個校園的燈光使用狀態，并加以控制。
◆監控工作站能自動記錄各燈光回路的運行時間與次數，生成設備運行報表，管理人員可提前知曉燈具的老化狀況。
◆與制定課程表系統進行聯動配合，達到節能目的。
參考文獻
[1]陳天厚 . 高校教學樓智能照明控制系統的研究與設計[D]. 吉林：吉林建筑大學，2017.
[2]張海華 . 基于 LED 的智能照明系統的設計與實現[D]. 廣州 ：華南理工大學，2013.
[3]趙琳霞 . 某學院智能照明系統的設計.
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2019.11版.
