智能照明系統在辦公建筑中的設計與應用

0引言

隨著時代的進步、經濟的騰飛、城鎮化進程的不斷加快和城市規模的不斷擴大，辦公建筑、商業建筑和居住建筑等的數量不斷增加，能源消耗也越來越多。照明系統的能源消耗在建筑總能源消耗中占了很大的比例，約為整個總能源消耗的40%。為了響應國家大力發展智能科技和堅持節能優先、綠色低碳的號召，在建筑界引入了綠色照明的概念，其中心思想是較大限度利用自然光源，通過場景模式控制器、照度傳感器、動靜傳感器和紅外感應傳感器等設備，在滿足照明使用需求的前提下，達到節約能源的目的。智能照明系統在此背景下應運而生[1]。

1智能照明系統的工作原理和應用優勢

1.1系統工作原理

智能照明系統應用了計算機技術、電磁調壓技術、電子感應技術和網絡通信技術等先進技術，通過統一的管理平臺對照明燈具進行調節和控制。智能照明系統一般由系統控制設備、輸入設備、輸出設備和負載設備四個部分構成。其中，輸入設備（開關面板、人體感應器和時間控制器等）接收控制信號，然后發送給系統控制設備（集中管理控制器）；集中管理控制器分析收到的控制信號后，把調整后的信號輸送給輸出設備（調光控制或開關模塊）；輸出設備通過控制模塊對負載設備（燈具等）進行調光和開關的控制[2]。

1.2系統應用優勢

（1）節約人力成本：智能照明系統根據預設的模式及匹配的傳感器進行控制，采用自動控制為主、手動控制為輔的控制方式；在一般情況下，系統不需要人為控制，能自動開關及調節燈具，大大減少了管理工作中人力和物力的開支[3]。

（2）提高照明質量：應用智能照明系統可以控制各個區域的整體照度值，并根據不同的需求自動調節照明模式和照度，滿足不同場景下的照明需求。

（3）延長燈具壽命：燈具損壞的主要原因有冷態沖擊和電網電壓，應用智能照明系統可以平滑地調整電路電壓，既可把照明線路的電壓控制在220V及以下，延長燈具的使用壽命（可達常規燈具壽命的2～4倍），也可減少燈具的維護和更換成本，降低整體費用。

（4）節能環保：智能照明系統可以根據不同的場景、時段、環境和人流量對絕大多數燈具進行調節及控制，并充分利用自然光；在某些時段可以關閉一些不必要的燈具，避免長明燈具的出現，整體可節約20%～40%的電能[4]。

2辦公建筑智能照明系統的設計要點

文章以某互聯網公司總部辦公大樓的照明設計為例，介紹智能照明系統的設計要點。該辦公大樓的辦公空間多為大開敞辦公區，配有多功能會議區、餐飲休閑區等功能區域。智能照明系統的使用區域及照明控制要求如表1所示。

表1智能照明系統使用區域及照明控制要求

2.1設計思路

針對辦公大樓的特點和照明要求，設計了Z-bus智能照明系統，如圖1所示。Z-bus智能照明系統由服務器、控制器、開關驅動器、調光驅動器、智能液晶面板開關、傳感器和系統軟件等部分組成，可以實現智能化管理和自動控制。應用智能照明系統可較大限度地降低運行管理費用，并減少能源的消耗[5]。智能照明系統服務器采用工業嵌入式設計，可以確保性能穩定。用戶可以通過以太網接口進行參數設定，并利用計算機、PAD或手機App訪問控制服務器，實現對照明回路的遠程監視和控制。系統采用CAN總線和Z-bus總線兩級總線，架構合理、穩定。Z-bus總線既可供電，又可實現通信功能，采用的是AC24V安全電壓供電方式，無極性接線，系統通信穩定、抗干擾能力強。

圖1Z-bus智能照明系統拓撲圖

2.2系統控制方式設計

智能照明系統的整體控制流程如圖2所示。

圖2智能照明系統整體控制流程

（1）時間控制：通過預設的時間對各區域照明進行開關、場景模式切換等控制。

（2）場景模式控制：通過設置的照明區域場景模式對不同使用需求下的照明場景進行切換。

（3）調光控制：預先設置照度范圍，在一天的不同時段，根據自然采光情況，通過照度傳感器和調光模塊對區域內燈具進行調節，使照度始終在預設范圍之內。

（4）動靜探測控制：通過紅外人體感應控制器、調光模塊和控制模塊對各照明區域的燈光控制方案進行調光或開關控制。

（5）就地控制：通過就地設置的智能控制面板對照明區域內的燈具進行手動控制和區域場景控制。

（6）遠程控制：通過計算機、PAD或手機App對照明區域進行手動控制和區域場景控制[6]。

2.3典型場所智能照明設計

2.3.1公共走廊

公共走廊采用紅外感應控制器、時間控制器和智能控制面板對燈具進行智能控制。走廊燈具分為三個控制回路，其中筒燈分成兩個控制回路（回路1和回路2），燈具和燈帶屬于第三個控制回路（回路3），如圖3所示。

圖3公共走廊燈具布置圖

（1）白天上下班高峰時段：自動關閉紅外感應控制器，啟用時間控制器，回路1、2、3點亮。

（2）白天工作時段：啟用紅外感應控制器，關閉時間控制器，回路3常亮，感應有人是回路1、2點亮（無人時關閉）。

（3）夜間和白天非工作時段：啟用紅外感應控制器，感應有人時回路1點亮（無人時關閉）。

2.3.2開敞辦公區

開敞辦公區采用紅外感應控制器、時間控制器、照度傳感器、調光模塊和智能控制面板對燈具進行智能控制。工位燈具采用單燈分列控制方式，射燈采用燈具回路控制，系統可以根據工作時間、自然采光情況和加班情況等自動調節照度及燈具的開啟等。同時，開敞辦公區設置了智能控制面板，可根據需要進行手動控制。

（1）上班時段：燈具全開，并通過照度傳感器和調光模塊對燈具進行自動開關和調光，控制區域內的整體照度、提高照度均勻性，從而改善工作環境、提高人員工作效率。

（2）午休時段：自動關閉工位上的LED燈管，同時調節筒燈的照度，營造較好的休息環境。

（3）非上班時段（加班時段）：在非上班時段，辦公室的燈具全部關閉，當有人加班時，紅外感應控制器感應到有人進入時，系統自動點亮通道區域的照明燈具，此時加班人員可以通過操作智能控制面板，打開所需的燈具，并可設置燈具開啟時長，在預設的時間系統會自動關閉燈具。如未預設燈具開啟時長，且人員離開時未關閉燈具電源，紅外感應控制器感應不

到人員時會自動發出指令關閉燈具。

2.3.3多功能會議區

多功能會議區燈具布置圖如圖4所示。多功能會議區采用紅外感應控制器、照度傳感器、調光模塊和智能控制面板對燈具進行智能控制。針對多功能會議區設置了一般會議、投影演講和報告等多種場景模式，可以根據不同的需求開啟預設的照明場景模式，實現不同的照明效果。

圖4多功能會議區燈具布置圖

3安科瑞智能照明控制系統

3.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關驅動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，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業微電網管理云平臺進行數據交換。

3.2應用場所

適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車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）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。

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

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

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設備選型

4結束語

應用智能照明系統可以對建筑照明進行智能化控制，為人們的生活和辦公創造更為靈活多變的照明環境，較大地提升了建筑的智能化管理水平，節約電能消耗，使建筑照明系統更加符合節能環保的要求。智能照明系統在未來會有更加廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]管謨剛,秦少雷,魏飛龍.智能照明系統在智能建筑中的應用[J].光源與照明,2023(1):66-68.

[2]張斌,侯嚴嚴,趙濤.基于ZigBee的智能照明控制系統設計[J].信息技術與網絡安全,2018,37(12):62-65.

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[5]梁青璇,陳雅倩,羅濤,等.辦公建筑LED照明空間的光環境提升需求研究[J].建筑科學,2021,37(4):19-25,32.

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[7]胡雁，辦公建筑智能照明系統設計

[8]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版