某學(xué)院智能照明系統(tǒng)的設(shè)計

趙琳霞

ZHAO Lin-xia

（廣州市設(shè)計院信息與智能化設(shè)計所）

(Information & Intellectual Designing Branch of Guangzhou Designing Insistute)

1 概述

某學(xué)院于2009年成立，總建筑面積約33萬㎡。整個學(xué)校劃分為校前區(qū)、實訓(xùn)區(qū)、中心湖區(qū)、中心教學(xué)區(qū)、體育運動區(qū)和生活區(qū)6個功能區(qū)。

校園采用照明改造及集中管理系統(tǒng)的目標(biāo)是借鑒先進的照明控制管理經(jīng)驗、采用節(jié)能燈具、先進的控制技術(shù)及控制元件，對校園的照明進行統(tǒng)一規(guī)劃管理，實現(xiàn)校園整體節(jié)能，節(jié)省校園的運行能耗及運營成本。

智能照明控制系統(tǒng)一般具有如下優(yōu)點：

1）節(jié)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(yǎng)便利；

5）實用性好。

在校園整體照明系統(tǒng)中，采用智能照明控制系統(tǒng)的方式實現(xiàn)節(jié)能。

2 節(jié)能改造建設(shè)目標(biāo)

2.1 完成“十三五”末期生均能耗降低15%以上的節(jié)能目標(biāo)

國家正在大力提倡推薦學(xué)校的節(jié)能減排工作，“智能校園建設(shè)”正是順應(yīng)國家節(jié)能減排號召的具體體現(xiàn)，通過改造后，可實現(xiàn)整個校園的節(jié)能工作量化、可視化，進一步實現(xiàn)生均能耗降低15%以上的節(jié)能目標(biāo)。

2.2 建設(shè)綠色智慧校園的內(nèi)在要求

學(xué)?，F(xiàn)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(jié)能改造勢在必行，本項目將建立統(tǒng)一的能耗監(jiān)管平臺，對癥下藥，從源頭解決費水費電問題，平穩(wěn)實現(xiàn)綠色智慧校園建設(shè)。

2.3 降低學(xué)校運行維護成本，控制能源費用

制定節(jié)能運行規(guī)范，使學(xué)校后勤人員提高節(jié)能意識并具備專業(yè)的節(jié)能運行技能，減輕設(shè)備維護管理工作量，實現(xiàn)科學(xué)、自動化運維。

2.4 更新部分效率低、性能老化的設(shè)備

在改造過程中將對照明及配電系統(tǒng)的設(shè)備進行更新改造，將耗電量大的燈具改為新型節(jié)能的LED燈具，并可更換損壞的燈具，排查照明回路隱患，優(yōu)化室內(nèi)燈光環(huán)境。

3 照明現(xiàn)狀

部分區(qū)域的室內(nèi)區(qū)域采用250W的金鹵燈照明，能耗高、不環(huán)保、散熱性能極差，增加區(qū)域空間的散熱負(fù)擔(dān)與能耗等級。

校園內(nèi)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(yīng)有的照明功能，影響學(xué)校的整體形象。

4 照明系統(tǒng)改造

智能照明系統(tǒng)主要包括智能照明模塊（開關(guān)模塊或調(diào)光模塊）、照度傳感器、人體檢測傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、接口網(wǎng)關(guān)、管理工作站等幾部分（見圖1）。

智能照明模塊內(nèi)含通訊模塊，負(fù)責(zé)接收控制命令、開關(guān)狀態(tài)信號；照度及人體檢測傳感器則負(fù)責(zé)采集教室內(nèi)光照強度和人體探測信息的傳遞。

控制系統(tǒng)能根據(jù)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(yuǎn)程控制。管理中心按照管理的要求編制管理軟件，并根據(jù)實時信息下發(fā)控制命令和顯示照明系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

5 分區(qū)域照明改造策略

因校園內(nèi)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(jù)實際使用、管理方式進行改造。對于校園內(nèi)的主要用電區(qū)域采用劃片區(qū)逐級開放照明。具體各區(qū)的使用功能及燈具情況進行規(guī)劃。

5.1 教學(xué)樓

教學(xué)樓各教室配電箱內(nèi)傳統(tǒng)空開升級為智能空開。智能空開能夠聯(lián)網(wǎng)控制，可以遠(yuǎn)程控制每個房間的燈具開關(guān)，可以根據(jù)課表自動控制燈具的開啟及關(guān)閉時間。在教學(xué)樓主出入口處、樓層主出入口處安裝人流統(tǒng)計設(shè)備，對進入教學(xué)樓內(nèi)的學(xué)生人數(shù)進行統(tǒng)計，在預(yù)置時段，比如晚自習(xí)期間，根據(jù)人數(shù)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(nèi)傳統(tǒng)空開升級為智能空開。智能空開能夠聯(lián)網(wǎng)控制，可以遠(yuǎn)程控制每個房間的燈具開關(guān)，可以根據(jù)課表及預(yù)置時間表自動控制燈具的開啟及關(guān)閉時間。在圖書館主出入口處、樓層主出入口處安裝人流統(tǒng)計設(shè)備，對進入圖書館內(nèi)的學(xué)生人數(shù)進行統(tǒng)計，在預(yù)置時段，比如晚上，圖書館多功能閱覽區(qū)及自習(xí)區(qū)是根據(jù)進入人數(shù)劃片區(qū)開放照明，以達(dá)到節(jié)能控制的目的。

圖1 照明集中管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

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(yuǎn)不及教學(xué)區(qū)，因此照明控制的主要目標(biāo)不在于節(jié)能，而在于有效管理場館內(nèi)的所有燈具的開關(guān)控制，可配合師生的實際使用需求進行控制?，F(xiàn)校園內(nèi)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(yīng)，確保每一條回路有足夠的余量，控制回路一般采用開關(guān)控制方式，少部分回路采用調(diào)光（如主席臺位置燈光）?？刂苹芈返慕M合聯(lián)動根據(jù)比賽項目、比賽場地大小和燈位的情況來設(shè)定。

體育館和田徑場在晚上需提供體育活動或預(yù)置時段的照明控制機制與圖書館類似，于出入口內(nèi)安裝人流統(tǒng)計設(shè)備，對進入體肓館內(nèi)的學(xué)生人數(shù)進行統(tǒng)計，并體肓館內(nèi)的照明燈具進行分區(qū)控制。當(dāng)進入體肓館內(nèi)人數(shù)到達(dá)不同的數(shù)量時，逐步開放各個區(qū)域的照明，當(dāng)人員全部離開，人數(shù)計數(shù)為零時，自動關(guān)閉照明。

5.4 衛(wèi)生間照明

此部分采用照度傳感器與人體感應(yīng)器的兩種方式進行改造控制燈具開關(guān)。

在人流量大、頻繁使用的區(qū)域，可采用照度傳感器方式，傳感器通過感應(yīng)戶外光線為燈光控制器提供開關(guān)信號；同時，后端系統(tǒng)軟件可根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜粘鋈章滟Y料數(shù)據(jù)，自動調(diào)整開關(guān)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(qū)域，則選用人體感應(yīng)裝置進行控制，當(dāng)感應(yīng)到有人進入時才自動點亮燈光。

5.5 文娛活動區(qū)域照明

其他活動區(qū)域如多功能排練室、形體訓(xùn)練室、民族器樂訓(xùn)練室、體能訓(xùn)練室、電子器樂訓(xùn)練室、跆拳道等區(qū)域，在房間配電箱內(nèi)安裝智能空開，可對燈具的使用可預(yù)約開啟、根據(jù)課表開啟等靈活智能控制。

目前我國生物信息領(lǐng)域研究所用的數(shù)據(jù)和生物信息資源基本依賴國外的數(shù)據(jù)庫。國外對生物信息數(shù)據(jù)的壟斷，在一定程度上影響我國的生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也可能對研究結(jié)果造成不可預(yù)知的影響。為解決這個問題，國家科技部于2010年啟動了國家科技基礎(chǔ)性工作專項重點項目“生物信息學(xué)基礎(chǔ)信息整編”項目。

5.6 門廳及大堂區(qū)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(tǒng)可根據(jù)室外太陽光的強弱，自動調(diào)節(jié)門廳及大堂內(nèi)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(jié)約能源又能提供更加自然的光環(huán)境。

5.7 道路走廊等公共區(qū)域照明

公共區(qū)域的照明主要涉及校園路燈照明及教學(xué)樓的走廊部分等區(qū)域，需進行靈活的燈光控制，既能滿足校園內(nèi)師生的使用需求，又要實現(xiàn)用電能耗的降低。

此部分智能照明控制系統(tǒng)在軟件內(nèi)部可設(shè)置0、1/2、1/3、1場景，同時配合安裝照度傳感器的數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)可根據(jù)天氣及現(xiàn)場情況，進行自由切換場景模式，如在教學(xué)樓區(qū)域走廊，晚自習(xí)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(jié)能環(huán)保。

5.8 會議室照明

因會議室的規(guī)格和使用要求不同，根據(jù)校方的要求，靈活選配各種系統(tǒng)功能。會議室可采用智能開關(guān)面板，控制會議室內(nèi)燈光的開關(guān)情況及場景切換，營造良好的燈光氛圍?？筛鶕?jù)周圍環(huán)境和照度可預(yù)設(shè)多個場景，使用時只需輕按一鍵，便可開啟或關(guān)閉一組燈，啟動一種場景。

會議室的燈光控制系統(tǒng)和窗簾、投影儀設(shè)備通過中控器相連，當(dāng)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(diào)暗或關(guān)閉；當(dāng)會議結(jié)束的時候，系統(tǒng)自動，關(guān)掉投影儀，窗簾自動打開，燈光自動調(diào)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(yuǎn)，回路功率大，主要以開關(guān)控制為主，部分照明燈光可采用調(diào)光控制。系統(tǒng)采用在景觀/泛光照明配電箱內(nèi)安裝智能空開，通過系統(tǒng)與學(xué)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(guān)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(jù)一年四季晝夜長短的變化和節(jié)假日自動進行調(diào)整。

5.10 車庫照明

車庫智能照明控制系統(tǒng)運用開關(guān)模塊、照度傳感器等控制設(shè)備，使系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)，系統(tǒng)軟件內(nèi)部設(shè)置場景模式實現(xiàn)場景的自動切換。根據(jù)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(shè)置，在某些時段內(nèi)，自動控制燈具開閉的數(shù)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，車流量最小，可關(guān)閉所有的車道照明和車位照明，只保留應(yīng)急指示燈照明，保證基本的照度，以節(jié)約能耗。如有特殊需要，可在管理室用按鍵進行手動開關(guān)控制。

6 智能照明系統(tǒng)優(yōu)勢

6.1 實現(xiàn)照明控制智能化

經(jīng)過智能照明控制系統(tǒng)改造后，可使校區(qū)內(nèi)的照明系統(tǒng)工作在全自動調(diào)節(jié)狀態(tài)下，根據(jù)建筑的功能區(qū)域的特點，設(shè)置與之相適應(yīng)的若干基本工作狀態(tài)，系統(tǒng)通過時間表及各傳感器數(shù)據(jù)的綜合判斷，使系統(tǒng)能自動地在各種工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。部分區(qū)域保留手動控制面板，可根據(jù)實際的使用需求進行控制調(diào)整，達(dá)到最佳使用效果。

6.2 優(yōu)化工作環(huán)境

好的燈光設(shè)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(huán)境，通過更換老舊燈具，調(diào)整燈管的色域，可整體營造一種舒適的工作環(huán)境，同時景觀/泛光照明等公共區(qū)域，可利用燈光的顏色、投射方式和不同明暗亮度可創(chuàng)造出立體感、層次感，營造不同的燈光氛圍，具有良好的藝術(shù)感染力。

6.3 節(jié)能效果顯著

智能照明控制系統(tǒng)可通過合理的管理，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的不同天氣、不同時間按照各個功能區(qū)域的實際情況，后臺實現(xiàn)對場景的預(yù)先光照度的設(shè)置，不需要照明的時候，保證將燈關(guān)掉；在需要照明的時候，選擇最佳的燈具組合方案，達(dá)到環(huán)境光照度的需求。智能照明控制系統(tǒng)能用最經(jīng)濟的能耗提供最舒適的照明，從而大大降低了學(xué)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(wǎng)沖擊電壓和浪涌電壓等原因造成損壞，因此，適當(dāng)降低電源電壓、維持和保證電源的質(zhì)量就顯得尤其重要，智能照明系統(tǒng)調(diào)光模塊能有效地控制燈具的工作電壓，同時內(nèi)置的模塊又可過濾掉電網(wǎng)中的過量的諧波電壓、電流，保證電源質(zhì)量。智能照明系統(tǒng)可通過系統(tǒng)的軟啟動和軟關(guān)斷技術(shù)，避免燈絲的熱沖擊。采用智能照明系統(tǒng)后可有效地延長2～4倍的燈具壽命，不僅節(jié)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(qū)域的燈具及昂貴燈具具有特殊意義。

6.5 可與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制

智能照明系統(tǒng)可與其他系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動控制，組成智能化集成系統(tǒng)，如消防控制系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)等，當(dāng)發(fā)生緊急情況后可由報警系統(tǒng)強制打開所有回路，輔助配合其他各系統(tǒng)的功能，滿足建筑智能化的系統(tǒng)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(tǒng)可將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化開關(guān)管理，不僅能讓學(xué)校大樓的管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去，而且同時將大大減少樓體的運行維護費用，并帶來極大的投資回報。

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(xiàn)在仍使用傳統(tǒng)的日光燈管，因傳統(tǒng)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(chǎn)品容易壞，壽命短，增加了學(xué)校的照明維護成本，本次燈具改造是將傳統(tǒng)燈具更換成LED節(jié)能燈。

7.2 照明控制改造

現(xiàn)有的智能照明控制系統(tǒng)具有開關(guān)控制和調(diào)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(tǒng)能根據(jù)學(xué)校時間表、天氣預(yù)報、室外光照情況，師生的使用需求，系統(tǒng)綜合判斷后進行自動調(diào)節(jié)燈具照度。系統(tǒng)可以根據(jù)不同場合、不同的人流量，進行時間段、工作模式的細(xì)分，把不必要的照明關(guān)掉，在需要時自動開啟，極大地減少了用電能耗。同時，系統(tǒng)還能充分利用自然光，自動調(diào)節(jié)室內(nèi)照度和開關(guān)公共區(qū)域的照明，營造良好的照明環(huán)境。系統(tǒng)可實現(xiàn)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。

本項目智能照明控制系統(tǒng)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(nèi)外環(huán)境照明。教室內(nèi)的照明系統(tǒng)按教室所對應(yīng)課程表運行，同時保留當(dāng)照明處于關(guān)閉狀態(tài)時間段，但室內(nèi)光線影響正常的教學(xué)工作時，可利用房間內(nèi)的手動開關(guān)更改照明設(shè)備的開啟狀態(tài)的功能。

輔以安裝在室內(nèi)的人體感應(yīng)器，對室內(nèi)的照明設(shè)備進行聯(lián)動控制，避免人不在房間但照明設(shè)備依然開啟的典型浪費現(xiàn)象。

通過以上控制措施，避免了許多浪費能源的情況發(fā)生，確保在無需使用設(shè)備時設(shè)備處于關(guān)閉狀態(tài)，可節(jié)省10%～20%以上的照明用電。

智能照明系統(tǒng)功能：

◆充分發(fā)揮系統(tǒng)的最大控制功能。

◆可與BMS系統(tǒng)集成

◆開燈時，系統(tǒng)能按一定時間間隔自動逐個啟動區(qū)域燈光回路，考慮電流對電網(wǎng)的沖擊，實行軟啟動。

◆與BA、FA等系統(tǒng)連動，當(dāng)有緊急情況發(fā)生時，系統(tǒng)能自動切斷各正常照明回路的供電，并打開應(yīng)急照明回路。

◆節(jié)能減排中心可監(jiān)控整個校園的燈光使用狀態(tài)，并加以控制。

◆監(jiān)控工作站能自動記錄各燈光回路的運行時間與次數(shù)，生成設(shè)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(tǒng)進行聯(lián)動配合，達(dá)到節(jié)能目的。

[1]陳天厚.高校教學(xué)樓智能照明控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D].吉林：吉林建筑大學(xué)，2017.

[2]張海華.基于LED的智能照明系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[3]李曉麗.高校照明節(jié)電技術(shù)和管理方案研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2013.

[4]郭帥.關(guān)于建筑電氣照明節(jié)能的探討[D].太原：山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2009.