【應(yīng)用案例】智能化照明控制在高校教室的作用

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 照明背景及照明智能化的意義

1.1教學(xué)樓與圖書館照明的背景

   當(dāng)前在建設(shè)生*文明、美麗中國大環(huán)境下，作為大學(xué)也要執(zhí)行精*的能源供給，減少無效能源的供給，避免浪費，做到按需供能，智慧供能。

   北京某學(xué)院教學(xué)樓智能化照明改造就是能源供給側(cè)改革的一次嘗試。通過技術(shù)改造，在保障照度的情況下，實現(xiàn)按需提供照明，減少無效照明供給，達到節(jié)約電能目的。

   北京某學(xué)院的教學(xué)樓B座建筑面積1.1萬平米，地上五層，有165座至245座階梯教室共12間，其他大小教室共36間。教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使室內(nèi)無人或人數(shù)很少的情況下，也是全部開啟室內(nèi)照明。夜間許多教室，即使僅有幾個學(xué)生在教室自習(xí)，室內(nèi)照明全部開啟，不會有師生因為只有少數(shù)人而僅開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現(xiàn)象到處存在，可以說無效照明供給大量存在。

    改造前教學(xué)樓照明采用的是每個教室使用的是固定式的開關(guān)面板各控制每一條線路的燈；這種傳統(tǒng)照明控制方式存在共同的缺點。淤不夠“人性化”；于存在電能浪費的現(xiàn)象；盂耗費人力，管理成本高。

1.2校園智能化照明的意義

   高校校園里的照明燈具數(shù)量眾多，無效照明供給量大，人工管理難度也非常大。燈具、光源（LED）的改造并不能減少無效照明供給。隨著智能照明系統(tǒng)的發(fā)展，其在節(jié)能與管理方面優(yōu)勢突出，高校把這兩種改造（燈具和智能化）相結(jié)合才可以把照明節(jié)能和管理工作做到*佳。通過智能照明控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)整個校園公共區(qū)域及不同功能建筑物的照明和能源管理，通過不同的場景模式、定時模式、感應(yīng)模式、集中控制模式等，可以對校園內(nèi)的所有照明系統(tǒng)進行管理，達到預(yù)期節(jié)能減排及有效人性化控制管理的目標(biāo)，使校園更加“智慧”。

2 采用智能化照明系統(tǒng)的思路

   智能照明市場，存在無線式智能照明系統(tǒng)與總線式智能照明系統(tǒng)兩種主要形式，他們各有優(yōu)劣。

2.1無線智能照明系統(tǒng)介紹

   無線型智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)采用的無線協(xié)議而分為WIFI、Zigbee、ENOCEN和無線射頻燈等。無線智能照明系統(tǒng)，不需要設(shè)備連接總線運行，實現(xiàn)了眾多智能照明控制器與智能照明監(jiān)控管理中*的無線組網(wǎng)，再通過與設(shè)備現(xiàn)場每一臺智能照明控制器在線網(wǎng)絡(luò)通信聯(lián)系。具有設(shè)計簡單，安裝、維護方便等優(yōu)點，無線組網(wǎng)省去了布網(wǎng)絡(luò)線等各種器材和人工費用。缺點是無線智能照明系統(tǒng)運行中，其十分依賴無線協(xié)議信號，在大型建筑中，由于建筑墻面多，容易造成信號干擾，導(dǎo)致運行照明系統(tǒng)時不穩(wěn)定。

2.2總線式智能照明系統(tǒng)介紹

  總線式智能照明控制系統(tǒng)將各設(shè)備使用現(xiàn)場總線連接起來形成照明系統(tǒng)的形式對照明回路進行智能化的控制?？偩€式智能照明控制系統(tǒng)，具有多種控制策略，冗余度高，抗干擾性能力強和工作穩(wěn)定，維修簡便化的優(yōu)點。缺點是施工布線工程量大，影響美觀。

3 FLCS智能化照明的系統(tǒng)原理及特點

   北京某學(xué)院出于穩(wěn)定的角度*終選擇總線式智能照明系統(tǒng)，通過招標(biāo)，*終選擇FLCS（Flexible Lighting Control Sys原tem，柔性智能燈光系統(tǒng)）

3.1FLCS智能化照明的系統(tǒng)原理

   FLCS智能照明系統(tǒng)是在RS485基礎(chǔ)上研發(fā)的總線式智能照明系統(tǒng)，可以單獨自組解決方案的同時，也可以與市場上不同通訊協(xié)議（包含DALI，KNX，MODBUS-TCP）的系統(tǒng)搭配，實現(xiàn)靈活多樣的行業(yè)智能化照明控制解決方案。

   FLCS智能照明系統(tǒng)包括開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、場景面板、光照度傳感器、人體感應(yīng)器等各種硬件設(shè)備，還有可實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)可圖形化編程組態(tài)的軟件界面，及通過云服務(wù)可以遠程下載和調(diào)試的服務(wù)。

   FLCS智能化照明是一套利用程序控制系統(tǒng)，通過通訊傳輸技術(shù)，信息智能化處理及電器控制等技術(shù)組成的分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對燈光具有高度的強弱調(diào)節(jié)、場景設(shè)置、定時設(shè)置的功能。從照明的舒適度和控制的精細(xì)度兩方面提高建筑物的照明質(zhì)量。

3.2 FLCS智能化照明的特點

  FLCS智能化照明具有安全可靠、性能優(yōu)良、系統(tǒng)成熟、維保簡捷等特點。

4 智能化照明系統(tǒng)形成機理

4.1教學(xué)樓智能化照明系統(tǒng)

   教學(xué)樓五層分別各用一個網(wǎng)關(guān)經(jīng)總線將各個教室的智能照明設(shè)備連接起來，再由監(jiān)控室的電腦通過后臺FLCS智能照明控制軟件進行監(jiān)控。如圖1所示。

圖1北京某學(xué)院智能照明系統(tǒng)

技術(shù)人員由一鍵智能面板時，智能網(wǎng)關(guān)會將該按鍵已編寫程序內(nèi)容數(shù)據(jù)發(fā)送到開關(guān)模塊處，然后實現(xiàn)程序效果。

4.2教學(xué)樓的智能照明控制方式

對于教室控制燈的方式，F(xiàn)LCS用了多個模塊的功能來制定嚴(yán)格的判斷開關(guān)燈創(chuàng)新綜合性方案。

（1）按人數(shù)控制

（2）按朝向、采光控制。

（3）FLCS系統(tǒng)的智能面板控制。

（4）時間控制。

（5）后臺計算機的監(jiān)控。

5 實施智能化照明后節(jié)能分析

  自北京某學(xué)院教學(xué)樓使用FLCS智能照明控制系統(tǒng)以來，取得了非?？捎^的節(jié)能效果。教學(xué)樓在改造智能照明之前，2個月共61天時間里總計消耗了65785kW·h。智能照明改造前后耗電量見表1。在智能照明改造之后，同期節(jié)省用電量效果總計消耗42256kW·h。北京某學(xué)院每一度電的價格為0.52元/度。所以在去年未改造前同期產(chǎn)生電費65785伊0.52=34208.2元，改造后同期產(chǎn)生電費42256伊0.52=21973.12元，同期智能照明改造投資*報率高達0.35。

表1北京某學(xué)院教學(xué)樓B座智能照明改造前后耗電量

6 智能化照明的不足之處及解決問題的辦法思路

6.1智能化照明的不足

（1）因人體計數(shù)器在使用時過于機械化，模塊對判定人流增減有硬性要求，這種情況下會使計數(shù)器產(chǎn)生一點人數(shù)統(tǒng)計上的誤差，從而導(dǎo)致影響控制燈具。

（2）紅外感應(yīng)器有會出現(xiàn)無人誤觸發(fā)開燈現(xiàn)象，這種情況屬于感應(yīng)器靈敏程度過高導(dǎo)致。計數(shù)設(shè)備的功能是基于功能需求做出，寫入的公式只判定加減，在判斷數(shù)據(jù)上會受一些特殊情況影響其統(tǒng)計功能。同時感應(yīng)設(shè)備受環(huán)境影響，因觸發(fā)條件或許不是人為的，但設(shè)備依然滿足到了觸發(fā)條件，從而出現(xiàn)誤觸發(fā)現(xiàn)象。

6.2解決問題的辦法思路

在分析人體計數(shù)器問題上，發(fā)現(xiàn)了其問題所在，主要是學(xué)生同時出入門但只計算一個人數(shù)，還有就是因聯(lián)動人體計數(shù)器的紅外對射安裝在腿部位置，在學(xué)生出入門時有概率在擺動雙腿過程中1人計算成2人的小部分情況；我們通過技術(shù)上不斷地測試，嘗試解決這種誤差，但都沒有取得非常好的減少誤差效果。因此，想出另一個思路，利用教室安裝的紅外感應(yīng)器，將誤差后導(dǎo)致的教室無人，計數(shù)器仍有少量人數(shù)統(tǒng)計使教室不關(guān)燈的情況解決。其思路是通過紅外感應(yīng)器，感應(yīng)到教室無人的情況下，系統(tǒng)將人體計數(shù)器的人數(shù)統(tǒng)計清零，從而實現(xiàn)教室燈全關(guān)的效果。

（1）人體計數(shù)器不可避免會產(chǎn)生誤差，目前新型的存在感應(yīng)器，只要人呼吸或微小的活動就能感知人的存在，是解決教室人數(shù)和人數(shù)變化的*佳設(shè)備，他的產(chǎn)生可以準(zhǔn)確的判斷教室的人數(shù)。

（2）用電量控制：FLCS智能照明控制系統(tǒng)可根據(jù)使用方提出的合理化降低用電量的需求，通過一系列的數(shù)據(jù)分析，從燈具功率到1間教室的耗電量做出相應(yīng)的節(jié)能方案，方案實施后耗電量可在軟件上、實際電表數(shù)上體現(xiàn)出來。

（3）學(xué)校計劃將對教室的分體空調(diào)的控制融入到FLCS智能照明系統(tǒng)中，策劃的方案理念符合節(jié)能、智能并且便于管理。

7安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

7.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)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(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

7.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)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。

7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

7.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

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

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負(fù)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(wǎng)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(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標(biāo)的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認(rèn)時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當(dāng)上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)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(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

7.5設(shè)備選型