胡冠楠
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要：新時(shí)期，建筑行業(yè)發(fā)展迅速，在信息化背景下，建筑功能逐漸拓展，呈現(xiàn)了智能化的發(fā)展態(tài)勢。智能建筑更加安全、節(jié)能、環(huán)保，也符合綠色建筑理念。在建筑智能化發(fā)展背景下，智能照明系統(tǒng)受到了各界的重視。智能照明系統(tǒng)具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能滿足人們的生活和工作需求，而且還具有節(jié)能、安全的特點(diǎn)。為此，在智能建筑設(shè)計(jì)中，要關(guān)注智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，提高建筑照明效果，文章對此進(jìn)行研究。
關(guān)鍵詞：智能照明；智能建筑；應(yīng)急照明
0、引言
智能建筑具有信息化管理、公共安全、設(shè)備管理等功能，將系統(tǒng)和服務(wù)、管理等合為一體，從而提高人們的居住環(huán)境質(zhì)量。在智能建筑發(fā)展過程中，要結(jié)合我國國情，融入可持續(xù)發(fā)展理念，充分發(fā)揮智能建筑的節(jié)能環(huán)保性、可持續(xù)性等優(yōu)勢，不斷完善建筑功能。我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，推動(dòng)了智能化行業(yè)發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，智能化技術(shù)也不斷進(jìn)步。未來，我國的智能建筑市場會(huì)越來越大，發(fā)展前景廣闊，發(fā)展智能照明系統(tǒng)，可以促進(jìn)智能建筑的進(jìn)一步發(fā)展。
1、智能照明系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
智能照明系統(tǒng)是傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的現(xiàn)代化升級，是一個(gè)具有多置電源開關(guān)的多控電路系統(tǒng)，能夠簡化安裝和操作流程。與傳統(tǒng)照明系統(tǒng)不同，智能照明系統(tǒng)能夠利用系統(tǒng)軟件來實(shí)現(xiàn)對燈光的即時(shí)控制，還能夠運(yùn)用豐富的照明燈具滿足多場景的照明需求，為人們帶來更好的生活體驗(yàn)。
當(dāng)前，智能照明系統(tǒng)的研究主要圍繞節(jié)能和舒服性來展開，更加注重用戶的使用感受和建筑應(yīng)用場景，能夠利用各類優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)照明的智能化，是相關(guān)行業(yè)智能化升級的成果。其中，在節(jié)能方面，研究集中在人工照明的控制方式上，如通過各種傳感器，建立室內(nèi)光照模型，通過各種優(yōu)化算法進(jìn)行光照組合。這些研究都還停留在模擬階段，需要在以后的實(shí)驗(yàn)中建立更加準(zhǔn)確的模型。通過收集用戶信息的方式，建立模型控制照明系統(tǒng)，同時(shí)通過云計(jì)算平臺(tái)增強(qiáng)各個(gè)協(xié)議的兼容性，利用智能照明系統(tǒng)和智能家居等應(yīng)用軟件建設(shè)智慧云端平臺(tái)，進(jìn)而為促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
2、智能照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
智能照明系統(tǒng)是一個(gè)集中了管理器、主干線、信息接口等的網(wǎng)絡(luò)，可以對各個(gè)區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一控制和信號取樣。智能照明系統(tǒng)包括照明模塊、傳感模塊和控制模塊等部件，主系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間采用信息接口等部件進(jìn)行通信。
2.1 照明模塊
照明模塊的主要組成是 led。led 驅(qū)動(dòng)方式相對簡單、反應(yīng)迅速、使用壽命不會(huì)因?yàn)榻?jīng)常的調(diào)整而受到影響、功率消耗很小、能源效率很高，而且不存在水銀污染，能夠降低對環(huán)境的危害。led 調(diào)光目前有兩種方法，一種是模擬調(diào)整法，一種是 pwm 調(diào)光法，pwm 調(diào)光法相對于模擬調(diào)整法有良好的應(yīng)用前景。對 led 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其電路的研究主要集中在提高調(diào)光的精度、效率和減少電路的復(fù)雜程度，可以為集成傳感器的反饋和智能控制算法的建立奠定基礎(chǔ)。
2.2 傳感模塊
傳感模塊主要用于向智能照明系統(tǒng)提供環(huán)境信息，從而降低照明能耗、提高視覺舒服性、調(diào)節(jié)人體生理節(jié)律等。智能照明系統(tǒng)需要提升對室內(nèi)人員感知的靈活性，根據(jù)使用者的具體位置，調(diào)節(jié)使用者所處區(qū)域的照明，并關(guān)閉無人區(qū)域內(nèi)的照明設(shè)備。另外，智能照明系統(tǒng)需要根據(jù)自然光線調(diào)整光源的亮度，這需要利用光電探測器。
當(dāng)前，利用傳感設(shè)備的空間位置和周圍目標(biāo)的反射效應(yīng)建立感應(yīng)器的反射量是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。除了對周圍環(huán)境的感知，研究主要還集中在感知人類的身體和心理上，利用智能手環(huán)、手表等傳感設(shè)備能夠感知使用者的身體狀況。
2.3 控制模塊
控制模塊的控制系統(tǒng)分為集中式、分散式和分布式三類。其中，集中式控制系統(tǒng)的組成包括 1 個(gè)中心控制器，負(fù)責(zé)處理各個(gè)傳感器的測量數(shù)據(jù)，并根據(jù)測量結(jié)果對各個(gè)照明設(shè)備發(fā)出調(diào)整命令。在分散式控制系統(tǒng)中，各燈具除了具有燈源和驅(qū)動(dòng)電路，還具有獨(dú)立的傳感和控制模塊，可以根據(jù)傳感器的讀數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但是不能與其他燈進(jìn)行通信。分布式控制系統(tǒng)各照明設(shè)備之間具有通信功能，各照明設(shè)備既是執(zhí)行設(shè)備，也是控制設(shè)備。
智能照明系統(tǒng)通常采用分散式或分布式的結(jié)構(gòu)，即各個(gè)單元的燈光調(diào)節(jié)相對獨(dú)立，并通過中央控制臺(tái)和信息接口連接到建筑智能化管理系統(tǒng)。對比分散式與分布式控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)分散式系統(tǒng)中不同光源間沒有通信能力，在受陽光或周圍環(huán)境影響時(shí)，存在局部地區(qū)光照不足的問題，這種情況可以通過增加通信模塊的方式改進(jìn)。這樣一來，光源可以接收來自其他照明設(shè)備的多種信息，從而確定相鄰燈具的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的安全性。
3、智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用策略
智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用范圍十分廣泛，無論是道路照明、隧道照明、樓宇自動(dòng)化照明還是家居照明，都離不開智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用。在智能建筑中應(yīng)用智能照明系統(tǒng)時(shí)，可以按分區(qū)和按照職能劃分受控目標(biāo)。（1）按分區(qū)劃分。是指將受控目標(biāo)按照建筑結(jié)構(gòu)劃分，然后統(tǒng)計(jì)受控目標(biāo)的數(shù)量、總體運(yùn)行狀況、控制參數(shù)、通信需求等，以便為控制對象的集中控制和系統(tǒng)整合提供參考。（2）按照職能劃分。是指根據(jù)監(jiān)測需求，將受控目標(biāo)分為不同類別。照明系統(tǒng)按照功能可以分為工作照明、事故照明、藝術(shù)照明、障礙照明等，可針對區(qū)域特征采用區(qū)域燈光控制、調(diào)光控制、時(shí)鐘控制、場景控制、光線感應(yīng)設(shè)置、移動(dòng)感應(yīng)設(shè)置等方式。劃分受控目標(biāo)，可以為控制方式、控制深度、控制精度、控制費(fèi)用的設(shè)置提供基本根據(jù)。
在建筑工程照明設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)不同的受控目標(biāo)，即各個(gè)功能區(qū)域的照明特性，采用不同的環(huán)路控制模式。對于建筑內(nèi)不需要太多功能、不需要人員進(jìn)出的地方，可以使用簡單的電路進(jìn)行控制，這樣的控制方式僅需要調(diào)整照明模塊和控制模塊即可實(shí)現(xiàn)照明回路的自動(dòng)開閉；在建筑的走道、電梯廳等公共區(qū)域，除了要設(shè)計(jì)簡單的控制電路，還要設(shè)計(jì)照明的自動(dòng)開關(guān)，增加動(dòng)探測器、靜探測器、智能探測器等電子元器件，并利用調(diào)光模塊、控制模塊、傳感模塊，對各個(gè)區(qū)域不同工況下的燈具進(jìn)行自動(dòng)控制；對于某些功能要求較高的建筑區(qū)域，如展廳、報(bào)告廳、會(huì)議中心、多功能廳等，不但要設(shè)計(jì)簡單的控制電路，而且要根據(jù)照明時(shí)間、用途和效果，使用不同的預(yù)先設(shè)定的場景控制模式。
4、智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的實(shí)際應(yīng)用
4.1 在不同類型建筑中的應(yīng)用
4.1.1 在酒店建筑中的應(yīng)用
智能照明系統(tǒng)在酒店建筑中的應(yīng)用類型較豐富，包括室內(nèi)智能照明系統(tǒng)、舞臺(tái)智能照明系統(tǒng)、多媒體智能照明系統(tǒng)等。在酒店照明中，藝術(shù)照明占有較大的比例，選擇合理的照明亮度和光源分布是照明設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。類型豐富的照明系統(tǒng)能夠滿足酒店的多場景需要，且具有調(diào)光一致性好、光準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、功能完善、使用壽命長的特點(diǎn)，可以利用智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈具工作狀態(tài)的檢測和現(xiàn)場的實(shí)景調(diào)光。
4.1.2 在民用建筑中的應(yīng)用
智能照明系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于民用建筑中，需要能夠根據(jù)時(shí)間、照明用途對照明開關(guān)和照明亮度進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)民用建筑的人性化管理和智慧化照明，并起到一定的節(jié)能效果。民用建筑中的智能照明系統(tǒng)一般由調(diào)光模塊、開關(guān)、輸入模塊、人機(jī)互動(dòng)界面和智能傳感器等部分組成，可以在降低能耗的同時(shí)為用戶帶來更好的照明體驗(yàn)。
相關(guān)研究表明，智能照明系統(tǒng)能夠?yàn)槊裼媒ㄖ脩艄?jié)約較大的電能消耗，減輕用電峰谷給電力供應(yīng)帶來的壓力。還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑夜景的遠(yuǎn)程智能控制和樓宇夜景的智能化管理，可以根據(jù)不同的情景設(shè)定對應(yīng)的景觀模式，在保障民用建筑夜景運(yùn)維管理安全性和穩(wěn)定性的同時(shí)，提升居民的生活質(zhì)量。
4.1.3 在教學(xué)建筑中的應(yīng)用
教學(xué)建筑人員密集，集教學(xué)、生活等多功能于一體，能源消耗較大。傳統(tǒng)的高等院校照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理較為落后，普遍存在著燈具壽命短、線路老化的特征，為了緩解能源供缺矛盾，改善能源不足的現(xiàn)狀，提高各高校教室的照明效率，結(jié)合智能化技術(shù)是當(dāng)前行業(yè)的正確選擇。將智能照明系統(tǒng)應(yīng)用在高校教室中，能夠通過智能化技術(shù)調(diào)節(jié)光照的強(qiáng)度和色度，減少不良光線對學(xué)生的視覺刺激，保護(hù)其視力免受影響。智能照明系統(tǒng)能夠自主判斷教室和外界的光照情況，通過控制器對信號的處理來調(diào)節(jié)照明燈具的亮度，在保證學(xué)生良好的學(xué)習(xí)環(huán)境的同時(shí)，減少能源的消耗。智能照明系統(tǒng)還是智能化教學(xué)的重要組成部分，能夠和其他控制系統(tǒng)相連，組成高覆蓋、廣分布的智能網(wǎng)絡(luò)。
4.1.4 在地鐵車站中的應(yīng)用
智能照明系統(tǒng)還被應(yīng)用于地鐵車站，不僅能夠提高車站的智能化程度和車站照明系統(tǒng)的管理效率，還能減少相關(guān)的能源消耗，降低照明系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)成本。地鐵車站能夠按照功能劃分為多個(gè)不同的功能區(qū)域，如公共區(qū)域、出入口區(qū)域和設(shè)備區(qū)域等，不同的空間環(huán)境有著不同的照明需求，只有應(yīng)用智能照明系統(tǒng)才能滿足多樣的照明需求。
4.2 在建筑應(yīng)急照明中的應(yīng)用
應(yīng)用智能照明系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急照明時(shí)要注意通過智能照明系統(tǒng)準(zhǔn)確定位火災(zāi)位置和影響區(qū)域，以便快速確定疏散逃生的方向。消防救援人員在獲得準(zhǔn)確的位置信息后，需要合理設(shè)計(jì)的救援方案組織救援，以減少災(zāi)害損失。
在火災(zāi)發(fā)生后，煙霧會(huì)影響人的正常視線，普通的照明光源穿透性不好，無法發(fā)揮引導(dǎo)指示作用，而應(yīng)急專用照明光源穿透性強(qiáng)，在煙霧干擾下能發(fā)揮較好的指示作用，再加上語音指令配合，能發(fā)揮良好的疏導(dǎo)作用。受困人員要根據(jù)疏散光源指示和語音提示做出準(zhǔn)確判斷。在消防警報(bào)啟動(dòng)后，語音提示系統(tǒng)會(huì)提醒受困人員盡快離開電梯、自動(dòng)扶梯等設(shè)施，因?yàn)橄绹娏茉O(shè)施啟動(dòng)后會(huì)自動(dòng)切斷非消防用電源，留在電梯等設(shè)施內(nèi)會(huì)被困住或造成觸電等次生危害。應(yīng)急照明電源一般分為自帶蓄電池的和集中供電的類型。采用自帶蓄電池電源時(shí)要注意日常維護(hù)，而集中供電電源的安裝線路比較復(fù)雜，安裝成本較高，采用哪種電源可以根據(jù)實(shí)際條件自主選擇。
5、應(yīng)用場景
系統(tǒng)功能：
1、開關(guān)控制：對通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會(huì)議室按照單個(gè)照明回路、區(qū)域、樓層等實(shí)現(xiàn)對應(yīng)照明的開關(guān)燈控制，監(jiān)視受控回路的開關(guān)狀態(tài)。
2、調(diào)光控制：滿足區(qū)域照度和亮度調(diào)節(jié)要求，支持在通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會(huì)議室等場所監(jiān)測照度或亮度，并根據(jù)需要自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)開燈數(shù)量和燈光亮度，充分利用自然光源，滿足節(jié)約了能源，營造了舒適的生活工作環(huán)境。
3、場景控制：支持不同的場景模式控制，根據(jù)不同區(qū)域的功能需求，設(shè)定場景，完成相關(guān)照明燈具的控制組合，滿足美化工作環(huán)境、提高舒適度需求。
4、照明回路電路監(jiān)測：實(shí)時(shí)監(jiān)視各照明支路/回路的運(yùn)行電流、開關(guān)狀態(tài)，并自動(dòng)分析回路是否有故障狀態(tài)并預(yù)警。
5、分區(qū)、總控：支持運(yùn)行管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)視各區(qū)域、樓層、樓棟的照明狀態(tài)，并根據(jù)需要進(jìn)行分區(qū)、分層、分樓棟按需要分區(qū)控制、總控制。
6、實(shí)時(shí)報(bào)警：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(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)警信息記錄并顯示在界面中，提示內(nèi)容為故障時(shí)間、模塊位置、故障說明。
7、歷史記錄查詢：查詢?nèi)我鈺r(shí)段內(nèi)的事件記錄，支持“當(dāng)日”“最近7天”“自定義時(shí)段”方式查詢歷史事件。
6、現(xiàn)場圖片
7、產(chǎn)品選型
8、結(jié)束語
綜上所述，智能照明系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和生活的各個(gè)角落，為人們帶來無限的便利。毋庸置疑的是，智能照明系統(tǒng)的發(fā)展將始終與社會(huì)相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展雙向并行、共同進(jìn)步，致力于智慧社會(huì)的構(gòu)建。從電氣化到智能化，再到未來的智慧化，照明系統(tǒng)經(jīng)歷了時(shí)代的打磨，滿足了社會(huì)發(fā)展的需要，不僅為各種場所提供了高質(zhì)量的照明服務(wù)，還能利用智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約，對社會(huì)的進(jìn)步起到積極作用。
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