智能照明系统在办公建筑中的设计与应用

0引言

随着时代的进步、经济的腾飞、城镇化进程的不断加快和城市规模的不断扩大，办公建筑、商业建筑和居住建筑等的数量不断增加，能源消耗也越来越多。照明系统的能源消耗在建筑总能源消耗中占了很大的比例，约为整个总能源消耗的40%。为了响应国家大力发展智能科技和坚持节能优先、绿色低碳的号召，在建筑界引入了绿色照明的概念，其中心思想是较大限度利用自然光源，通过场景模式控制器、照度传感器、动静传感器和红外感应传感器等设备，在满足照明使用需求的前提下，达到节约能源的目的。智能照明系统在此背景下应运而生[1]。

1智能照明系统的工作原理和应用优势

1.1系统工作原理

智能照明系统应用了计算机技术、电磁调压技术、电子感应技术和网络通信技术等先进技术，通过统一的管理平台对照明灯具进行调节和控制。智能照明系统一般由系统控制设备、输入设备、输出设备和负载设备四个部分构成。其中，输入设备（开关面板、人体感应器和时间控制器等）接收控制信号，然后发送给系统控制设备（集中管理控制器）；集中管理控制器分析收到的控制信号后，把调整后的信号输送给输出设备（调光控制或开关模块）；输出设备通过控制模块对负载设备（灯具等）进行调光和开关的控制[2]。

1.2系统应用优势

（1）节约人力成本：智能照明系统根据预设的模式及匹配的传感器进行控制，采用自动控制为主、手动控制为辅的控制方式；在一般情况下，系统不需要人为控制，能自动开关及调节灯具，大大减少了管理工作中人力和物力的开支[3]。

（2）提高照明质量：应用智能照明系统可以控制各个区域的整体照度值，并根据不同的需求自动调节照明模式和照度，满足不同场景下的照明需求。

（3）延长灯具寿命：灯具损坏的主要原因有冷态冲击和电网电压，应用智能照明系统可以平滑地调整电路电压，既可把照明线路的电压控制在220V及以下，延长灯具的使用寿命（可达常规灯具寿命的2～4倍），也可减少灯具的维护和更换成本，降低整体费用。

（4）节能环保：智能照明系统可以根据不同的场景、时段、环境和人流量对绝大多数灯具进行调节及控制，并充分利用自然光；在某些时段可以关闭一些不必要的灯具，避免长明灯具的出现，整体可节约20%～40%的电能[4]。

2办公建筑智能照明系统的设计要点

文章以某互联网公司总部办公大楼的照明设计为例，介绍智能照明系统的设计要点。该办公大楼的办公空间多为大开敞办公区，配有多功能会议区、餐饮休闲区等功能区域。智能照明系统的使用区域及照明控制要求如表1所示。

表1智能照明系统使用区域及照明控制要求

2.1设计思路

针对办公大楼的特点和照明要求，设计了Z-bus智能照明系统，如图1所示。Z-bus智能照明系统由服务器、控制器、开关驱动器、调光驱动器、智能液晶面板开关、传感器和系统软件等部分组成，可以实现智能化管理和自动控制。应用智能照明系统可较大限度地降低运行管理费用，并减少能源的消耗[5]。智能照明系统服务器采用工业嵌入式设计，可以确保性能稳定。用户可以通过以太网接口进行参数设定，并利用计算机、PAD或手机App访问控制服务器，实现对照明回路的远程监视和控制。系统采用CAN总线和Z-bus总线两级总线，架构合理、稳定。Z-bus总线既可供电，又可实现通信功能，采用的是AC24V安全电压供电方式，无极性接线，系统通信稳定、抗干扰能力强。

图1Z-bus智能照明系统拓扑图

2.2系统控制方式设计

智能照明系统的整体控制流程如图2所示。

图2智能照明系统整体控制流程

（1）时间控制：通过预设的时间对各区域照明进行开关、场景模式切换等控制。

（2）场景模式控制：通过设置的照明区域场景模式对不同使用需求下的照明场景进行切换。

（3）调光控制：预先设置照度范围，在一天的不同时段，根据自然采光情况，通过照度传感器和调光模块对区域内灯具进行调节，使照度始终在预设范围之内。

（4）动静探测控制：通过红外人体感应控制器、调光模块和控制模块对各照明区域的灯光控制方案进行调光或开关控制。

（5）就地控制：通过就地设置的智能控制面板对照明区域内的灯具进行手动控制和区域场景控制。

（6）远程控制：通过计算机、PAD或手机App对照明区域进行手动控制和区域场景控制[6]。

2.3典型场所智能照明设计

2.3.1公共走廊

公共走廊采用红外感应控制器、时间控制器和智能控制面板对灯具进行智能控制。走廊灯具分为三个控制回路，其中筒灯分成两个控制回路（回路1和回路2），灯具和灯带属于第三个控制回路（回路3），如图3所示。

图3公共走廊灯具布置图

（1）白天上下班高峰时段：自动关闭红外感应控制器，启用时间控制器，回路1、2、3点亮。

（2）白天工作时段：启用红外感应控制器，关闭时间控制器，回路3常亮，感应有人是回路1、2点亮（无人时关闭）。

（3）夜间和白天非工作时段：启用红外感应控制器，感应有人时回路1点亮（无人时关闭）。

2.3.2开敞办公区

开敞办公区采用红外感应控制器、时间控制器、照度传感器、调光模块和智能控制面板对灯具进行智能控制。工位灯具采用单灯分列控制方式，射灯采用灯具回路控制，系统可以根据工作时间、自然采光情况和加班情况等自动调节照度及灯具的开启等。同时，开敞办公区设置了智能控制面板，可根据需要进行手动控制。

（1）上班时段：灯具全开，并通过照度传感器和调光模块对灯具进行自动开关和调光，控制区域内的整体照度、提高照度均匀性，从而改善工作环境、提高人员工作效率。

（2）午休时段：自动关闭工位上的LED灯管，同时调节筒灯的照度，营造较好的休息环境。

（3）非上班时段（加班时段）：在非上班时段，办公室的灯具全部关闭，当有人加班时，红外感应控制器感应到有人进入时，系统自动点亮通道区域的照明灯具，此时加班人员可以通过操作智能控制面板，打开所需的灯具，并可设置灯具开启时长，在预设的时间系统会自动关闭灯具。如未预设灯具开启时长，且人员离开时未关闭灯具电源，红外感应控制器感应不

到人员时会自动发出指令关闭灯具。

2.3.3多功能会议区

多功能会议区灯具布置图如图4所示。多功能会议区采用红外感应控制器、照度传感器、调光模块和智能控制面板对灯具进行智能控制。针对多功能会议区设置了一般会议、投影演讲和报告等多种场景模式，可以根据不同的需求开启预设的照明场景模式，实现不同的照明效果。

图4多功能会议区灯具布置图

3安科瑞智能照明控制系统

3.1概述

ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。

3.2应用场所

适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。

3.3系统结构

3.4系统功能

1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。

2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。

3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。

4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。

5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。

6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。

7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。

8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。

9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。

10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。

11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。

12）预留BA或第三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

3.5设备选型

4结束语

应用智能照明系统可以对建筑照明进行智能化控制，为人们的生活和办公创造更为灵活多变的照明环境，较大地提升了建筑的智能化管理水平，节约电能消耗，使建筑照明系统更加符合节能环保的要求。智能照明系统在未来会有更加广阔的应用前景。

参考文献

[1]管谟刚,秦少雷,魏飞龙.智能照明系统在智能建筑中的应用[J].光源与照明,2023(1):66-68.

[2]张斌,侯严严,赵涛.基于ZigBee的智能照明控制系统设计[J].信息技术与网络安全,2018,37(12):62-65.

[3]吴运铨.智能照明系统在医院建筑中的应用[J].光源与照明,2021(5):10-11.

[4]赵建平,高雅春,王书晓,等.建筑光环境提升技术趋势[J].建筑科学,2022,38(2):14-19.

[5]梁青璇,陈雅倩,罗涛,等.办公建筑LED照明空间的光环境提升需求研究[J].建筑科学,2021,37(4):19-25,32.

[6]王宏,韩晨,李丹丹,等.AIoT技术在绿色智能建筑楼宇自控系统中的发展和应用探究[J].华中师范大学学报(自然科学版),2021,55(1):52-60.

[7]胡雁，办公建筑智能照明系统设计

[8]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版