淺談智能化照明控製在高校教室的作用

【摘要】：介紹北京某學院教學樓照明係統形成機理，包括其如何進行控製的過程和控製方式。列出智能照明改造前後同期的用電量對比，實證結果說明北京某學院教學樓在照明智能化改造後節能量十分可觀。智能化照明是解決(jue) 大學校園無效照明供給的途徑，節能效果明顯，值得推廣。

【關(guan) 鍵字】：智能化照明；無效照明；節能；柔性智能燈光係統。

0 引言

闡述北京某學院教學樓智能照明改造前的傳(chuan) 統照明方式及存在的問題，描述高校照明智能化改造的意義(yi) 。針對改造，提出解決(jue) 計數誤差的途徑和關(guan) 於(yu) 用電量可控製及其他的改善建議。

1 照明背景及照明智能化的意義(yi)

1.1教學樓與(yu) 圖書(shu) 館照明的背景

當前在建設生態文明、美麗(li) 中國大環境下，作為(wei) 大學也要執行精準的能源供給，減少無效能源的供給，避免浪費，做到按需供能，智慧供能。

北京某學院教學樓智能化照明改造就是能源供給側(ce) 改革的一次嚐試。通過技術改造，在保障照度的情況下，實現按需提供照明，減少無效照明供給，達到節約電能目的。

北京某學院的教學樓B座建築麵積1.1萬(wan) 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(nei) 照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(ye) ；即使室內(nei) 無人或人數很少的情況下，也是全部開啟室內(nei) 照明。夜間許多教室，即使僅(jin) 有幾個(ge) 學生在教室自習(xi) ，室內(nei) 照明全部開啟，不會(hui) 有師生因為(wei) 隻有少數人而僅(jin) 開幾盞燈。長明燈比比皆是，人走不熄燈的現象到處存在，可以說無效照明供給大量存在。

改造前教學樓照明采用的是每個(ge) 教室使用的是固定式的開關(guan) 麵板各控製每一條線路的燈；這種傳(chuan) 統照明控製方式存在共同的缺點。淤不夠“人性化"；於(yu) 存在電能浪費的現象；盂耗費人力，管理成本高。

1.2校園智能化照明的意義(yi)

高校校園裏的照明燈具數量眾(zhong) 多，無效照明供給量大，人工管理難度也非常大。燈具、光源（LED）的改造並不能減少無效照明供給。隨著智能照明係統的發展，其在節能與(yu) 管理方麵優(you) 勢突出，高校把這兩(liang) 種改造（燈具和智能化）相結合才可以把照明節能和管理工作做到*佳。通過智能照明控製係統，可以實現整個(ge) 校園公共區域及不同功能建築物的照明和能源管理，通過不同的場景模式、定時模式、感應模式、集中控製模式等，可以對校園內(nei) 的所有照明係統進行管理，達到預期節能減排及有效人性化控製管理的目標，使校園更加“智慧"。

2 采用智能化照明係統的思路

智能照明市場，存在無線式智能照明係統與(yu) 總線式智能照明係統兩(liang) 種主要形式，他們(men) 各有優(you) 劣。

2.1無線智能照明係統介紹

無線型智能照明控製係統根據采用的無線協議而分為(wei) WIFI、Zigbee、ENOCEN和無線射頻燈等。無線智能照明係統，不需要設備連接總線運行，實現了眾(zhong) 多智能照明控製器與(yu) 智能照明監控管理中心的無線組網，再通過與(yu) 設備現場每一台智能照明控製器在線網絡通信聯係。具有設計簡單，安裝、維護方便等優(you) 點，無線組網省去了布網絡線等各種器材和人工費用。缺點是無線智能照明係統運行中，其十分依賴無線協議信號，在大型建築中，由於(yu) 建築牆麵多，容易造成信號幹擾，導致運行照明係統時不穩定。

2.2總線式智能照明係統介紹

總線式智能照明控製係統將各設備使用現場總線連接起來形成照明係統的形式對照明回路進行智能化的控製。總線式智能照明控製係統，具有多種控製策略，冗餘(yu) 度高，抗幹擾性能力強和工作穩定，維修簡便化的優(you) 點。缺點是施工布線工程量大，影響美觀。

3 FLCS智能化照明的係統原理及特點

北京某學院出於(yu) 穩定的角度*終選擇總線式智能照明係統，通過招標，*終選擇FLCS（Flexible Lighting Control Sys原tem，柔性智能燈光係統）

3.1FLCS智能化照明的係統原理

FLCS智能照明係統是在RS485基礎上研發的總線式智能照明係統，可以單獨自組解決(jue) 方案的同時，也可以與(yu) 市場上不同通訊協議（包含DALI，KNX，MODBUS-TCP）的係統搭配，實現靈活多樣的行業(ye) 智能化照明控製解決(jue) 方案。

FLCS智能照明係統包括開關(guan) 驅動器、調光驅動器、場景麵板、光照度傳(chuan) 感器、人體(ti) 感應器等各種硬件設備，還有可實現整個(ge) 控製係統可圖形化編程組態的軟件界麵，及通過雲(yun) 服務可以遠程下載和調試的服務。

FLCS智能化照明是一套利用程序控製係統，通過通訊傳(chuan) 輸技術，信息智能化處理及電器控製等技術組成的分布式控製係統，實現對燈光具有高度的強弱調節、場景設置、定時設置的功能。從(cong) 照明的舒適度和控製的精細度兩(liang) 方麵提高建築物的照明質量。

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(you) 良、係統成熟、維保簡捷等特點。

4 智能化照明係統形成機理

4.1教學樓智能化照明係統

教學樓五層分別各用一個(ge) 網關(guan) 經總線將各個(ge) 教室的智能照明設備連接起來，再由監控室的電腦通過後台FLCS智能照明控製軟件進行監控。如圖1所示。

圖1北京某學院智能照明係統

技術人員由第一鍵智能麵板時，智能網關(guan) 會(hui) 將該按鍵已編寫(xie) 程序內(nei) 容數據發送到開關(guan) 模塊處，然後實現程序效果。

4.2教學樓的智能照明控製方式

對於(yu) 教室控製燈的方式，FLCS用了多個(ge) 模塊的功能來製定嚴(yan) 格的判斷開關(guan) 燈創新綜合性方案。

（1）按人數控製。教學樓有階梯教室也有小教室，階梯教室滿座可容納200人，而小教室則是40到100人，FLCS智能照明係統采用根據課室人數決(jue) 定燈光需求的方案。具體(ti) 是每間教室都使用人體(ti) 計數器，運用邏輯判斷，如果滿足一個(ge) 學生從(cong) 教室門口進入的條件則計數器加1，反之滿足出門的條件則計數器減1，當教室內(nei) 人數達到一定數量的時候，FLCS智能照明係統會(hui) 判定該教室的需光亮度，然後打開相應數量的燈具。要實現這個(ge) 計數功能隻有計數器是完不成的，還需要在教室門口安裝紅外對射，與(yu) 計數器聯動方可實現功能。北京某學院教學樓設定的控製條件是：當紅外對射感應到有1個(ge) 人從(cong) 門口進入教室時，計數器加1，當前教室會(hui) 打開1排燈，且在計數器計數為(wei) （1~9）人情況下教室燈保持開一排燈的狀態，當計數器為(wei) （10~29）時為(wei) 開2排燈，為(wei) （30~49）的時候開3排燈，50及以上教室燈全開。如果說人體(ti) 計數器是一個(ge) 智能、合理化使用燈光的設備，那麽(me) ，紅外傳(chuan) 感器與(yu) 照度傳(chuan) 感器就是在他原有的基礎上條件，更規範的控製燈具。紅外傳(chuan) 感規範了教室無人情況下燈具仍然打開的現象，智能照明係統利用紅外傳(chuan) 感本身的產(chan) 品技術特點，觸發時為(wei) 一個(ge) 判定，靜置時為(wei) 另一個(ge) 判定，量身為(wei) 教室訂製一個(ge) 人在燈保持開、人走燈關(guan) 的效果。當教室內(nei) 有學生上課時（計數器上有人數數據時），教室內(nei) 燈具會(hui) 保持打開當前需光亮度的燈具，而當教室內(nei) 學生都離開了（計數器歸零時），而部分燈還打開的情況下，紅外傳(chuan) 感器此時無人可觸發它，它就會(hui) 根據我們(men) 編好的程序延時10s進行關(guan) 閉燈具的動作。

（2）按朝向、采光控製。使用的照度傳(chuan) 感器則是充分利用自然光，在不同的環境下，通過判斷自然光照射到教室的亮度是否達到學習(xi) 需光亮度的要求，若達到要求但靠窗燈具仍打開情況下會(hui) 進行關(guan) 閉燈具的動作。

（3）FLCS係統的智能麵板控製。技術人員可編程開關(guan) 燈場景指令數據到網關(guan) 上儲(chu) 存，通過觸發麵板上相應的按鍵，往網關(guan) 發送一個(ge) 動作指令請求，再把原先編好的上課模式、考試模式以及自習(xi) 模式的指令發送到該教室的開關(guan) 驅動器上，實現其場景效果。智能麵板是作為(wei) 教室開關(guan) 燈的一個(ge) 主控製來使用。

（4）時間控製。FLCS智能照明係統根據學校的上下課時間、休息時間給各教室設置了定時的開關(guan) 燈動作。

（5）後台計算機的監控。由FLCS智能照明中央監控軟件，連接到智能網關(guan) ，再通過已經布局好的平麵圖清楚地顯示出每間課室的燈具開關(guan) 情況以及學生數量，實時刷新狀態，管理的智能化係統使整個(ge) 教學樓的照明煥然一新。

5 實施智能化照明後節能分析

自北京某學院教學樓使用FLCS智能照明控製係統以來，取得了非常可觀的節能效果。教學樓在改造智能照明之前，2個(ge) 月共61天時間裏總計消耗了65785kW·h。智能照明改造前後耗電量見表1。在智能照明改造之後，同期節省用電量效果，總計消耗42256kW·h。北京某學院每一度電的價(jia) 格為(wei) 0.52元/度。所以在去年未改造前同期產(chan) 生電費65785伊0.52=34208.2元，改造後同期產(chan) 生電費42256伊0.52=21973.12元，同期智能照明改造投資回報率高達35%。

表1北京某學院教學樓B座智能照明改造前後耗電量

6 智能化照明的不足之處及解決(jue) 問題的辦法思路

6.1智能化照明的不足

（1）因人體(ti) 計數器在使用時過於(yu) 機械化，模塊對判定人流增減有硬性要求，這種情況下會(hui) 使計數器產(chan) 生一點人數統計上的誤差，從(cong) 而導致影響控製燈具。

（2）紅外感應器有會(hui) 出現無人誤觸發開燈現象，這種情況屬於(yu) 感應器靈敏程度過高導致。計數設備的功能是基於(yu) 功能需求做出，寫(xie) 入的公式隻判定加減，在判斷數據上會(hui) 受一些特殊情況影響其統計功能。同時感應設備受環境影響，因觸發條件或許不是人為(wei) 的，但設備依然滿足到了觸發條件，從(cong) 而出現誤觸發現象。

6.2解決(jue) 問題的辦法思路

在分析人體(ti) 計數器問題上，發現了其問題所在，主要是學生同時出入門但隻計算一個(ge) 人數，還有就是因聯動人體(ti) 計數器的紅外對射安裝在腿部位置，在學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(men) 通過技術上不斷地測試，嚐試解決(jue) 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(ge) 思路，利用教室安裝的紅外感應器，將誤差後導致的教室無人，計數器仍有少量人數統計使教室不關(guan) 燈的情況解決(jue) 。其思路是通過紅外感應器，感應到教室無人的情況下，係統將人體(ti) 計數器的人數統計清零，從(cong) 而實現教室燈全關(guan) 的效果。

（1）人體(ti) 計數器不可避免會(hui) 產(chan) 生誤差，目前新型的存在感應器，隻要人呼吸或微小的活動就能感知人的存在，是解決(jue) 教室人數和人數變化的*佳設備，他的產(chan) 生可以準確的判斷教室的人數。

（2）用電量控製：FLCS智能照明控製係統可根據使用方提出的合理化降低用電量的需求，通過一係列的數據分析，從(cong) 燈具功率到1間教室的耗電量做出相應的節能方案，方案實施後耗電量可在軟件上、實際電表數上體(ti) 現出來。

（3）學校計劃將對教室的分體(ti) 空調的控製融入到FLCS智能照明係統中，策劃的方案理念符合節能、智能並且便於(yu) 管理。

7安科瑞智能照明控製係統

7.1概述

ALIBUS智能照明產(chan) 品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關(guan) 驅動器具備獨立工作的能力，適用於(yu) 一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拚接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與(yu) AcrelEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台進行數據交換。

7.2應用場所

適合於(yu) 各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體(ti) 育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控製需求。

7.3係統結構

7.4係統功能

1）實時檢測並顯示各個(ge) 模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關(guan) 狀態，監控界麵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(guan) 設備掉線或者狀態反饋和下發控製命令不一致時會(hui) 發生故障報警，並將故障報警信息記錄並顯示在界麵中。

3）可以對單個(ge) 照明回路實現開關(guan) 控製；每個(ge) 模塊、樓層都有相應的模塊控製開關(guan) 和樓層控製開關(guan) ，也可以一個(ge) 模塊或者整個(ge) 樓層實現開關(guan) 控製。

4）開關(guan) 驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅(jin) 在交流電過零時進行；可有效減少電磁幹擾以及對電網的衝(chong) 擊，延長燈具與(yu) 控製裝置的壽命。

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

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

7）點擊場景控件，打開或者關(guan) 閉對應場景設置，軟件界麵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(guan) 閉。

8）設置定時時間，確認時間點後，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）係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；根據天文時鍾控製照明開關(guan) ，實現日落開燈、日出關(guan) 燈的功能。

10）所有定時控製計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機係統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鍾維持定時控製計劃的正常執行，不影響日常的照明控製效果。

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

12）預留BA或第三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

7.5設備選型

8 結束語

通過智能照明改造，解決(jue) 了農(nong) 學院教學樓大量無效照明供 給問題，節能效果明顯，同時也提升了相關(guan) 的管理水平。智能照 明控製係統利用總線係統代替傳(chuan) 統種類繁多的普通電纜, 使照 明、場景控製實現智能化,並依據外部環境的變化自動調節總線 中設備的狀態,同時可以擴展到分體(ti) 空調、中央空調等用能設備 的控製，*終達到安全、節能、人性化的智慧化教學場所。同時未 來的電氣安裝係統將吸取目前各類總線製智能安裝係統的優(you) 點，通過更多地向樓宇自控、安全防範等其他係統相互滲透、相 互融合，並以其更好的靈活性、易用性、可靠性、安全性，成為(wei) 標 準化、人性化、分散化、網絡化的多功能網絡集成式全分布控製 係統。

推廣大學校園智能化照明改造是有必要的、可行的。智能化 照明屬於(yu) 智能樓宇子係統，智能樓宇是智慧校園建設的範疇，隨 著國內(nei) 高校節約型校園建設和智慧校園的建設的深入進行，智 能化照明因市場巨大、前景光明。

安科瑞侯文莉