KNX智能照明系统在大型建筑办公楼的应用

关键词：智能照明，便利性，节能
 
1、系统简介
        KNX照明管理控制系统主要应用于办公大楼、酒店等建筑，在打造现代化的办公环境的同时也能够实现一定的节能。
1.1系统组成
       a.开关驱动器。安装在照明配电箱内，适用于照明回路的通、断控制，本系统采用的开关驱动器分为4 路执行器和8路执行器，即可控制4路或8路照明回路，每回路电流为16A 或20A 。
       b.感应器。人体感应器和照度感应器安装在灯具现场，可壁装亦可吸顶安装。人体感应器主要应用于博物馆、办公楼走道等，当有人经过时点亮灯具；照度感应器应用于可调光场所，通过控制灯具照度值来实现不同场景及节能的需要。
      c.调光控制器。应用于有调光要求的场所的照度控制，节能灯、荧光灯、LED灯等适用，灯具需配置相应的调光整流器。
1.2 系统功能
      通过程序设定能够自动控制现场灯具的开关数量、照度标准、场景变化等。增加配件还能实现如：电动窗帘、室内恒温、大门和路障等其它功能。
 
2、工程实例
      某项目建筑面积4万余㎡，地上10 层，地下l层，楼内房间主要为办公室和实验室。
在图纸的初步设计阶段，笔者采用的是传统灯具加跷板开关的组合后参观了某智能化大厦，对智能照明系统有了更形象、直观的认识。结合本项目特点和业主协商后确定，在本楼每层公共走道和2层400人报告厅分别设智能照明系统控制。
2.1 公共走道(走道平面布置见图1)

图1 走道面布置图
        楼内公共走道宽 2.3m,吊顶高2.6m,吊顶材料为600*600方格铝塑板。灯具均选用尺寸为 600*600mm三管格栅日光灯组,灯管选用T5日光灯配电子镇流器,灯具间隔为4.2m。走道为U 型 ，总长度约 270m走道内设照明配电箱7台，墙壁暗装；应急照明配电箱4台，分别设置在两侧4个强电竖井内。走道内普通照明灯具和应急照明灯具间隔设置。
系统人体感应器探测半径为5-6m。感应器在走道内设置间距控制在 10-15m，电梯厅、每
层出入口另外设置感应器。在走道照明相关照明配电箱和应急照明配电箱内设置开关驱动器。走道照明配电系统见图2。

图2 走道照明配电系统图
        本楼首层中控室内(与消防控制室合用 )设中央控制器，在设备调试时可根据业主需求设定控制程序。早8点至晚8点为工作时间，人体感应器休眠，一般设置半数日光灯长明即能满足13常需要，即日光灯间隔长明；当走道光线足够充足时，亦可点亮 1/3或关闭全部灯具。晚 8点下班以后和节假日，走道内日光灯全部关闭，人体感应器工作：当有人经过走廊
时，局部普通照明灯具点亮，并延时 10s关闭。
楼梯间的灯具没有纳入智能控制系统，基于以下考虑：办公类建筑在有电梯的情况下，楼梯的使用率不高，如果纳入智能照明系统，则需要每个楼梯间都设置感应器，而且需要楼梯间的两个灯具单独设置回路。故楼梯间灯具采用了传统声光控延时开关控制。
2.2 报告厅(报告厅平面布置见图3)

图3 报告厅平面布置图
        本楼报告厅位2层，主开间面积为600㎡，能够同时容纳400人进行会议等活动。报告厅照度按300lx计算，采用双管格栅日光灯矩形布置，7行*12列。灯具选用T5灯管。普通照明和应急照明灯具按列间隔布置，相应配电箱设在报告厅控制室内。
        报告厅内灯具没有调光要求，每列灯具单独回路，由配电箱内开关驱动器控制。投影幕布共3块，每块幕布单独回路供电，并纳入开关驱动器控制。
        报告厅能够实现会议时隔行点亮或全部点亮；当有投影需求时，投影幕布降下，幕布处灯具点亮，其它座位处灯具熄灭。
        如在报告厅顶棚增加照度感应器，则可根据设定不同的照度标准来实现更多的场景。并可配备红外遥控器现场控制。
2.3 室外照明
        本楼外立面照明和大楼周 围室外照明纳入智能照明系统，由中控室统一管理。采用定时循环控制来实现不同的灯光效果和场景控制。
 
3、节能分析
        通过与业主交流了解到，该单位科研人员夜间加班情况非常频繁，现有科研楼内照 明系统均采用传统开关就地控制方式，白天和夜间各楼内走道灯具基本都处于长明状态。
以公共走道为例，若采用智能照明系统，白天可根据现场实际照度调整灯具的点亮数量，而夜间则实现走道有人时亮灯，无人时熄灯，基本杜绝了“人走灯不灭”的浪费现象。楼内走道没有了跷板开关，提升了建筑内部的美观性。下面以该办公楼走道为例校验采用智能照明系统的节能性。
3.1  采用传统灯具开关
       每层走道三管格栅灯72 套，共10层，每套灯具功率3*14W =42W，电子镇流器功率损耗按 4%计算，总功率为72*10*42*1.04=31.4kW。
按一天工作12h，一 年工作日265天，科研办公楼照明用电按0.8元/kW h计算，则一年电费为31.4*12*265*0.8=8万元 。
3.2  采用智能照明系统
       采用智能照明系统后，白天工作时可开启走道灯具的1 /2 或1/3即能满足日常需要。按工 作时开启总灯具的1 /3，每年工作日为265天计算：8 *1 /3 =2 .4 万元，每年节省电费5.6 万元。
该工程走道内采用智能照明系统初期投资约为24万元。即在大楼运行4-5年后即可收回智能照明系统初期投资。
 
4、智能照明系统设计要点
     a.首先明确具体实施部位，纳入本智能照明系统的场所包括:地下车库、首层大堂、开放式大开间办公室、中大型会议室、多功能厅等。再根据各部位的特点，逐一明确使用功能。
     b.智能照明系统通过一条2*2*0.8的EIB总线电缆将系统所有部件连通。在施工图一次设 计中需要在平面图中预留SC25钢管，以备施工后期穿线用。
 
5、安科瑞智能照明控制系统
5.1系统简介
       Acrel-BUS智能照明控制系统，是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲，是在EIB，Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的，其中EIB（European Installation Bus,欧洲安装总线）是该总线技术的主体。
       Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线（即KNX总线）作为总线线缆，将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统，既可实现照明灯具的远程集中控制，又可实现就近控制功能。该系统理论连接控制模块数量达580000多个。
      安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别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系统。
5.2系统工作原理示意图（见图4）

 
 
图4  系统工作原理示意图
 
5.3产品选型
5.3.1开关驱动器

 
 
5.3.2调光驱动器

 
5.3.3可控硅调光模块
 
 
5.3.4传感器


5.3.5总线电源
 
 
5.3.6智能面板


5.3.7干接点、湿接点输入模块

 
5.4系统功能
      1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；
      2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；
      3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；
      4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；
      5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；
      6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；
      7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；
 
5.5系统的控制优势
      1）系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制，使得控制更加方便智能，用户体验更舒服；
      2）系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下，用户操作更加可靠、舒服；
      3）系统在实施过程中，充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光，减少能源消耗，达到很好的节能效果；
      4）系统采用分布分布式KNX总线结构，搭建简单灵活，系统内各模块互不影响，可独立工作，可靠性更高；
      5)多种控制方式可供选择，如本地控制，自动感应控制，定时控制，场景控制和集中控制等，控制方式更灵活；
      6)系统的自动控制、远程集中控制等功能，在实现自动化的同时，大量减少了值班人员，提高了管理水平和工作效果；
      7)升级系统内控制模块或更改系统功能时，无需增加连接线，不需关闭整个系统，只需更改设备参数即可实现，维护方便，操作简单；
      8)系统可与消防系统联动，在出现消防报警时，强制打开应急回路，方便人员疏散，从而降低了人员伤亡的风险，提高了建筑的安全性。
5.6安科瑞组网方案
      智能照明控制系统组网方式灵活，扩展方便，当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时，各设备以树形枝状延伸，构成支路系统智能照明控制系统；当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时，用支线耦合器组成多条支路，构成区域智能照明控制系统；当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时，用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。（见图5）
 

图5 组网方案
 
6、结语
      智能照明系统初期投入高是业主选用的顾虑,以“性价比”概念来说服业主选用是一个可行的方案。本项目只选择报告厅和公共走道做了智能照明，选用简单的系统附件和功能，既提升了建筑的整体档次，也在一定程度上控制了初期投资。还大大提高了日后业主使用的便利性和节能性。
 
【参考文献】
[1]李家驹，instabus KNX智能照明系统在办公楼中的应用
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版 
 
作者简介：王蒙蒙，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能照明的研发与应用