安科瑞魯一揚15821697760

【摘要】：大型公共建筑的傳統照明系統往往依循用戶的一般性需求予以設計，然而卻極易忽視日光以及季節更迭對照明需求所產生的顯著影響，由此導致照明能耗長期處于過高水平。鑒于此，本研究聚焦于綠色節能的視角，致力于對大型公共建筑的智能照明系統實施改進與優化。

首先，深入剖析天花板與工作面之間的日光照度映射關聯，進而構建起一個精準的日光估計模型。通過嚴謹的訓練階段與操作階段的有序推進，精準得出建筑內部日光分布的可靠估計值。緊接著，緊密結合實時的自然光照條件，巧妙選取適配性良好的照明模式。最后，以功能強大的中央控制器作為核心樞紐，成功構建起一個高效智能的照明控制框架。此框架能夠妥善處理用戶所期望的照度訴求以及當前照明模式的反饋結果，最終圓滿達成智能照明的優化設計目標。經由實驗嚴謹驗證，本次所設計的智能照明方案展現出卓越的節能效能，其日均照明能耗僅為 5.4kw?h，全然契合綠色節能的嚴苛要求。

【關鍵字】：綠色節能；公共建筑；日光估計；動態控制；智能照明

0引言

綠色節能，即在切實滿足人們多樣化需求的基本前提之下，借助對資源與能源的合理運用與調配，最大程度地削減對環境的負面效應，進而實現可持續發展的長遠目標。在建筑領域，尤其是大型公共建筑范疇內，智能照明設計成為達成綠色節能目標的關鍵路徑之一。其憑借現代化的先進技術手段，針對建筑照明實施智能化的精細控制，有效提升照明質量，并顯著提高能源利用效率。

近年來，眾多學者紛紛投身于節能照明策略的深入探究之中。廖祈泉等人提出了一種基于向日追蹤的智慧照明系統，該系統借助智能追蹤裝置敏銳觀測日光強度，并通過精確計算判定是否滿足照明需求。在太陽能利用效率低下且照明需求旺盛的特定時間節點，自動開啟照明設備，以此減少能源的無謂浪費。然而，該系統存在一定局限性，其對照明的調控主要依賴于太陽光，在陰雨天或日照匱乏的情形下，照明效果將大打折扣。許馨尹等人則從日光強度與用戶需求這兩個關鍵維度入手，通過細致對比正常條件下的日光估計值與室內實際照明需求，來決策是否開啟照明設備。但此方法的計算流程較為繁復，且實時性欠佳，難以迅速響應環境變化。梁波等人提出了一種照明動態控制策略，通過實驗深入觀測照明區域的能見度變化規律，構建起基于模糊徑向基神經網絡的智能照明體系。不過，該方法在實際應用過程中，需要實時采集并處理海量的環境數據，一旦數據出現偏差或處理不夠及時，便極有可能致使控制策略失誤，進而導致能耗增加。

本研究正是在充分汲取前人研究成果與經驗教訓的基礎之上，基于綠色節能的核心理念，將日光估計納入考量范疇，深入開展大型公共建筑智能照明設計的探索與創新，期冀為相關領域貢獻新穎的思路與行之有效的方法。力求通過合理優化的智能照明設計，切實提高建筑的能源利用效率與使用舒適度，大幅減少能源消耗以及運營成本，為環保事業的蓬勃發展貢獻一份堅實的力量。

1綠色節能視域下針對大型公共建筑設計智能照明方法

1.1設計日光分布估計算法

在大型公共建筑智能照明設計過程中，為滿足綠色節能要求，充分考慮日光對建筑室內光環境質量的影響，在不影響室內理想光環境的基礎上，動態調整燈具照明亮度[6]。因此，智慧照明的初始階段進行日光分布估計，深入分析天花板與工作面照度之間的映射關系。

在獲取日光分布估計值時，天花板日光照度貢獻值和工作面日光照度貢獻值之間，存在比例關系[7]。基于這一特點，定義式（1）的映射函數，為核心構建一個自然光估計器，辨識日光分布情況。

式中，k為時刻，d為工作面照度貢獻值，η為天花板日光照度貢獻值，f為自然光估計器，B為待辨識參數。

實際日光分布估計過程中，引入*小二乘算法，將待辨識參數推理過程，描述為*優解計算問題。以*小化誤差平方值為目標進行*小二乘不斷搜索，從眾多匹配的待辨識參數函數中篩選出*佳數據，式為：

式中，T為轉置矩陣。大型公共建筑日光分布估計的具體操作。在訓練分析環節，通過天花板、工作面上的傳感器設備，采集日光映射強度數據，將其作為日光估計訓練所需的數據，構建日光估計模型[8]。

1.2選取建筑照明設備的能耗模式

根據日光分布估計結果選取照明設備能耗模式時[9]，需要先分析大型公共建筑典型照明能耗特點，構建一個照明設備能耗模型。結合每個傳感器采集的光照信息，在大型公共建筑智能照明控制終端進行統一計算，*終匹配出一個*佳室內智能照明模式。依托式（3）進行計算，獲取照明裝置具體網絡地址。

式中，V為照明裝置網絡地址，M為大型公共建筑內照明裝置總數量，?為智能照明通信網絡控制范圍，E為室內照明區域總面積。在得到所有裝置對應的網絡地址后，通過式（4）完成不同裝置兩兩之間間隔距離的推算。

公式中，D為照明裝置之間距離。隨后，利用式（5）展開計算，獲取單個照明裝置在考慮日光光照的情況下所需的光照條件參數。

式中，C為光照條件參數，L為條件參數。在通信網絡的輔助下，將上述計算的光照條件參數傳達給控制*心，為綠色節能視域下大型公共建筑智能照明設計提供基礎數據，與日光分布估計結果表現出的當前建筑自然光照條件相結合，判斷智慧照明匹配的*佳照明方案。

式中，1、2、3、4分別為不打開照明裝置、低亮度照明模式、中亮度照明模式、高亮度照明模式。如式(6)所示，在日光較強的時段，大型公共建筑內部映射的自然光，就可以滿足室內正常照明需求，不需要再打開照明裝置，從根本上達到節省電能的效果。而在日光不充足的時刻，則需要對室內光線進行補充!1,根據實時亮度變化調整為低、中、高亮度照明模式,滿足大型建筑照明要求。

1.3實現室內空間智能照明控制

將光源的空間照度表示為矩陣，考慮太陽光和工作區位置、燈具與工作面的距離，建立光通函數矩陣。在智能照明控制中考慮人工光源的照度影響，判斷是否執行選定模式。明確照明模式后，為滿足智能化要求，在照明控制終端附近建立建筑能源管理系統服務器，導人照明能耗模式，自動轉為控制命令，以調整大型建筑室內燈具的亮度，解決自適應智能照明問題。

以天花板上安裝數個照明燈具的室內環境為例，在該室內工作區臺面上需要布置無線智能設備，利用無線廣播的形式向控制器發送期望照度值，以便求出更加符合實際要求的調光系數。假設每個大型公共建筑室內燈具的光線調整都是線性調光模式，考慮其本身的物理限制，定義燈具開度范圍為10，11。這種環境下，燈具功耗同調光水平二者之間表現出正比例變化關系，也就是說，可以將智能照明控制中所有照明裝置的總功耗，看作燈具調光系數向量和其他設備功耗之和，其表達式為:

式中，J為燈具總功耗，S為智能照明控制系統開銷功耗，u為燈具調光系數向量，p為區域內燈具數量，i為燈具編號，"表示單個燈具功耗。依靠智能照明控制系統，在考慮日光光照強度的情況下完成大型公共建筑智能照明設計，確保建筑照明滿足綠色節能要求。

2試驗

2.1試驗環境

為全面、精準地評估大型公共建筑智能照明設計方法的實際應用效果，特選取沈陽市某高層大廈作為本次試驗的應用對象。該大廈坐落于沈河區青年大街，建筑面積達 33000m2，共計 22 層，每層面積為 1500m2。此建筑集商務辦公、文化展示以及國際商業等多功能于一體，是沈陽市頗具知名度的商務中心。

針對大廈當前的照明設施展開深入調查后發現，其內部涵蓋了格柵熒光燈、節能筒燈、吸頂燈、藝術吊燈、白熾燈等多種類型的照明燈具，且依據不同場合的特定照明需求進行了有針對性的安裝部署。建筑內每一類照明設備的具體數量與功率詳情，如下表所示（此處可根據實際需求補充詳細的表格內容）。從調查結果可以清晰看出，該建筑內應用最為廣泛的照明燈具主要為格柵熒光燈與節能筒燈兩種類型。為開展智能照明設計測試，特選取其中一層全覆蓋格柵熒光燈的辦公室作為試驗區域，該層內燈具的具體布置情況可通過圖 1 直觀呈現（此處需插入相應的燈具布置圖）。

如圖1所示。

除了本次新研究出的智能照明設計方法之外，本次實驗還引入了文獻 [3] 和文獻 [4] 所提出的方法，在應用新方法之后，于同一樓層同步開展智能照明設計。通過對比三種方法的實施效果，以便能夠直觀、清晰地彰顯出所提方法的獨特優越性。

2.2智能照明結果

由于新方法在對室內燈具亮度進行智能調節時考慮日光帶來的影響，在建筑智能照明設計過程中，先獲取不同時刻每個燈具所在工作區的室外日光分布估計值，得到圖2統計結果。

根據圖2可知，由于工作區11、12、13、14均處于靠近窗子的位置，其受到日光影響更大，這些工作區的照度明顯高于其他工作區。同時，隨著時間變化工作區內照度也會出現明顯改變，14:00左右屬于一天中日光*強烈的時刻，該時段建筑室內工作區照度也相對更高。在上述環境中，設計所有工作區用戶的期望照度為300lux。當自然光滿足該照度，則不需開燈；反之需調整燈具亮度。實施智能照明設計后，將實際照度與期望照度繪制成圖3。

圖3看出，建筑內燈具智能照明調節后，各工作區產生的實際照度值均保持在300lux，與期望照度一致，證明綠色節能視域下新型智能照明設計方法是可行的。

2.3智能照明設計節能分析

在新研究智能照明設計方法實施一周后，在相同樓層應用另外兩種文獻提出方法重新進行智能照明設計，每種設計方案的實驗周期也是一周，統計不同方法應用后每日室內照明消耗電能變化情況，生成圖4所示的對比結果。

從圖4看出，新研究智能照明設計方法應用后，日均照明消耗電能為5.4kw·h，而另外兩種方法的照明消耗電能日均值為13.7、14.8kW·h。整體看在大型公共建筑日常照明中加入新研究方法，使日均照明消耗電能減少60.58%、63.51%。有高度的智能化特點，根據實時環境調整照明參數，實現能源的準確控制。

3安科瑞智能照明控制系統

3.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業微電網管理云平臺進行數據交換。

3.2應用場所

適合于各類智能小區、醫院、學校、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。

3.3系統結構

3.4系統功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面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、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，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開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發功能，負載（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設掉電狀態，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。

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

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面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閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，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）系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；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，驅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行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統內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*三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設備選型

4結束語

在綠色節能視域下，大型公共建筑的智能照明設計研究至關重要。通過智能化的控制和管理，能夠實現照明的有效利用，減少能源的浪費。本次充分考慮日光以及季節變化對照明需求，完成大型公共建筑智能照明設計，得出結論如下：

（1）應用所提技術，各工作區產生的實際照度值均保持在300lux，與期望照度一致；（2）所提智能照明設計應用后，日均照明消耗電能為5.4kw·h，可明顯減少能源浪費。

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審核編輯 黃宇