大型智能化建筑中的照明设备光调节设计方法

大型智能化建筑中的照明设备光调节设计方法

发表时间：2019-05-28T15:40:33.570Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：刘萍

[导读] 正确合理的照明控制方式是实现舒适照明的前提，同时也是有效节约能源的方式。接下来就对一些传统的控制方式进行叙述。

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摘要：智能照明系统作为每个现代化建筑内部必备的系统之一，对于人们的生产生活影响意义深远。除了自身本来就具有的照明作用之外，灯光彼此之间的衬托还具有一定的美化建筑物的作用。照明质量自身的高低直接影响人们的工作效率以及生活质量。除此之外，根据统计建筑照明设备所占用的能耗占据了整个建筑物能源消耗的20%，因此，对于现代的大型建筑中的智能照明设备的光调节自身的设计就提出了全新的要求。本文主要从照明控制原理以及目前建筑对照明系统的要求的角度出发，通过分析目前已有的一种以自适应PID作为基础的照明设备发光调节方法，并对其中的一些元件功能和工作流程进行分析，以便看出这种照明设备光调节设计方法的优势。

关键词：大型智能化建筑；照明系统；光调节设计

1、照明控制原理

正确合理的照明控制方式是实现舒适照明的前提，同时也是有效节约能源的方式。接下来就对一些传统的控制方式进行叙述。

1.1翘板开关控制

这种方法就是利用翘板针对一套甚至是几套的照明开关进行控制，这种方法也是目前使用最多的一种控制方式。这种方式自身的线路复杂、损耗量也是相当巨大，难以实现光调节的设计方式。

1.2断路器开关控制

这个方法就是使用断路器控制一组灯具开关，方式简单，投资小，但是无法实现灯具的自适应光调节，一组灯具上的灯同时开关，损耗大，不能满足特定情况下的照明需求。

1.3定时开关控制

该种方法就是通过使用一个BAS接口，通过控制中心来定时控制灯具。这种方法灵活性差，无法随天气变化而变化。一旦要更改控制的时间就需要手动改变设置值，显得相当麻烦。

2、现代建筑对照明系统的要求

在现代的智能建筑中，照明系统自身的主要功能就可以概括为以下两个：第一，保证建筑物内部各个区域的照度以及视觉效果的前提下对光度进行控制。第二就是尽可能的节约照明过程中的系统能耗。

除了这两个最基本的要求之外，现代建筑还对照明系统有着一些其他的要求。首先，照明设备的光调节的结果带来的视觉环境就需要与建筑师的总体构思不冲突。光度的变化以及造成的视觉效果，如果与建筑师整体的环境构思发生了冲突，就会让整个建筑环境对人的视觉效果带来不好的影响。其次光调节的设计方案也应该遵循节能的原则。

目前的情况来看，光调节的开关基本是都是以手动为主，这种由控制中心依据建筑物外部的光照变化来调节控制开关的做法，浪费人力、物力以及资源。这种控制算法对于外部光照变化缓慢的建筑物来着具有一定的作用，如果针对的是瞬时间光度变化较快的建筑物来说，这种调节算法就显得可执行性差，极容易给人们带来视觉上的疲劳。

3、照明设备的光调节驱动的原理

建立在上面所描述的传统算法的弊端上，目前提出了一种在PID自适应控制基础上的智能化建筑的照明设备光调节设计方法，从照明设备自身的硬件上对驱动的电源进行设计上的改动，电阻将自身获得的电流信号转变为电压信号。经过A/D转换器的处理，控制器再通过PID 的模糊算法产生一个控制信号以此来控制照明设备的光度调节。

在现代化的智能建筑中，光度是由两个方面决定的，一个是照明设备内部的驱动电源，另一个就是建筑外部的光照变化。人的肉眼感觉到的亮度既和光源的发光功率有关，又跟外界环境的光照变换相关。人眼感受到的亮度与照明设施之间的变化关系可以使用一个表达式来证明：S(人眼接收的亮度)=KlgB（照明设施的亮度）+K0（外界光照亮度的数值，常数值）。除此之外，人眼接收到的亮度还与自身的心理因素相关。建筑物自身的照明设置在发生亮度变化的时候，人眼能感受的光度变化值不是一个固定的数值，而是与相对的亮度变化成正比。

4、建立在PID基础上的驱动电源设计

4.1照明设施内部驱动电源的内部结构工作原理

照明设施自身的内部驱动电源的光学传感器元件针对建筑物外部的光照强度以及变化进行检测，再经过数模转换器将监测到的结果转变为数字信号，输入到驱动电源系统当中。驱动电源中含有的EPLD再根据照明系统目前的亮度数值，针对发光强度进行改变，从而实现智能调节照明设备的光度值。

4.2照明设施内部驱动电源的硬件设计

现代的大型智能化建筑物中，照明设施的驱动电源主要采用的是反激式隔离开关的设计方案。

这个照明设施内部驱动电源的工作原理如下：输入端口的正常交流电，按照顺序经过一个保险丝以及EMI滤波电路。EMI滤波电路主要由一个电感、两个X1型电容组成，同时在驱动电源的输入端口出还要安装一个热敏电阻，目的是为了减少浪涌电流自身对驱动电源的冲击。电流在经过EMI滤波电路之后，还要再进入CCB电容元件中进行滤波操作，在这之后电流进入功率以数值的变化调节电路，让功率因素自身的数值提升到0.9之上。最后电流再经过初级绕组、晶闸管以及两个采样电阻接地。这就是智能建筑物中照明系统主要工作流程的构成。

PWM可自动调节的方式是目前照明设备驱动电源中控制回路使用的主要控制方式。采样电阻实现电流信号向电压信号的转变，再经过A/D的转化处理，再将处理完成的信号输入到控制器元件中，控制器再根据已经设定完成的基础PID 的模糊自适应算法产生一个PWM控制信号，最后输出的信号就可以控制照明设施的亮度以及PWM信号，以此来实现对照明设备自身的光度自适应调节。在驱动电源自身中拥有

一个灵活性较高的可调节装置，内部的光感传感器能够精确的捕捉外界的光能量信号，而这个光能量信号自身又可以改变PWM信号的一个占空比，从而实现照明设施自身发光亮度的智能调节。

这个算法在经过人们反复的计算之后发现，相比于之前的传统算法来进行手动控制的方式，建立在PID基础上的这种模糊自适应算法，不仅省却了大量的浪费的人力以及物力。同时对于智能调节照明设备自身的亮度的成果来看，不仅仅在广度变化缓慢的区域效果显著，同时对于光线变换较快的区域，智能控制照明亮度也取得了很好的成果。主要根源还是在于照明设备中驱动电源硬件的改变，使得照明设备能够自行捕捉并且分析出当前的光度以及相对变化，同时经过基于PID模糊自适应的算法，将这个分析出来的光度反馈到控制系统中，自主进行亮度的调节。

从目前的大型智能建筑照明设备光调节设计方法来看，这种基于PID的模糊自适应算法，能够在驱动系统的硬件设施精确的捕捉到光度以及变化数值后，经过算法精密的计算，再将得到的结果准确的进行处理，以此来实现光度的智能变化调节。传统的算法在智能调节光度变化的过程中无法做到对外界的动态光照信号进行精确的捕捉和适应，这也就是相比于上面所提到的算法最大的弊端以及不足之处。

5、总结

上面所提及到的智能光度调节系统，除了这个模糊自适应算法之外，也从照明设备的驱动电源上进行了设计，采样电阻对电流进行电压信号转化处理，到控制器中，通过模糊自适应算法产生控制信号，输出的信号结果控制照明设备的光度变化。从大量的应用以及实验结果来看，这种针对照明设备的改造，可以明显地提升智能建筑对光度变换的自动调节。

参考文献：

[1]魏方兴.大型智能化建筑照明设备光调节设计方法[J].节能与环保,2018(11):52-53.

[2]苗长芬,炎士涛.大型智能化建筑中的照明设备光调节设计方法[J].计算机仿真,2015,32(07):369-372.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB?50034?2013建筑照明设计标准［S］．?北京:?中国建筑工业出版社，2014

[4]中华人民共和国建设部.JGJ?67-89办公建筑设计规范［S］．北京:?建设部标准定额研究所，1993