建筑照明系統分析
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摘 要：為實現建筑照明系統的節能，需要對照明系統進行詳細的特征分析，因此，文章從照明控制系統發展過程的角度出發，關注各個階段使用的技術手段及其節能理念，并在此基礎上對影響照明系統能耗的因素進行總結，將其分為主要因素以及次要因素兩類。根據節能角度的不同，提出了不同的節能方式，實現綠色照明。
關鍵詞：照明系統;動態調光;節能
城市化步伐的加快，出現了大量的公共建筑，這就使得建筑能耗的問題日益突出。根據現有資料統計表明，2015年全國建筑能耗就已占據全國能源消費總量的20%。在電能消耗上，照明能耗占到整個建筑電量能耗的25%～35%，占全國電力總消耗量的13%[1]。因此，公共建筑的照明節能已經成為建筑節能的重要環節之一，為實現照明系統節能，需對其進行特征分析，以便使用適宜的照明控制技術。
1 照明控制系統
照明控制系統就是把多種照明控制方式有機整合，使它們相互配合、協調工作，達到控制光環境的目的。采用適宜的照明控制系統不僅能夠滿足人對光環境的需求，還能節約能源。通常依據人工照明控制方式的不同，可將系統分為3個不同階段[2-3]。
1.1 傳統照明
傳統照明控制方式，控制的主要途徑是使用手動控制，通過配電線路中的開關來控制回路的轉臺，以此來進行燈具的開關操作。傳統照明控制方式雖然簡單有效，但不足之處在于其嚴重依賴個人，系統的自動化程度較低，難以滿足人們對光環境的要求。
1.2 自動照明
自動照明控制使用數字控制技術實現對燈具的遠程控制。該方式在對燈具的統一管理方面做出很大的改進，其自動化程度有了明顯提升，但該方式未實現燈具的調光控制，且存在不能提供預設置的場景功能等缺陷。
1.3 智能照明
通常，智能照明控制通過使用當前的科學技術，如自動控制以及光學知識等，對信息進行采集，并進行處理計算，之后對計算結果加以應用，最終完成控制需求。智能照明系統的出現、發展及應用，大幅度提升照明的質量，且通過各種技術手段降低了系統的運維成本。
2 照明系統的能耗分析
隨著世界能源危機的爆發，人們在設計照明系統時，還需考慮照明系統的能耗。影響建筑照明系統能耗的因素有很多，在系統的運行中，線路及元器件的電能損耗不會因外部因素發生劇烈的波動，這些能耗是固定的。此外，墻壁的反光系數通過影響燈具數量間接地對照明能耗產生影響，影響程度較低，因此，這些因素都屬于次要因素。在照明系統運行時，燈具的能耗會隨著調光輸入的大小、系統的控制方法、自然光等發生巨大波動，因此，這些因素是影響照明系統能耗的主要因素。
2.1 室內燈具類型
在建筑照明系統中能耗的主要對象為燈具的電能損耗，為減少建筑照明系統的能源消耗，在設計系統時選擇合理的燈具至關重要。建筑照明中使用的燈具經歷了從白熾燈至熒光燈、節能燈、LED燈的發展過程?；仡櫿彰飨到y中燈具的變遷，其發展經歷了無數次的變革創新，卻始終離不開節能與環保這一理念。
2.2 室外自然光源
自然光主要通過采光口影響室內環境，當自然光利用受到時間和場合的限制，無法達到要求的照明標準時，需要開啟人工光源來改善室內的光環境[4-6]。自然光隨著季度的更替呈現不同的照明效果，如夏季日照時間較長，系統的運行時間縮短，而冬季日照時間較短，則系統的運行時間延長，照明系統能耗亦相應地隨之呈現較為規律性的變化。
2.3 照明控制方法
建筑用途不同，則建筑照明系統依據不同的照度標準，以利用自然光、人工光源進行補充為原則，采用不同的控制方法，營造舒適、節能的光環境。當室內光環境的照度標準無法通過自然光的調節來達成，則需開啟燈具補充照明。
2.3.1 分區控制
分區控制是將照明區域劃分為具有不同照明需求的功能區域，通過照明控制器對不同功能區域的照明設備進行控制。對于有規律的活動場所，使用該控制方式，能夠避免照明燈具長期處于開啟狀態帶來的能源浪費。
2.3.2 場景控制
使用此控制方式可以預設置多個不同的場景，通過調節不同燈具的照度，與自然光照度相配合，使室內光環境達到設計標準中規定的指標，以滿足使用要求。如辦公建筑的會議室，在會議的不同階段，出于不同的需求，調節照明燈具，以適應不同階段的功能需求。
2.3.3 混合照度控制
混合照度控制通過光傳感器檢測空間中某片區域的自然光，并將檢測到的信號送至控制器，控制器能夠依據自然光的強度來動態調節燈具的亮度，當自然光不足時，通過控制人工光源進行補償，以此來實現穩定光環境的供給。
2.3.4 人員活動控制
通過在照明區域內安裝由聲、光元件構成的傳感器，以此來對區域內的人員進行檢測，隨后依據《建筑照明設計標準（GB50034）》[7]中有關照度的標準，并通過使用時序控制、場景控制等方法，對照明系統中的燈具進行控制。當人員離開該區域，系統程序會按照預先設定的時間延時后，自動切斷照明系統的能源供給，以實現照明系統的節能。
2.4 人行為
在實際場景中，建筑環境每時每刻都在改變，是一個動態變化的過程，人在其中是參與者以及管理者。在建筑照明系統中，人們從自身所需的光環境出發，改變照明系統的運行狀態，其行為的發生直接產生能耗[8-9]。例如，當室外照度較大時，人們往往傾向于利用自然光，這就使得開燈行為發生的可能性較低。而當照明系統運行時，人在其中擔任管理者的角色，針對照明系統中的故障進行及時的排查、檢修，行為的發生間接產生了照明系統的能耗。因此，建立能夠準確描述人員行為的模型對照明節能具有至關重要的作用。 3 照明系統節能
在設計建筑照明系統時，根據選取影響能耗因素、控制方式以及應用場景等角度的不同，照明系統的節能方式可分為兩大類型。（1）節能控制技術，通過使用系統節能技術減少系統的電能消耗實現節能。（2）從系統全生命周期的角度出發，通過構建照明系統能耗預測模型，對系統進行實時監測并預測能耗數據異常點，方便管理人員及時地對系統進行維護，以此間接地減少照明系統的能源消耗。
3.1 直接節能—控制模型
靜態模型是指系統中描述的各個變量之間不能隨時間變化而變化，如傳統的照明控制系統，以及在采用定時分區及場景控制方法的智能照明系統中，系統中的燈具不能根據系統外部的因素變化，進而做出調整。隨著人們對照明需求的增加，人們在靜態控制模型的基礎上不斷地深化，將影響系統的動態因子加入其中，如自然光等，形成了照明動態控制模型，能夠根據外部因素的變化，動態調節燈具，在提供穩定光環境的同時，還能減少照明系統的能源消耗。
3.2 間接節能—預測模型
隨著機器學習的快速發展，誕生了一系列的預測算法，與傳統的預測算法不同，其能夠對歷史數據能耗進行學習，不斷地調整模型中的參數，來保證模型對未來數據預測的準確性。選取能夠反映能耗變化的因素用于能耗預測模型時，不僅能提升模型預測的準確性，而且能通過模型發現能耗變化的趨勢以及發展特性，這對節能工作的展開以及研究建筑定額用能具有指導性意義。
4 結語
本文介紹建筑照明控制系統的發展歷程，并分析比較不同發展階段控制系統的優缺點，其中的節能理念為能耗影響因素的分析做出鋪墊。從影響能耗的主要因素以及次要因素出發，詳細介紹了主要因素對系統能耗的影響表現。最后，從系統不同的節能角度出發，闡述了直接節能以及間接節能的思路，為后續照明系統的節能研究提供了理論基礎。
[參考文獻]
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Abstract：In order to realize the energy saving of architectural lighting system， detailed analysis of the lighting system is needed. Therefore， from the perspective of the development process of lighting control system， this paper pays attention to the technical means and energy-saving ideas used in each stage; on this basis the factors affecting the energy consumption of the lighting system are summarized and divided into two main factors and the secondary factors. According to the different energy saving angles， the direct energy saving method for reducing the energy of the lighting system and the indirect energy saving for reducing other energy consumption of the system are proposed. In order to achieve resource conservation， green lighting is achieved.
Key words：lighting system; dynamic dimming; energy saving
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