公共建筑照明能耗管理控制的系统(全).docx

公共建筑照明能耗管理控制系统目录1、引言51.1 应用研究的三个突破及创新意义51.2 应用研究的主要内容及初步成果52、照明耗能的浅析62.1 光源能耗62.2应用能耗72.2.1有效能耗和无效能耗的概念72.2.2无效能耗的主要表现形态82.2.3开发照明能耗管理控制技术的目的93、光源的技术特性与节能应用要求浅析93.1 光源特性与应用能耗的关系93.1.1电光源的技术指标 设计的光通量对节能的影响 发光效率对节能的影响 显色性对节能的影响113.1.2寿命 平均寿命 有效寿命123.1.3启燃、再启燃时间以及低启燃值123.1.4其他指标电压特性温度特性133.1.5 节能光源的类型133.1.6节能光源与普通光源的节能性能比较153.2光源选用的三个基本要求173.2.1按照度要求选择光源173.2.2按环境条件选择光源173.2.3按经济合理性选择光源174、照明节能技术应用与研究184.1使用照明节能控制系统的意义：184.2 节能照明控制系统的主要技术创新194.2.1 荧光灯调光控制技术194.2.2 LED灯调光控制技术214.2.3 LED灯电流保护技术224.2.4 环境照明自适应控制软件 完美的面向对象语言和技术、MULTI-THREAD多线程的程序应用、自适应数据触发程序的应用环境照明自适应控制软件的流程254.3 可控硅调光与非可控硅调光控制技术的比较254.3.1可控硅调光的优缺点分析254.3.2 荧光灯调光的优缺点分析264.3.3 LED灯调光的优缺点分析274.4 项目中控制方式的选择274.4.1 节能光源274.4.2 高功率因数照度控制设备，实现真正的节能目标274.4.3 供电采用三相，降低能耗284.4.4 自动日照补偿控制，降低能耗284.4.5 集中监控，降低能耗284.3.6 人体红外感应，降低能耗284.4.7 照度控制（场景控制），降低能耗295、节能数据比较及投资收益比分析305.1阅览室、培训室、多功能厅区域305.1.1 照明节能控制系统解决措施305.1.2 节能百分比：30 % 以上305.2中庭和公共走道325.2.1照明节能控制系统解决措施325.2.2节能百分比：50%以上325.3卫生间区域335.3.1 照明节能控制系统解决措施345.3.2 节能百分比：40%以上345.4车库区域355.4.1 解决措施：采用智能化的时段管理控制，调节照度。355.4.2 节能百分比：40% 以上3655照明综合节能和投资收益比分析371、引言在浦东图书馆项目的公共建筑照明能耗管理控制系统中，我们 了“系统节能”的理念，对整个图书馆的照明系统做了分析和研究，将整个图书馆的照明，包括中庭、多功能演讲厅、学术报告厅、公共走道区域、展览厅、阅览室、借阅部、接待室、办公室、培训室、地下车库、外景照明等区域作为一个整体加以研究，应用先进的智能化控制技术，实现整个照明系统的节能目标。这项研究具有开拓性的意义。 1.1 应用研究的三个突破及创新意义浦东图书馆的整个照明系统“系统节能”应用研究主要试图实现三个突破：1、突破了以往仅注重通过对节能光源的选择和应用实现节能的局限，将节能光源和照明艺术结合在一起，在不同的应用场合选用合适的节能光源。2、突破了以往采用简单的“开”或“关”，以牺牲照明效果甚至照明安全来实现节能的局限，将节能和调光控制系统结合在一起。3、突破了以往采用简单的技术手段实现某一点或某一局部的照明节能的局限，将多种节能控制手段应用在一个控制区域。上述突破的创新意义在于第一次系统的揭示了照明系统在实际应用中有效耗能与无效耗能的区别，第一次明确的提出了“无理能耗”的概念。将侠义的照明光源节能提升到广义的照明系统的系统节能，有效的应用网络智能控制技术将光源节能同照明系统的综合节能结合在一起，建立了照明系统节能的整体概念，并在浦东图书馆成功的应用。 1.2 应用研究的主要内容及初步成果浦东图书馆整个照明系统“系统节能”应用研究的三个主要内容：第一、建立“系统节能”的整体概念和分析模型；第二、细分了图书馆各区域对人工光照的要求，优化设计人工光照方式和选用高效、适用、经济、可靠的节能光源；第三、开发应用了技术先进、自动化程度高、运行稳定、安全可靠、操作方便、维护简单、安装扩展容易、成本低廉的能够有效控制节能光源的网络智能化节能照明控制系统。浦东图书馆的整个照明“系统节能”应用研究是通过光源节能和系统照明节能管理相结合来实现的。各个照明区域采用恰如其分的节能光源，光源主要以荧光灯（日光灯）、金卤灯、LED灯等节能光源为主。照明节能管理是采用SEGT的技术，通过网络智能控制技术将各种控制技术如时段控制、自动日照补偿技术、红外感应控制、照度管理等技术手段综合应用和实现整体管理。节能照明控制系统能根据浦东图书馆各个区域功能的不同，通过对各区域内各个照明回路分别控制，可预设多种灯光管理模式，使得各个区域在符合国家照度标准的前提下，实现降耗节能的目的。大楼工作人员可以根据实际需要，自动或手动控制各个区域的照度和照明模式，同时还可以实现减少管理人员，降低工作强度，降低对专业人员技术水平要求的目的。2、照明耗能的浅析照明耗能用我们今天的认识大致可以分为二类，一类是“光源自身的耗能”，也称“硬能耗”。另一类是“应用耗能”，也称“软能耗”。2.1 光源能耗照明耗能似乎是“天经地义”的，从人类懂得点油灯起，人类为达到“照明”的目的，开始了将一种“能”转换成另一种“能”。起初的这种“应用转换”是生活经验的产物，而非今天科学技术的发明。因此对今天大家都已经耳闻烂熟的“转换效能”这一概念，当初的“发明者”是全然无知的。当时间走入二十一世纪，能源的短缺业已威胁人类生存的时候，各行各业的节能成为了共同的主题。照明作为人类生活的一个必不可少的辅助手段，其耗能是巨大的，因此对其实现节能降耗早在上个世纪七十年代就已经开始。从那时起到本世纪的头几年，人们主要将注意力集中在光源上，这个步伐至今未有停止过，这是由于人们发现传统用于照明的白炽灯通过耗能所转换出来的视觉辐射能是很少的，其转换效能极低。白炽灯的能源利用率仅小于百分之十，而大量的能源被转换为无用的热能了，其每瓦的光效仅在7.325lm之间。为降低光源能耗，提高照明对能源的利用率，在过去的近三十年中世界各国投入了大量的资金开发出了各种各样的替代白炽灯的光源，如现在大量用于室内照明的荧光灯（节能灯、日光灯等）、低压卤钨灯，主要用于户外或工矿企业的高压钠灯、金属卤化物灯。近些年又开发了半导体光源（LED）灯等等。这些光源的出现和应用大大降低了照明的能耗。随着新兴光源的发展，我们有理由相信照明的能耗还会进一步的下降。2.2 应用能耗2.2.1 有效能耗和无效能耗的概念但是，在人类的生活活动中，是否降低了光源的耗能问题就意味着解决了照明耗能的所有问题呢？结论显然是否定的。由于照明耗能是时间的函数：W = P（t） 公式1W表示为照明总能耗T表示为照明总耗能时间P表示为单位时间内照明用具能耗我们如果将人工照明时间段再细分，将总的能耗W分为：W总= W有 + W无以上题式我们将能耗加以了细分，将实际受用时间能耗用“W有”表示，并将其称为“有效能耗”。将不被受用时间段的能耗用“W无”表示，并将其称为“无效能耗”。从公式1又可以引出：有效能耗公式：W有= W（t1） 公式2无效效能耗公式：W无= W（t2）+ W（t3）W（tN） 公式3由此得出：W总= W（t）= W（t1）+ W（t2）+ W（t3）W（tN） 公式4由此不难看出，照明能耗是时间的函数。照明用具（包括光源和电子整流器等）的耗能只是照明能耗的一个参量因素。而“无效使用”耗费的能源和“不合理使用”耗费的能源是照明能耗的另一个方面，这种“无效使用”和“不合理使用”所消耗的能源，简称为“无效能耗”，有上述公式3所表示。2.2.2 无效能耗的主要表现形态“无效能耗”的现象在我们的现实生活中普遍存在，其生存的形态也比较复杂，主要表现有以下几个方面：（1） 随着现代城市化的发展，高楼如雨后春笋，大量的公共建筑拔地而起。在一些公共建筑中，照明是一个不可或缺的庞大系统，可以用“无处不在”来形容。尤其是在一些如地下停车库、公共过道这样的公共空间中，无论是有车无车，无论是白天黑夜，也无论是有人没人，照明灯“永远”是亮着的，“无效耗能”时时刻刻在发生。初步的估计，一个按照国家照明标准设计的地下停车库，照明的“耗能”占了整个车库照明能耗的3545。（2） 在对一些室内场所，如办公场地、公共过道、洗手间、停车库、机房、仓库等做设计时，按照国家的照度标准，设计的实际照度往往总是超过国家标准。这是因为每种灯具的光通量是一定的，一般都选用适当大于国家标准照度的灯具。而这些大于的部分，就产生了“无效能耗”。而这部分“无效能耗”约占整个照明能耗的58。我们称为超标值能耗。（3） 在实际的生活中我们不难观察到，在白天，自然光对室内的辐射，其光强总是不均匀的，靠近窗户（采光面）的区域光线强些，而离窗户（采光面）越远光线越暗，根据光通量的分布特性，我们不难理解这是由于d发生了改变的缘故。为解决这一问题，一种最普通的方法就是在室内的顶上均匀地加装一定数量的照明灯。这种“均匀的加装”对晚上的照明是十分有意义的。但是在白天这种方法在对暗区进行补光的同时在光强的区域也产生了“不合理使用”现象。即在光强的区域往往也“开着灯”，因此也就产生了“无效能耗”。尽管我们时常可以简单的用“开”和“关”来控制一些灯，试图处理好“补光”与“无效能耗”的关系问题。但是从发光强度的最基本公式：从式（1）中我们不难看出，I是一个随d渐变的函数，更由于光通量为：从式（2）中我们可以看出是一个随时间变化的非线性函数，若所表述的是自然光，那么这个数值更加活跃。因此在室内要想对一个有相当面积上的自然不均匀光照度进行均匀的照度补偿，使人的视觉感到舒适和均匀，采用传统的“线性定常”系统，即以传递函数、频率特性、特征根分布甚至采用描述函数分析等控制理论建立起来的系统和方式去处理好“补光”与“无效能耗”的关系，显然是困难的，更不用说用简单的“开”和“关”去实现。（4） 目前现有的灯光控制系统大部分由于技术上的原因，不能对节能光源进行调光控制，因此在一些大量采用照明控制系统的场所，为创造各种特殊的光环境，仍然在采用高能耗的白炽灯。这就加大了无效耗能量。2.2.3 开发照明能耗管理控制技术的目的从对上述问题的的分析，使得我们对照明能耗问题有了进一步的认识，这是我们本次节能应用研究的开始，它明确了我们“系统节能”的方向目标。即所谓照明能耗管理控制技术是在充分采用节能光源、节能照明用具的基础上，进一步解决“无效能耗”问题。不仅如此，对目前大量采用“带电子整流器的节能光源”带来的对环境的二次污染问题，也是我们本次研发解决的问题之一。3、光源的技术特性与节能应用要求浅析所谓充分选用节能光源，是指在整个照明系统中全部选用节能光源和节能照明用具，这些光源和用具（电子器件）是可以受网络智能化控制系统的。3.1 光源特性与应用能耗的关系根据光的产生原理，电光源主要分为两大类。一类是以热辐射作为光辐射原理的电光源，包括白炽灯和卤钨灯，它们都是以钨丝为辐射体，通电后使之达到白炽温度，产生热辐射。这种光源统称为热辐射光源。另一类是各种气体放电光源，它们主要以原子辐射形式产生光辐射。根据这些光源中气体的压力，又可分为低压气体放电光源和高压气体放电光源。为了实现照明节能，选用电光源时首先要考虑发光效率，但对不同的使用场合和要求也要考虑电光源的其他特性。电光源的主要特性有发光效率、显色性、使用寿命、使用要求及成本等。3.1.1电光源的技术指标电光源根据其名称就可知它主要有电与光两方面的性能指标，这两方面的性能指标当然有着密切的联系。但作为光源，主要还是光的性能指标，而对电的指标也往往重于它对光性能的影响。 设计的光通量对节能的影响光源的光通量表征着光源的发光能力，是光源的重要性能指标。光源的额定光通量是指光源在额定电压，额定功率的条件下工作，并能无约束地发出光的工作环境下的光通量输出。光源的光通量随光源点燃时间会发生变化，即点燃时间愈长，光通量因衰减而变的愈小。大部分光源在燃点初期光通量衰减较多，随着燃点时间的增长，衰减也逐步减小。因此光源的额定光通量有两种情况：一种是指电光源的初始光通量，即新光源刚开始点燃时的光通量输出，它一般用于在整个使用过程中光通量衰减不大的光源，例如卤钨灯；另一种情况是指光源使用了100小时后的光通量输出，它一般用于光通量衰减较大的光源，例如荧光灯。因此在现实工程应用中，系统设计为了使系统达到基本寿命内的照度指标，抵消光源衰减的因素，总是将设计选用的灯具光通量指标适当的加以提高（，即所谓的设计余量），设计呈现值可以描述为：设计值标。设计值 为系统设计实际指标标 为以国家标准为基础的产品或系统的技术指标值。 为设计余量这种设计余量在系统的老化加速期前显然是同节能的概念相左的。因此如何通过系统控制技术来解决这一问题是我们这一课题的内容之一。我们通过控制管理模式和在硬件上实现真正稳定的对节能光源的有效调控实现了对值的改变，这种调控具有明显的节能作用。尤其是前期的节能功效可以达到7以上。 发光效率对节能的影响光源的光通量输出与它取用的电功率之比称为光源的发光效率，简称光效，单位是1m/W。在照明设计中光源光效是节能照明设计中选择灯具光源必须考虑的一个重要的技术指标。光效越高节能效果越好。在照明系统的设计中，对不同的场合选用恰当的节能光源，要在光通量达到要求的前提下，选择发光效率高的节能光源。这是十分重要的。不考虑光通量，以牺牲效果，简单的追求发光效率是没有意义的。 显色性对节能的影响显色性是光源的一个重要性能指标。通常情况下光源用于一般显色指标衡量其显色性。在某些对颜色有特殊要求的场合，则应重视对显色指标的考虑。在照明节能设计时，我们希望既节能又保持具有良好的色还原。这看似简单的问题，在以往所采取的照明节能措施中往往被忽视。目前突出的是二个问题。第一是现在一种普遍的认知误解，被照区域或物体的显色性差，视觉效果不好，被误认为是照度不够，而盲目的增加灯具的照度。从而导致能源的浪费。第二种情况是采用了调光控制系统后灯具的色温发生了明显的改变，破坏了照明的效果。照明的目的被忽视了。为此我们的人工智能节能技术，具有在调控节能光源的同时，最大限度的维持原有光源的稳态的显色性。实验结果证明，我们的稳态显色性达到了90以上。3.1.2寿命电光源的寿命是电光源的重要性能指标，用燃点小时数表示。 平均寿命光源从第一次点燃起，到损坏熄灭为止，累计燃点小时数称为光源的寿命。电光源的全寿命有相当大的离散性，即同一批电光源虽然同时点燃，却不会同时损坏，它们将有先有后陆续损坏，且可能有较大的差别，因此常用平均寿命的概念来 定义电光源的寿命。取一组电光源作试样，从一同点燃起计时，到50%的电光源试样损坏为止，所经过的小时就是该组电光源的平均寿命。 有效寿命电光源在使用过程中光通量将随使用时间的增加而逐步衰减。有些电光源的光通量衰减在它全寿命中相当显著，当光源光通量衰减到一定程度时，虽然光源尚未损坏，但它的光效明显下降，标准功效丧失。继续使用极不经济。电光源从点燃起，一直都光通量衰减到某个百分比所经过的燃点时数就称为光源的有效寿命。一般取70%80%额定光通量作为更换光源的依据。荧光灯一般用有效寿命作为其寿命指标。我们所开发的人工智能节能技术和能耗管理控制系统有着十分良好的电流和电压的波动抑制能力，这一功能对光源的保护和延长使用寿命具有显著的作用。光源在系统中可以延长寿命一倍以上。这对降低营运成本，减少二次污染是十分有意义的。3.1.3启燃、再启燃时间以及低启燃值电光源启燃时间是指光源接通电源到光源达到额定光通量输出所需的时间。热辐射光源的启燃时间一般不足1秒钟，可认为是瞬间启燃的；气体放电光源的启燃时间从几秒钟的几分钟不等，取决于光源的种类。电光源的再启燃是指正常工作着的光源熄灭后再将其点燃所需要的时间。大部分高压气体放电光源的再启燃时间比初次启燃时间更长，这是因为再启燃时要求这种光源冷却到一定的温度后才能正常启燃，即增加了冷却所需要的时间。电光源的启燃和再启燃时间影响着光源的应用范围。例如频繁开关光源的场所一般不用再启燃时间长的光源，而且启燃次数对光源寿命的影响很大。又如应急照明用电光源一般应选用瞬间启燃或启燃时间短的电光源。在这之前的大部分光源控制技术对荧光灯光源的启燃以及再启燃时间有较大的影响，这种影响时常甚至会使启燃受阻。我们这次对此专门开发了低电压启燃技术，所以采用人工智能节能技术和系统，可以使光源在12低照度状态下启燃。这一技术的应用使荧光灯光源在正常状态下发光更加稳定。这一技术的发展扩大了气体放电光源应用范围，对推广节能光源的应用有着积极的意义。3.1.4其他指标电光源还有其他一些特性，且光源性质不同，对其他性能的要求也不同。电压特性当电源电压产生偏移，即电源电压与光源的额定电压不符时，会对光源的使用造成影响。例如电源电压偏高，对有些光源影响较大，主要是影响光源的使用寿命。而电源电压过低时会大大降低气体放电光源光通量的输出，光源的启燃时间也会受影响，甚至无法启燃。因此这些光源常常要规定最低启燃电压值。采用人工智能节能技术和系统，可以在一定的范围内，有效调控系统的电压，降低由于电压波动对节能光源的影响。温度特性有些光源对环境温度比较敏感，温度过高或过低都会影响到这种光源的光效。大部分气体放电灯光源在环境温度较低时会影响其启燃性能。有些光源表面温度很高，使用时要采取防燃和防溅措施，以免引起火灾或因水的溅射导致光源爆裂。3.1.5 节能光源的类型综合电光源的各项技术指标，具有正真实用价值的节能光源应当具有发光效率高、显色性好、使用寿命长、成本低廉、维护容易。浦东图书馆的建筑由日本NIHON SEKKEI株式会社设计，富有特色的书山、中庭、空中花园、云海、清水泥墙和外墙百叶等设计都是建筑物的亮点，将这些亮点和艺术效果通过照明效果体现出来，是照明设计师和灯控设计师共同努力的方向，同时也对节能光源的控制提出了很高的要求，最终将发光效率高、显色性好、使用寿命长、使用要求及成本低的荧光灯、金卤灯和LED灯在浦东图书馆得到大量运用。节能光源最主要的有三类：荧光灯荧光灯是一种气体放电灯，所谓气体放电灯就是指电流通过气体媒质是所发生的过程，利用气体放电发光的原理制成的灯就是气体放电灯。决定荧光灯特性的最重要的因素是荧光粉的种类及其组成分，荧光粉不仅决定了灯的色温和显色性，而且在很大程度上决定了灯的发光效率。采用不同配比的三基色荧光粉，可以做成各种色温的高性能荧光灯，这些灯不仅光效高，而且显色性好。Ra可以达到85以上，由于这种荧光粉还有耐高温和承受强短波紫外辐射的能力，故而广泛应用于细管径的荧光灯中。荧光灯的特点是面发光光源，光源的发光效率比较高，显色性较好，光照比较均匀，价格比较便宜，可以进行调光，但荧光灯光源的体积较大，光的方向控制较难，且单个光源的最大功率较小，比较适合楼层较低的公共走道照明。浦东图书馆的公共走道都采用了荧光灯光源。金卤灯金卤灯的工作原理：金卤灯的启动借助于辅助电极，电源接通之后，电源电压加载在二个主电极之间，但由于两个主电极之间的距离太大，放电不能发生。然而，同样的电压也加在辅助电极和相邻的主电极之间，由于它们之间产生辉光放电，放电电流由电阻限制，这一辉光放电很快过渡到两个主电极之间的弧光放电。金卤灯从启动到正常工作需要一段时间，通常为410min。金卤灯的特点是点发光光源，光源的发光效率很高，显色性较好，光照比较均匀，光的方向控制比较容易，单个光源的功率有很多，最小35W，最大功率有1000W，在同等功率下，光源的体积比其他类型光源小很多，光源寿命较长，是目前发展前景最好的光源之一。但金卤灯的启燃时间较长，再启燃时间很长，不能用于应急照明，价格比其他类型光源贵很多。大功率的金卤灯适合体育场馆和路灯的照明，小功率的金卤灯适合楼层较高的公共区域照明和洗墙照明。浦东图书馆的书山区域的楼层较高，需要较大光通量的灯具，金卤灯光源特别适合这种应用。浦东图书馆的中庭洗墙灯、过道洗墙灯、五层云海洗墙灯都采用了金卤灯光源。LED灯LED(LightingEmittingDiode)即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，LED优点多多。除了寿命长、耗能低之外，LED更大的长处有三点：一是应用非常灵活，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品；二是环保效益更佳，由于光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，属于典型的绿色照明光源，而且废弃物可回收，没有污染；三是控制比较方便，。不同光色的组合变化多端，利用时序控制电路，更能达到丰富多彩的动态变化效果。LED灯的特点是点发光光源，光源的发光效率很高，显色性较好，低电压启动，一点就亮，是亮灯时间最短的光源，LED灯的光源颜色可选，光的方向控制特别容易，但是单个光源的功率不大。理论上光源寿命较长，但是散热对光源影响很大，散热不好使得光源的寿命小于2000小时，LED灯的价格比其他类型光源贵。LED灯通过透镜很容易控制方向，适合洗墙照明、艺术照明等浦东图书馆的外立面有很多百叶，用于将白天的阳光折射进内部，夜晚，百叶的景观照明灯具采用了LED灯，每个10W，LED灯的光束很窄，只将百叶的大理石照亮。3.1.6节能光源与普通光源的节能性能比较电光源最主要的性能指标是发光效率、寿命、光色（通常包括显色性）。表3.1.6中列出了常用照明电光源的主要性能比较。从表中可看出，高压钠灯、金属卤化物灯和荧光灯的光效较高，白炽灯、卤钨灯、荧光灯、金属卤化物灯的显色性较好，荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯和荧光高压汞灯的寿命较长。电压变化对电光源光通量输出影响最大的是高压钠灯，其次是白炽灯和卤钨灯，影响最小的是荧光灯。维持气体放电灯正常工作不至于自熄的供电电压波动最低允许值，由实验得知荧光灯为160V，其他高压气体放电光源为190V。38表：3.1.6常用照明电光源的性能比较光源种类性能项目白炽灯三基色荧光灯荧光高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯普通白炽灯卤钨灯额定功率范围（W）151000500200061255010003510001253500发光效率（lm/W）7.419182170902553701306090寿 命（h）1000150060001200035006000600012000200012000一般显色指数99100991006080304020256585色 温（K）24002900290032002700650055002000240045007500启燃时间瞬时瞬时1s48min48min410min再启燃时间瞬时瞬时瞬时510 min1020min1015min功率因数110.950.440.670.440.90频闪现象不明显不明显不明显明显明显不明显表面亮度大大小较大较大大电压变化对光通量的影响大大较大较大大较大环境温度对光通量的影响小小大较小较小较小耐震性能较差差较好好较好好所需附件无无电子镇流器电感镇流器电感镇流器电子镇流器3.2光源选用的三个基本要求选用电光源时应首先满足照明要求（例如对照度、显色性、色温、启燃与再启燃时间等的要求），再考虑电光源是否能适应使用环境，最后还应综合考虑初投资的运行费用的经济合理性。3.2.1 按照度要求选择光源不同场所对照明要求是不同的。如阅览室、展厅、影音室等等场所要求有较高的显色性能，应选用一般显色指数不低于80的光源。对光环境舒适程度要求高的场所，当照度较低时（小于100lx）最好采用暖色光源，照度较高是（200lx以上）最好采用中间色，甚至冷色光源。频繁开关光源的场所宜采用白炽灯，需要调光的场所宜采用白炽灯、卤钨灯和荧光灯。各种场所中的应急照明和不能中断照明的重要场所（例如多功能厅）不能采用启燃与再启燃时间长的高压气体放电光源。书刊保存场所的照明不宜采用紫外辐射量较多的光源。要求防射频干扰的场所应慎用气体放电光源，一般不宜采用具有电子镇流器的气体放电灯。3.2.2 按环境条件选择光源环境条件常常限制一些光源的使用，必须考虑环境许可的条件选用光源。例如预热式荧光灯在低温时启燃困难，在环境温度过低或过高时荧光灯的光通量下降较多。在空调的房间里不宜选用发热量大的白炽灯、卤钨灯等，以减少空调用电量。电源电压波动急剧的场所不宜选用容易自熄的高压气体放电灯。有震动的场所和紧靠易燃物品的场所不宜选用卤钨灯。3.2.3 按经济合理性选择光源光源的光效对照明方案的灯数、电气设备费用、材料费用及安装费用等都有直接影响，影响到初期投资的大小。而运行费用则包括电费、灯泡消耗费、照明装置维护费（如清扫和换灯泡费用）以及折旧费，其中电费和维护费占较大比重。通常照明装置的运行费用超过初投资。选用高光效光源可以节约电费，减少灯数，降低维护费。选用寿命长的光源，则可减少维护工作，降低运行费用，尤其对楼层较高的场所，照明维护工作较困难，因此光源的寿命显得更加重要。4、照明节能技术应用与研究据统计，在现代楼宇所有能耗中，照明占了33%。照明实际上是最大的电力消耗之一。无论哪类环境，当你想提高电力使用效率，节约能源时，照明无疑是最重要的着手点之一。当人们已经在大量使用节能光源时，作为节能照明的步伐才刚刚开始。从我们上述第二章分析中不难看出，在充分采用节能人工光源的基础上，要进一步实现“系统节能”的核心是能对人工节能光源实现全面地调控和管理。4.1使用照明节能控制系统的意义：“节能不节钱”是目前照明节能领域内普遍存在的现象，这种现象存在的根本原因是技术落后和不懂光源的特性。现象一：在公共区域安装人体感应开关，频繁的开关节能灯具，造成节能光源的早期损坏，节能光源的制造能耗和污染更加使得节能这个主题变成了口号。现象二：采用定时器对公共区域进行开关控制。碰到阴雨天，需要人工打开各个区域照明，给使用者带来不便，同时一年四季的开启和关闭时间无法自动按日期调节。使用不便和管理不便使得照明节能的推广遥遥无期。现象三：同一的区域，为了满足照度的要求，白天和夜晚的照度都是一样的，造成白天照度不足，而夜晚照度过高，引起人员视觉疲劳，降低工作效率。现象四：办公室或设备房忘记关灯了，该区域将要等到下一个工作日才会解决该区域的灯具关闭问题，中间无任何提醒。要解决这些现象，一个智能化的控制系统是必不可少的。对于现象一，节能照明控制系统的荧光灯调光技术既能节约能源，又能延长光源寿命，彻底解决节能光源早期损坏的缺陷。对于现象二，节能照明控制系统根据经纬度坐标确定的天文时钟能精确计算太阳每日的日出和日落时间，照度感应能像人的眼睛一样感知照度的变化，自动调节照度，满足人眼的照度需求。对于现象三，节能照明控制系统根据人眼昼夜节律的光谱敏感度和明视觉、暗视觉光谱光视效率，自动设定同一区域昼夜照度。对于现象四，节能照明控制系统能自动”学习”各个区域的使用习惯，统计各个区域的使用时段，对不合理的现象自动报警，提醒用户检查。最终，通过节能照明控制系统，实现节能环保的主题1、通过合理的设计，减少“无效能耗”。提高用电效率。2、智能化的照明系统控制，提升了管理水平。3、人工智能功能强大，给用户带来使用方便。4、可以作为子系统纳入楼宇自控系统统一管理，减少物业管理的工作量。5、通过照度、时间、使用状态的动态控制，大幅延长照明光源的使用寿命，进而延长了光源的更换周期，在节省设备维护费用的同时减少维护人员工作量，节省物业管理费用，明显降低楼宇运行成本。4.2 节能照明控制系统的主要技术创新节能照明控制系统采用实时照度闭环控制的系统结构。控制主机根据不同时间段需要的照度，自动改变照度设定值。照度设定值与照度检测和变送器送来的反馈值进行比较。若实际照度过高时，数字调节器自动降低调压执行器的输出电压，反之调高调压执行器的输出电压，直到实际照度值与设定值相等为止。其系统结构如下：照明系统实际照明电压照度偏差调压执行器数字式调节器不同时间段内照度自动设定控制主机系统照度反馈照度检测变送器要实现实时照度闭环控制，荧光灯调光控制技术、LED灯调光控制技术、LED灯电流检测技术、环境照明自适应控制软件是技术核心，也是节能照明控制系统的技术创新方向。4.2.1 荧光灯调光控制技术荧光灯调光镇流器有体积、安装尺寸的限制，否则无法安装在灯具内。而镇流器是功率变换器件，高电压和小信号在在狭小的空间内共存，要应用的主要技术为微型单片计算机控制技术、人机通信与对话技术、分布式处理系统技术、计算机网络技术、软件工程技术、计算机仿真技术、计算机过程控制技术、自动随动系统技术、监视报警故障诊断系统技术、电力拖动及自动化技术、电力系统电磁兼容技术，其工作原理图如下： 电流平衡电路功率驱动电路调光电路（含启动、触发、保护）功率因素调整电路电磁兼容匹配220VAC电流输入灯管电源转换匹配直流工业控制总线CPU控制制电路光电隔离电路数模转换换电路调光控制电路工作状态检测电路调光就是调节光输出，实质是调节灯功率。传统非调光荧光灯电子镇流器通过闭环控制可使输出功率基本稳定，灯的阻抗不会发生很大的变化。然而可调光电子镇流器工作在调光模式下时，灯管所呈现的阻抗特性是不同的，不能再将其视为电阻性负载。因此，可调光电子镇流器与非调光电子镇流器比较，需要提供 一个用户可控的调光控制输入端，并采用适当的方法检测灯电压、灯电流和灯功率，利用反馈电路调节用户设定的灯亮度。我们采用变频相位调制调光法，灯功率可以利用通过灯管的电流和出现在灯管两端的电压之间的关系来控制。为控制灯电压与电流之间的相位移，需要对工作频率和驱动电路进行调制。当电压与电流同相位时，交付给灯管的功率最大。当电压与电流不同相时，仅对灯管交付一小部分功率。在超过谐振频率时，谐振电路基本上呈现电感性，频率升高，相位移增大，并不对红外遥控器造成干扰。荧光灯不是简单的电阻性负载，它很像一个带小串联电阻的电池。灯电流在高功率电平上往往不再为正玄波，如图A所示。在电压与电流同相时，灯电流为额定值的100%，传送到灯管的功率最大。当电压与电流有大的相位移时，灯电流仅为其额定值的1%，传送到灯管上的功率图B中黑色面积区域非常小。图B灯电流为图A灯电流为我公司研制的数字调光镇流器代表了电子镇流器的最高技术水平和发展方向，双层印板的正面功率器件采用了分立安装的方式，提高器件的耐压级别和可靠性；双层印板的反面全部采用贴片安装的方式，尽可能缩小检测、控制、隔离等电路的面积，而数控单元采用了4层印板和贴片式的在线编程方式，将微机处理单元、网络通信单元、抗干扰稳压源集成在20平方厘米的范围内。集成了电磁兼容滤波、功率因数调整、数字控制、工作状态检测、功率驱动、电源转换等电路的调光镇流器体积只有300立方厘米。4.2.2 LED灯调光控制技术LED灯是目前热门的节能光源，应用场合越来越多，LED灯的光源照度控制主要存在2个技术瓶颈，分别是调光过程中的色温变化和过电流击穿损坏。我公司通过大量实验，研制成功了LED灯色温不发生变化的调光控制方法和过电流保护方法。LED灯调光控制方法，主要是利用人眼的视觉惰性、主观感觉亮度理论和半导体固体发光体（LED）响应时间特性，通过调节半导体固体发光体的工作电源主频在一个适应半导体固体发光体特性的范围内，用数字频率合成脉宽调制理论和技术控制半导体固体发光体上所受的脉宽，改变在半导体固体发光体二端的功率，从而实现对半导体固体发光亮度的控制，并确保LED灯在整个调光范围内保持纯净的白光色彩。这种控制工作电压于一定主频范围之内，并通过调节工作电压在周期时间内导通脉宽的方法，也可用于对其他光色的LED灯在保持其基本光色不发生改变的前提下进行发光亮度的调节控制。LED灯调光控制单元由一个中央处理器，一个可远程控制的模块，一个可变频的脉宽调制发生器，一个数控的自适应电位控制器，一个大功率的交直流电源变换器等其他辅助电路组成。其工作电路图如下：LED调光输出PWMCPV控制信号光电隔离驱动信号放大功率放大LED调光功率指示电流采样电流比较比较信号放大采样开关与门CPU输出的PWM调光信号经光耦后到1Q1基极，1Q1集电极输出到1Q2、1Q3基极，在1Q2、1Q3的发射极输出近似V+到GND的电压变化到1Q4栅极，确保1Q4处于全导通和截止的开关状态，以减小管压降和功耗。4.2.3 LED灯电流保护技术LED灯的寿命和电流密切相关，过高的灯电流将造成LED灯的永久性损坏，因此LED灯的电流保护是LED驱动电路的核心，目前最电流检测电路采用无功耗的检测方法，利用场效应管的导通内阻直接在1Q4的源极采样，提高了电源的利用率。由于场效应管的导通内阻一致性较好，调试工作也比较简单，易于控制。电流检测电路的基本原理是：在场效应管导通时检测源极上的电压，若小于设定值时的电压，1U3A输出低电平，对以后的电路不起作用。若大于设定值电压时，1U3A输出高电平，经1D2给1C2充电，1C2上电压迅速提高，其结果使1Q6导通，1Q3导通，1Q4栅极电位为零，1Q4截止，关断负载。1Q5,1U2C,1Q7的作用是检测时间与PWM信号同步。1U3B的作用是在过载期间保持常态，不要再给1C2充电。此时1C2通过1R9缓慢放电，放到1U2A门限电平以下时，1Q6截止，电路恢复正常。若此时电路任然过载，电路即刻转入故障状态，反复循环。四综示波器图中前半段为正常工作状态，中间段为过载状态，结尾段为恢复正常工作状态。ABCDCABD4.2.4 环境照明自适应控制软件在浦东图书馆照明控制主机中，我们完全自主开发了系统控制软件，主要采用了以下软件技术： 完美的面向对象语言和技术增加了可视的Form的继承。这大大方便了类似数据输入界面的管理，很多动作相同，于是可以先构造一个Form作为基类，继承下去两个甚至多个界面，相同动作写于基类中，不同的编写于子类中。由于所有函数支持虚函数特性，对程序编写和维护非常方便，大量类似的报表也采用了此技术。我们编写了一个构件，叫DBKey，专门解决界面数据和数据库之间的动作。这样，程序员只要考虑用户输入数据的正确性和关系，而不用考虑数据如何存入数据库中和数据浏览、移动时的细节。如果数据进入数据库时的请求出错，构件会自动Rollback还原到录入状态，给出提示，使所有画面的处理动作一致。、multi-thread多线程的程序应用控制系统提供了一个叫Thread Object的物件，只要新建一个Thread Object，然后给出Class Name， 就产生了一个继承Thread的Class，在Execute中添入相关代码，就完成了。我们的系统中就使用了multi-thread来提高系统的执行效率，在空闲时，提前打开相关数据库的Table，并提供了对Microsoft的Active X技术(OCX技术的改进)的支持，通过Active X技术，实现了对ftp,pop3,smtp,http,nntp等协议支持。这样，在编写的应用程序中，就可以非常方便的进行Internet的访问。在编程开发中，对OLE2的支持也是非常完整，由于增加了一种数据类型Variant，我们可以在程序中，对Word,Excel等OLE2对象进行操作，非常方便的生成各类报表。、自适应数据触发程序的应用MS SQLServer触发器是一种特殊的存储过程，它不能被显式地调用，而是在往表中插入记录、更改记录或者删除记录时，当事件发生时，才被自动地激活。触发器可以用来对表实施复杂的完整性约束，保持数据的一致性，当触发器所保护的数据发生改变时，触发器会自动被激活，响应同时执行一定的操作（对其它相关表的操作），从而保证对数据的不完整性约束或不正确的修改。当某一区域的面板或照度发生了变化，触发器可以自动查询其它表，同时也可以执行复杂的T-SQL语句，来判断该面板操作和照度变化是否符合实际场景，此时触发器和引发触发器执行的命令被当作一次事务处理，当在关于其它表的相关性操作时，发现数据丢失或需调用的数据不存在，那么照明控制系统就自动回滚到该事件执行前的SQL SERVER数据库状态，并给出操作提示。环境照明自适应控制软件的流程多元探测器多通道检测口MS SQL Server 数据库用户设置界面开发平台开关时钟触发器实时用户控制界面区域调光功率指示用户评估方案使用特性评估4.3 可控硅调光与非可控硅调光控制技术的比较4.3.1可控硅调光的优缺点分析可控硅调光电压波形可控硅调光是一种相控调光法，通过控制双向可控硅的导通角，将电网输入的正弦波电压斩掉一部分，以降低输出电压的平均值，达到控制灯电路供电电压，从而实现调光。可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、性价比高。但是可控硅相控调光由于是工作在斩波方式，电压无法实现正弦波输出，如果没有电感滤波器，会出现大量谐波，形成对电网系统的谐波污染，所以可控硅相控调光的滤波器至关重要。由于可控硅相控调光具有体积小、性价比高和调光功率控制范围宽的优点，所以可控硅相控调光法是目前使用最为广泛的调光方法，可控硅调光法可以将白炽灯和卤钨灯的光输出在0%100%的范围内调节。可控硅相控调光能延长光源的寿命，调光至90%，光源寿命延长一倍；调光至80%，光源寿命延长两倍；调光至50%，光源寿命延长二十倍。由此可见，可控硅调光能减少光源的更换频率，在单位时间内的光源更换量要减少很多，这也是节能减排的。可控硅相控调光实际上是通过调节功率因数的大小来调节光源输出功率的大小，将灯具光源调暗，对用户来说是节约了用电量，但对发电厂来说，并没有节约能源，所以可控硅调光并不是真正节能的。4.3.2 荧光灯调光的优缺点分析荧光灯调光电压波形荧光灯调光是一种变频调光法，通过镇流器中高频变压器电压转换比和频率相关的特性，实现荧光灯光源的功率调节。镇流器中高频变压器频率越高，高频变压器输出电压越低；高频变压器频率越低，高频变压器输出电压越高。控制电路能调节高频变压器的震荡频率，也就能调节荧光灯的输出光通量。荧光灯调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、性价比高。但是这些并不是我们有兴趣的关键。而让我们兴奋的是荧光灯调光镇流器具有功率因素校准电路，调光镇流器的功率因数大于0.95，这一特性意味着当人们在对荧光灯进行调光的过程中其能耗是在相应的发生改变。这同可控硅调光有着本质的区别。这是我们开发照明能效管理系统的初始点。荧光灯调光也能延长光源的寿命，调光至90%，光源寿命延长一倍；调光至80%，光源寿命延长两倍；调光至50%，光源寿命延长十倍。尽管这是一个理论值，但由此还是可见，荧光灯调光也能减少光源的更换频率，在单位时间内的光源更换量要减少很多，这对节能减排是有十分可喜的积极意义的。荧光灯调光的缺点是在于受光源的特性限制，单个光源的功率较小，体积较大，聚光控制较难，所以在楼层较高的场所较难应用。4.3.3 LED灯调光的优缺点分析LED灯调光是一种调节占空比的调光法，LED灯晶体的供电都采用了低压电源，控制电路通过调节直流电的导通和关断，即调节占空比，实现LED灯光源的功率调节。LED灯调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要是电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、性价比高。LED灯的开关电源都具有功率因素校准电路，功率因数大于0.95，也是一种真正节能的调光器。目前，LED灯调光器可以将LED灯的光输出在0%100%的范围内准确调节。LED灯调光的缺点也是光源的特性决定的，即单个光源的功率较小，最大只有5W，但光的方向容易控制，所以在