高校教室照明设计中智能控制技术应用探索

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经过调查发现，高校教室照明用电的管理基本是一种粗放式的管理状态，一是没有专人管理，由学生自行控制开启，晚自习后统一关闭灯具；二是利用定时开关，定时接通和关闭教室的照明电源。对教学楼照明管理的要求是在充分保证教室的照度的前提下，尽可能地节约电能。上述两种模式都不同程度地存在着缺陷，从而造成电能的浪费。

第一种模式的特点是可以灵活地满足不同季节、天气、楼层和朝向的照度要求，控制简单，是常用的一种方式，但也是最为浪费电能的一种方式，因为在强光下人眼对弱光不敏感，在自然光照大于灯具光照的情况下，难以觉察到灯光的存在，这是造成白天长明灯的主要原因。第二种模式比上一种模式在节能方面有很大的提高，但其致命缺点是无法及时地保证各个教室的照度，因为自然光照不仅受时间、季节等已知因素的影响，而且还要受天气、楼层和朝向等具体因素的影响。

高校教室照明节能主要有两种途径：一是选用高效电光源和灯具。在保证照明质量的基础上，减少用电量的根本途径就在于提高光源与灯具的效率，像现在的LED等科技性很高的照明光源的使用，但是现在高校的教室都是旧的日光灯光源，一次性更换全部光源需要的资金是很大的，很多高校承担不了这笔开销。二是在现有灯具的基础上采用智能化控制系统，通过优化照明系统的运行来达到降低能耗的效果，而引入一套智能化控制系统的成本要远远低于更换全部光源的造价。

节能是照明智能化控制系统的最大优势。传统的照明工作模式，只能是白天开灯，晚上关灯。而采用了智能照明控制系统后，我们可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉，在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时，有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。下面是该智能控制系统的工作原理：

首先，该系统对教室的采光情况进行统计，以此作为是否需要打开照明系统的依据，该功能主要是通过光电探测器来实现的。考虑到教室内距离窗户远近的差异，受到日光不同强度的特点，为克服光电探测器受光面较小的弊端，应该在教室内合理地分布光电探测器，用于科学地探测自然光照的强弱。光电探测器在教室中的分布则根据此统计情况进行设置，即在每个区域的距离窗户最远的地方安放一个光电探测器。每个区域的日光灯则由设置在教室内的开关或远端的主控系统的上位机来控制。此外，相邻的不同区域装置的探测范围都有一定的重叠以确保当有人在相邻两个区域中间学习时能够得到足够的光照。当教室要作特殊使用时(如多媒体教学)，则需要拉上窗帘，关闭所有的日光灯或只打开少量微弱的灯具。当教室的自然光照不够，教室中有一个同学单独处于某一个控制区域内时，只有他所在区域的日光灯亮；当再有其他同学来这个教室学习时他们完全可以选择坐在已经亮灯的地方，若他们选择其他区域学习，情况类似。这样就完成了对教室照明的智能控制，起到了节约电能的作用。

其次，就是教室人数的统计。日关灯远程控制系统主要针对下面两种情况来设计的。第一种情况是该系统接入教务处的教室管理系统，教室在上课时，此种情况不需要做过多的判断，默认为教室处于满负荷工作状态，系统开启教室里的所有日光灯，当教室上课结束后，系统自动延时一段时间后自动关闭教室内的所有日光灯。第二种情况是教室用于学习自习，系统首先开启没有上课安排的教室作为第一个学生自习室，同时系统通过计数器对进入该教室的人数进行统计，根据进入教室的人数陆续地打开教室的日光灯，若上自习的学生人数达到该教室最大可容纳人数的90%时就表示此教室已满员，那么再开放第二个没有上课安排的教室作为第二个学生自习室，依次类推。

对进入教室人数的统计靠反射式红外传感器来完成，不仅仅是进入教室内人数的统计，而且是由其统计的人数来决定教室内亮灯数量，以实现节约电能的目的。该反射式红外传感器分别安装在教室门内外两面来完成对人体的探测，实现对进入和离开教室学生人数的统计。

该系统中还可以进行报警设置，如当教室内没有人，却有照明灯具在工作，这时教学楼的总控会报警提示，提醒管理人员熄灭相应教室的用电设备。在主控系统中，如处理器对控制器有状态请求或控制器本身产生故障，控制器可向主控系统返回本机状态。

该照明智能控制系统以教室监控系统为重点，根据目前高校的教学楼特点，通过实时监控、检测教室内部环境的变化，适时自动、准确、及时开启和关闭照明电源，可以有效地解决目前学校教室普通照明开关由于不能及时关断照明系统，而造成能源大量浪费的问题。大大减少了管理人员的数量，也解决了灯具使用寿命短等一系列困扰管理者的难题，并为学校后勤智能化管理发挥作用。

参考文献：

[1]对高校教学楼照明管理中节能的浅析.中国LED广告照明网，2010

[2]冯义飞.教室照明智能控制的设计与开发，2007

[3]胡兴军.发展中的智能照明系统[J].光源与照明，2004

作者简介：

曲冬日（1982-），男，教师，助教。