引言随着工业化与城镇化步伐的加快，建筑物能耗比例将持续升高，公共建筑所占比例不足我国城镇建筑面积的5%，但其用电量比例却高达25%，为建设资源节约型社会，实现建筑物全面节能，必须充分挖掘公共建筑的节电潜力。照明节电控制系统是通过自动采集系统收集相关信息，然后经过一系列的分析和处理，将结果显示和反馈，以达到最佳的照明系统控制效果[1]。Dynallte智能照明控制系统、C-BUS智能照明控制系统、EIB智能安装控制系统等都是基于现场总线型的照明节电控制系统[2]。构建节电监控系统，对公共建筑物中主要照明设备或系统进行用电监测与控制，整体降低公共建筑用电量，尤其是将工作时间用电量降低40%，整体用电量降低13%[3]。考虑到公共建筑的照明特点、通信网络等实际因素，文中设计与开发的新型照明节电控制系统不仅符合公共建筑的照明特点，更满足实际应用的需求。1节电控制系统的总体设计1.1系统工作原理照明节电控制系统根据不同应用场合，以作息规律为主，室内采光情况以及人流量密度等参量为辅，统计分析得到控制模型，并预先设定所需照明效果，制定相应的控制策略，采用手动控制和自动控制相结合的控制方式，分区域、分时间控制，充分利用自然光，避免长明灯现象，防止浪费，实现照明控制智能化，达到照明节电的目的[4]。系统的功能特点：（1）实现照明控制自动化。照明系统处在全自动工作状态，在不同应用场合将按预先设置的程序自动切换至相应的工作状态。（2）节电效果显著。根据室内采光情况调整工作状态，充分利用自然光，并结合室内人员存在情况，合理规定照明区域，只有在符合条件的时间以及区域内开启照明系统，节电率达到30%左右。（3）实现远程监控，系统更为优化。用户通过实时监控中心动态管理照明系统，优化照明控制，提高工作效率。节电控制系统工作图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.F001图1节电控制系统工作图1.2系统基本组成节电控制系统主要针对公共建筑照明系统，根据公共建筑的照明特点和应用场合设计开发。系统组成结构如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.F002图2节电控制系统基本组成1.3控制策略目前国内外常见的几种控制策略包括：时间表控制、昼光控制、光通量控制、明暗适应补偿控制、局部光环境控制和利用平衡照明日负荷曲线控制等[5]。文中的照明节电控制系统在沿用传统照明控制策略基础上，又引入环境参量辅助控制等新的控制策略，并根据统计分析反馈信息及时调整相关控制策略，转换控制方式达到最佳照明节电控制效果[6]。1.3.1时间区域控制策略某办公室开关状态控制时间段如表1所示。某公共建筑开关灯控制时间区域如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.T001表1某办公室开关状态控制时间段时间打开关闭工作日8：00~12：0012：00~14：3014：30~18：3018：30~次日8：00非工作日—全天10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.T002表2某公共建筑开关灯控制时间区域开灯6：00~8：00区域I8：00~12：00区域I、II、III12：00~15：00区域I、II15：00~22：30区域I、II、III关灯22：30~次日6：001.3.2环境参量控制（1）环境光照辅助控制。根据我国《建筑照明设计标准》（GB 50034—2004），教室、实验室、多媒体教室、普通办公室的照明标准值为300 Lx，美术教室、教室黑板的照度标准值为500 Lx[7]。自然光照度的时间变化曲线如图3所示，E为教室内环境的照度设定值，可根据照度标准值进行设置；E1为自然光照度随时间的变化曲线。图3中阴影部分为照度不足时，需调整的部分。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.F003图3自然光照度的时间变化曲线（2）人流量密度辅助控制。人流量密度辅助控制中，需要采集不同时间段人流量密度的样本数据，预测长期人流量密度数据，作出统计分析，从而辅助时间区域自动控制。某公共建筑不同时间段人流量密度样本数据如表3所示。由表3计算得出，人流密度的均值为28.38，方差321.183，标准差17.922，最小变量5，最大变量63。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.T003表3某公共建筑不同时间段人流量密度样本数据时间人数时间人数时间人数时间人数8：001012：001515：303519：30639：002513：00516：303720：305710：003114：001117：302621：305311：003814：302318：301822：307对时间和人流量密度两变量进行相关性分析，时间和人流量不存在线性相关，结果如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.T004表4时间和人流量密度两变量相关性变量相关性时间人数时间Pearson 相关性1.402显著性（双侧）—.122平方与叉积的和4.011E91 768 275.000协方差2.674E8117 885.000N1616人数Pearson 相关性.4021显著性（双侧）.122—平方与叉积的和1 768 275.0004 817.750协方差117 885.000321.183N1616时间和人流的非线性回归分析如图4所示。已有研究表明，人流量密度与时间存在一种非线性相关性，利用这种统计分析得出规律，在特定场合进行人流量密度辅助控制，即根据人流量密度适当打开或关闭照明灯具，也可以划分不同时间划分不同区域控制照明。不影响照明质量的前提下，既充分利用自然光，又避免了用电浪费，实现人性化、精准化的照明节电控制。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.F004图4非线性回归分析1.3.3控制策略的优先级遵循原则（1）手动控制优先级最高。当手动控制时，时间区域控制、环境参量控制不起作用；（2）手动控制取消后，时间区域控制、环境参量控制恢复正常作用，以环境参量控制为主，时间区域控制为辅；（3）系统退出环境参量控制模式之后，控制器随即判断当前所属时间，从而决定各执行器是否打开或关闭。影响照明用电因素主要是室内采光情况及人员情况。部分已有实测数据或仿真模拟研究认为，照明用电与室内采光情况相关，当室内采光情况较好时，人员趋向于利用自然光，此时灯具开启的可能性较低，或需要灯具提供的照度较低。然而一些研究发现室内人员是否存在对照明用电的影响更大。通过实测调研，发现普通办公室中，人员使用灯具的行为与室内采光情况无关，但与变化主要受人员作息规律影响，室内采光情况和人员存在情况对照明用电的影响较小。2照明用电计量照明用电计量系统如图5所示。文中研究的照明节电控制系统已实际应用于校园节能监管平台建设示范工程项目，借助该系统获取节电数据，方便分析节电效果。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.08.014.F005图5用电计量系统用电计量系统采用分类、分项的计量方式，主要由底层计量表具、采集集中器、传输网络以及上位机组成。底层计量表具采用多功能网络电力仪表，具备完善的通信联网功能，将采集的参数通过RS-485通信接口，上传到采集器，进行数据统计、存储和分析，然后通过校园网上传到实时监控中心，完成照明系统用电计量统计。通过比较节电前后用电量数据，得到具体的节电效果。3结语公共建筑照明系统的节电控制研究一直受到较高的关注，设计开发节电控制系统既可以减少公共财政支出，也能节约用电，更有利于节能减排的实现。以公共建筑照明系统为对象，通过全面分析现有照明节电控制技术及其系统的现状和发展状况，并结合公共建筑的照明特点，针对目前照明控制存在的问题，设计开发用于照明的节电控制系统，该系统实现了对照明系统的集中管理和分散控制，针对不同应用场合，采用不同的控制策略，转换控制方式，实现分区域、分时间的照明节电控制。