KNX智能照明系统在智能建筑中的运用

吴凯民

摘要：本文简单介绍了KNX智能照明系统的发展及系统结构，并通过一个实际工程案例，着重说明KNX智能照明系统在智能建筑中的运用，阐述KNX智能照明系统的优越性。

关键词：KNX/EIB 智能照明 智能建筑

一、前言

随着社会的发展和科技的进步，人们对照明智能化控制的要求越来越高，希望在满足办公和生活需求的前提下，既能够降低能源消耗，又可以降低运行管理费用和维护成本。这对建筑电气安装的灵活性与功能多样性提出了越来越高的要求，对建筑照明智能控制的需求越来越强烈。促使了现代的照明系统必须向着节能、环保、高效的目标发展，也必须朝着舒适、灵活、智能的方向不断改进。智能照明系统就是能够满足人们这种多方面需求的控制系统，它能够实现诸如开关、調光、定时、场景控制等功能，达到安全、节能、灵活和人性化的目的。伴随着计算机技术和通讯技术的飞速发展，基于现场控制总线的智能照明系统在照明工程中运用日趋广泛。

早在20世纪80年代，欧洲各知名电气设备公司就已不约而同地将总线技术应用于电气安装与楼宇技术，由于各厂家所采用的通信协议不同，系统相互不能兼容，设备不能相互替代，给市场的相互渗透、产品的相互替代带来了重重阻碍。如何解决不同厂家产品的兼容性和系统的互通性？在此背景下，KNX/EIB智能安装系统应运而生。经过十几年的发展，KNX不仅成为欧洲标准，而且已经成功地被引进到世界各地。2001年，KNX 技术开始被引进到中国，在短短几年的时间里，就以其卓越的性能和质量取得了巨大的成功，并于2007年成为中国国家标准GB/Z 20965-2007。

KNX智能照明系统在智能照明市场上越来越受到关注，广泛应用于办公、酒店、商业、体育馆等公共建筑上。以下对KNX智能照明系统作一简单介绍，并通过一个实际案例，总结分析KNX智能照明系统的优势。

二、KNX系统介绍

KNX系统是一个分布式总线结构，所有元件通过总线连接，各元件具有独立的CPU，相互之间是对等关系，既可独立工作，又可通过中央控制计算机集中监视和控制。由计算机编程的各元件都可以独立完成诸如开关、调光、场景切换等动作，并且可以根据要求进行不同的组合，从而可在不增加设备的情况下灵活改变功能。

KNX系统的基本结构是支线，一条支线最多连接64个元件，支线与支线通过线路耦合器连接，最多15条支线组成一个区域，区域和区域通过干线耦合器连接，最多可连接15个区域，从而组成最大的系统，KNX系统最多支持15X15X64=14400个元件。

KNX系统的拓扑结构相对自由，可以支持总线型，星型，树型。

三、KNX智能照明系统应用实例——深圳创智云城一期项目

深圳创智云城项目一期用地面积约为3.2万㎡，总建筑面积约为41.5万㎡，由七座建筑组成，其中A、B、E、F座为11层，高约54米，C、D座为40层，高约170米，G座为35层，高约130米。

本项目智能照明系统包括建筑室内的公共照明以及室外景观照明、泛光照明，采用施耐德莫顿KNX系统进行智能化控制，并纳入BA系统进行统一管理。根据KNX系统的特点，以及建筑各部位的使用要求，设计各公共区域如入口大堂、展厅、电梯厅、公共走廊、卫生间、地下室、室外景观照明及泛光照明等部位照明均采用KNX系统进行智能化控制。

首层大堂、展厅：大堂和展厅区域灯光回路较多，控制复杂，如果使用传统照明控制方法，所需开关面板较多，施工难度大，需要大量的大截面电缆，而且难以做到一键控制。本项目使用8键智能面板，多点控制，每处均可完成全部操作。通过电脑编程，在智能面板中根据要求设置好相应的照明场景，只需轻按按键，即可使照明切换至所预设的场景。方便、灵活、简单的控制使本区域的照明最大限度地满足各种使用要求，达到最佳的照明效果，同时操作简单。

电梯厅、公共走廊：标准层各楼层设置开关控制模块和干接点模块，现场设置智能面板。智能面板带防误操作功能，可通过软件禁止面板控制，避免无关人员随便开关照明回路，提高系统的安全性。干接点模块可与消防报警系统联动，当发生报警时，消防报警主机发出干接点报警信号。干接点模块收到信号后，强制打开各楼层应急照明并关闭普通照明。

地下停车库：车库照明采用分区控制的方式，每个区域又分为车位照明和车道照明，采用回路交叉布灯方式，实现车位 1/2、车道 1/2的照明效果。通勤高峰时，车道照明和车位照明全部打开，以便车辆进出。在非高峰时段，车辆出入频率降低，这时可以适当减少部分照明，从而节省能源消耗。平时只开一组车道照明，保证基本照明需求，在车道的主要交叉路口和转弯路口安装吸顶式移动探测器，当移动探测器感应到有人或车辆移动时，再开启另外一组车道照明，增加亮度，并延时关闭，达到车（人）来灯亮，车（人）走灯灭的效果。通过这种控制方式，既保证了充分的照明，又减少了能耗，延长灯具使用寿命。当有特殊情况，需要人为干预时，值班人员可在中控室电脑远程操作，手动控制照明。

室外景观照明、泛光照明：传统的室外景观照明、泛光照明需要值班人员通过手动按钮控制或在配电箱中安装定时器的方式来实现照明定时开闭的效果，从控制的准确性、操作的方便性和灵活性等方面考虑，已远远不能适应当前智能建筑的标准和要求。而KNX智能照明系统可完全满足此要求。

本项目景观照明、泛光照明的控制采用照度传感器和定时器相结合的方式。当傍晚来临，照度传感器感应到自然光逐渐暗至设定的照度时，照度传感器能自动打开景观照明、泛光照明，至午夜时，定时器自动关闭部分景观照明、泛光照明，只保留一部分灯光以保持适当的照度，至晨曦时，当自然光渐亮至设定的照度后，照度传感器自动将剩余的照明全部关闭，从而达到既保证照明需求，同时又最大限度降低能耗的效果。景观照明、泛光照明的所有控制模块和传感器通过KNX总线接入就近的KNX网络，在中央控制计算机上建立图形化界面，可通过控制中心远程集中监视和控制。全部过程由计算机自动控制，省去了大量的人力操作，增加了控制的准确性。在KNX配电箱内的控制模块上，还带有手动控制开关，可进行现场手动控制，便于紧急情况的处理及维护。通过这种控制方式，有效的减少电能的浪费，降低运行成本。

中央控制室：系统通过KNX/IP网关将KNX信号转换成TCP/IP信号与计算机进行通信。计算机安装编程软件和监控软件。编程软件用于给各元件编程，设置运用程序和控制功能，各元件编程完成后也可脱离计算机独立运行。监控软件设置图形化控制界面，直观实时地反映出系统内全部受控回路的开关状态，并对其进行开关或调光等各种操作。系统还提供Bacnet TCP/IP接口，供BA系统和IBMS系统集成，在中央控制计算机上还可实时显示各照明回路电流、电能消耗、灯具累计运行时间、打印报表等，以供物业管理部门使用。

四、智能照明系统应用效果

1. 安装便捷，节省线缆

传统的照明布线，管线从配电箱引至开关，再由开关敷设至所控制的回路，当需要实现双控时，线路更加复杂。采用了KNX智能照明系统后，KNX系统的各元件只需通过KNX总线连接，互相没有线路和控制关系上的对应关系。开关面板仅需一根KNX总线连接，当需要实现双控时，只需在总线上再并联1个开关即可，线路安装简单省事。既节约了安装时问，缩短了工期，又节省了大量大截面铜缆，降低工程投资。

2. 节约能源，降低运行管理费用

如何在满足人们办公和生活环境需要的前提下，最大限度地节约能源、节省人力并延长设备使用寿命，从而降低建筑的运行管理费用，是建筑管理者越來越关心的问题之一。智能照明系统使用了各种传感器、定时器以及调光技术，整个系统可按照最经济有效的模式运行。在大多数情况下，大部分区域不需要把所有的灯全部打开或开到最亮，KNX智能照明系统能智能地关闭或调暗部分照明，保证只有在必须的时候才把灯打开，不但能最大限度地节约能源，还能减少灯具使用时间，延长灯具使用寿命，大大降低运行管理费用。

3. 实现多种照明场景及联动控制

同一建筑在不同的照明场景下可呈现不同的效果，满足人们不同的视觉要求。例如，室外景观照明、泛光照明可预设为春夏秋冬四季变化、节假日模式、大型庆典模式等;会议室可预设为会议模式、投影模式、休息模式等，也可以使照明系统和投影、幕布、电动窗帘、空调等进行联动，以营造出不同的氛围和效果。

4. 提高管理水平，减少维护费用

KNX智能照明系统将普通照明手动的控制转换成计算机的智能化管理，系统设置完成后即可按照预设的功能智能化运行。当需要人工干预时，仅需通过一个按键或者简单的软件操作就可以控制所有的灯关，既缩减了管理人员的数量，也降低了人为因素而引发故障的风险。

五、结束语

KNX智能照明系统具有多方面的优越性，不仅安装方便，减少工程投入，在改善光照环境，提高工作效率地同时，还能节约能源，降低运行管理费用，而且可方便的实现多种照明场景及联动控制，提高建筑管理水平，减少维护费用和管理成本。据统计，使用KNX智能照明系统后，办公楼节能效果能达到20%～50%，商场、酒店等商业建筑能达到 25%～30%，同时灯具使用寿命可延长2～3 倍。虽然增加了初期投资，但减少了大量的大截面电缆和穿管布线的工程量，降低了能耗和管理成本。据统计，用户一般在2～3年内即可从节约的能耗上收回项目智能照明系统初期的总投资费用，效果令人满意。因此，配置先进的照明控制系统，不仅可以大大简化穿管布线的施工工程量，缩短工期，而且可以有效地节约能源，降低用户运行成本，提高建筑管理水平，具有明显的经济和社会意义。

基于KNX的开放性以及移动互联网技术的成熟，现在很多厂家也在探讨将移动互联网技术和KNX技术进行对接，以实现APP控制、微信小程序控制等更多的控制方式。在智能家居领域，KNX智能照明系统还可实现与家用电器、视频监控、防盗报警、智能门锁等的整合，具有广阔的发展前景。

参考文献：

【1】 施耐德电气（中国）有限公司.KNX/EIB系统设计手册[G].2014

【2】 章云，许锦标.建筑智能化系统[M].北京：清华大学出版社，2009

【3】 曾珞亚， 万频， 许锦标. EIB智能照明控制系统在校园中的应用[J].现代建筑电气， 2010， 1（3）：27-30+34.