安科瑞 陳聰

摘要：天津某高校地下車(chē)庫采用傳統照明系統，存在耗能大、壽命短和照度不夠等問(wèn)題。為了有效改善車(chē)庫燈光環(huán)境，節省車(chē)庫的運營(yíng)和管理費用，借助無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，對燈光參數進(jìn)行管理和智能化控制。通過(guò)介紹項目的改造概況，闡述智能照明系統在高校地下車(chē)庫節能改造中的應用原則、模式設計，總結節能改造的方法?；谛@能源監測系統的用能數據，列出智能照明系統改造前后同期的用電量對比并計算回收期，以衡量智能照明系統的經(jīng)濟性。結果顯示，在照明智能化改造后，該校地下車(chē)庫每年可節約電量31.63萬(wàn)kWh，2年多即可收回成本，節能率達91.01%。

關(guān)鍵詞：車(chē)庫燈；無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )；智能照明系統；地下車(chē)庫

0.引言

在城市建筑中，大型地下機動(dòng)車(chē)庫越來(lái)越普遍。由于人員和車(chē)輛的流動(dòng)具有不確定性，多數地下停車(chē)場(chǎng)的燈具不分晝夜、節假日全部開(kāi)啟，會(huì )造成電能浪費。若采用智能照明系統，可以根據需要合理調整照明燈的使用時(shí)間和亮度，實(shí)現能源的精細化管理，提高照明的穩定性，為車(chē)輛和行人提供更加安全、舒適的環(huán)境，同時(shí)節約能源。因此，地下車(chē)庫照明用電的節能潛力較大，是城市建筑節能工作不可忽視的一部分。

在實(shí)施地下車(chē)庫智能照明控制系統建設，特別是既有車(chē)庫進(jìn)行智能化照明改造項目中，需要考慮多種因素，例如需要考慮其智能化程度、節能效果、設備布置的靈活性以及維護的便捷性。

文中通過(guò)優(yōu)化照明設備、應用基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能照明控制技術(shù)，對某高校地下機動(dòng)車(chē)庫開(kāi)展智慧照明建筑節能改造工程。結合高校實(shí)際用能特點(diǎn)，制定因地制宜的照明方案，依托數字化能源監管平臺對車(chē)庫的用電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，為同類(lèi)型地下車(chē)庫的智能照明系統設計和改造提供參考。

1.地下車(chē)庫照明國家標準

《建筑照明設計標準》（GB50034—2013）明確規定，住宅建筑地下車(chē)庫的照度標準為30lx，通用房間和場(chǎng)所的公共車(chē)庫地面照度則要求達到50lx。

2.項目概況

2.1項目概況

以高校地下機動(dòng)車(chē)庫智慧照明節能改造項目為例，該校共有4個(gè)地下機動(dòng)車(chē)庫，建筑面積為22120m2，共有331個(gè)車(chē)位，改造前裝有1241支36W的傳統熒光燈，地下機動(dòng)車(chē)庫燈管數量如表1所示。

表1地下機動(dòng)車(chē)庫燈管數量

地下車(chē)庫的車(chē)道采用雙排布燈，車(chē)位采用單位布燈。層高為3.6m，燈具安裝吊距地2.7m。改造前，部分車(chē)道燈具間隔開(kāi)啟，主干道平均照度為32lx。

2.2耗電量過(guò)大原因分析

學(xué)校照明燈具為傳統的熒光燈，與目前發(fā)展成熟的LED燈相比，熒光燈的光效較低，耗電量較高。

人車(chē)的活動(dòng)具有不確定性，因缺乏智能控制方式，僅靠人工無(wú)法及時(shí)、準確地識別人車(chē)活動(dòng)的具體方位、按需開(kāi)燈。

地下車(chē)庫的監控攝像頭需進(jìn)行補光，因此人流量較少的區域也不能關(guān)燈，而在設計照明電路時(shí)通常不會(huì )考慮單獨控制監控攝像頭的補光燈，因此該條線(xiàn)路的燈具須全部開(kāi)啟。

2.3自然環(huán)境導致維修頻次高

地下車(chē)庫夏季高溫潮濕，熒光燈存在密閉性差且易受潮導致?lián)p壞的缺點(diǎn)，每年需要花費人、財和物成本，保證照明系統的正常運行。

3.基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的智能照明系統

智能照明系統主要由云端服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、LED紅外感應燈等組成，智能照明系統原理如圖1所示。

LED紅外感應燈集成了通信模塊、人體感應器和LED光源。LED燈相較于傳統的照明燈具，展現出綠色環(huán)保、節能、光效高及使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)；可獨立控制每支燈具的電流值，使燈的亮度根據需要在0~100%范圍內變化，燈的耗電量也隨之變化，實(shí)現了二次節能；單支燈實(shí)現了獨立控制，每盞燈具均有獨立的地址，使控制對象由傳統的照明回路精細到每盞燈，靈活性強；通過(guò)分組聯(lián)動(dòng)實(shí)現舒適、自然、流暢的交互體驗；每盞燈都嵌有一個(gè)智能照明控制器GS-Linker，集成了2.4G自組網(wǎng)通信協(xié)議和智能調光功能，可多條橋接形成無(wú)邊界大規模自組網(wǎng)；根據車(chē)道長(cháng)度、燈具數量等情況，根據經(jīng)驗人工將燈具分組。

圖1智能照明系統原理

若某燈具感應附近人車(chē)移動(dòng)，自動(dòng)將信號傳輸給同組燈具，實(shí)現同組燈具聯(lián)動(dòng)亮起并延時(shí)休眠；鄰組的燈具感應區域在邊界有重疊，可實(shí)現鄰近組別的燈具聯(lián)動(dòng)，提前調亮，為人車(chē)提供舒適的體驗；無(wú)須重新布線(xiàn)，項目只要更換燈不需要改造線(xiàn)路，工程上操作簡(jiǎn)單。

網(wǎng)關(guān)是實(shí)現云端服務(wù)器與LED紅外感應燈通信的設備，可以上傳燈具能耗、亮燈時(shí)長(cháng)、當前燈具工作狀態(tài)（感應、休眠、全亮、全滅、恒照度）；也可給燈具下發(fā)命令，例如亮度調整(0~100%)、聯(lián)動(dòng)區域調整、延時(shí)時(shí)間調整等。

云端服務(wù)器可以實(shí)現遠程控制、數據上行、數據統計和使用需求分析等。云端服務(wù)器可以存儲每只燈具的用電情況，也可通過(guò)服務(wù)器遠程控制燈的參數和狀態(tài)實(shí)現遠程開(kāi)關(guān)燈、可配置場(chǎng)景模式一鍵切換等操作。

4.照明系統整體設計思路

4.1燈光參數的設計思路

工程目標是使投資、節能、舒適之間達到平衡。根據現場(chǎng)的情況，結合我國國家照明設計標準，采取樣本點(diǎn)位，通過(guò)改變燈具亮度(0~100%)，調整車(chē)庫地面的照度并用照度計測量地面照度值。調光與照度的測試數據如表2所示。

表2調光與照度的測試數據

4.2燈具分區分組控制方案

為了確保地下車(chē)庫內行人和車(chē)輛的安全和照明舒適性并綜合考慮消防安全、監控需求，根據實(shí)際需要調整燈光亮度和布局，實(shí)現節能減排。

根據現場(chǎng)情況，將主干道鄰近區域的部分燈具分為一組，建議以1~10支為同一組。燈具感應到人車(chē)經(jīng)過(guò)該區域時(shí)，相應組別的燈具自動(dòng)亮起，每盞燈具功率為18W，能夠為該區域提供充足的照明；當人車(chē)離開(kāi)該區域時(shí)，該組燈具延時(shí)自動(dòng)調整為微亮模式，每盞燈具功率為3W。

根據燈具的紅外傳感器捕捉人或者車(chē)的移動(dòng)情況，以保證有人或者車(chē)移動(dòng)時(shí)，燈具保持開(kāi)啟，人車(chē)停止移動(dòng)后燈具延時(shí)熄滅。

為了保證安全，在死角位置設置常亮燈，并根據需要設置燈光功率，一般為9W。

為了滿(mǎn)足消防安全和監控的清晰度要求，在適當位置設置常亮燈，并根據需要設置燈光功率。

車(chē)庫出入口安裝帶光照感應功能的紅外感應燈，在日間光線(xiàn)充足時(shí)，燈具不開(kāi)啟；在光線(xiàn)達不到照度要求時(shí)，燈具感應入口有物體移動(dòng)，打開(kāi)燈光并延時(shí)熄滅。

4.3不同照明應用場(chǎng)景設計

根據不同情況設計場(chǎng)景開(kāi)關(guān)一鍵切換功能。智能照明控制模式：所有區域啟用上述的智能照明控制方案。全負荷照明模式：所有回路燈具滿(mǎn)負荷運行，可作為特殊需要的場(chǎng)景應用。假期模式：假期到校教職工減少，可開(kāi)放部分區域，切換為部分開(kāi)放區域啟用智能照明控制方案，其他非開(kāi)放區域僅開(kāi)啟死角照明和消防監控照明，其余燈光關(guān)閉。

4.4投資成本

項目按照工程審計，燈管價(jià)格為105.54元/套（含安裝費10元），加上網(wǎng)關(guān)、軟件等費用，初裝成本平均為222.71元/套，總花費約276829.22元。項目投資明細如表3所示。

表3項目投資明細

5.實(shí)驗數據和節能效果分析

5.1現場(chǎng)數據實(shí)測

基于能源監測系統統計用能數據，選取典型點(diǎn)位，對地下車(chē)庫改造前后的照明情況和用電量進(jìn)行實(shí)測。改造前后用電量對比如表4所示，改造前后照度對比如表5所示。

改造后，照明用電量大幅度減少，平均節能率超過(guò)70%；照度也得到大幅度改善，由33lx提高到52lx。

表4改造前后用電量對比

表5改造前后照度對比/lx

5.2經(jīng)濟效益分析

5.2.1降低電耗

基于能源監控系統的數據，對4個(gè)地下車(chē)庫進(jìn)行實(shí)例研究。通過(guò)設置不同場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)測試與數據對比分析，驗證智能照明系統的節能效果和可行性。

場(chǎng)景1：改造前車(chē)庫24h熒光燈全開(kāi)；場(chǎng)景2：改造前車(chē)庫24h熒光燈間隔開(kāi)啟；場(chǎng)景3：改造后車(chē)庫采用智能照明控制模式。

場(chǎng)景×日節電量=場(chǎng)景×日用電量-場(chǎng)景1日用電量(1)

節電率=場(chǎng)景×日節電量/場(chǎng)景1日用電量×100%(2)

LED燈全開(kāi)與智能模式耗電對比如表6所示。

表6LED燈全開(kāi)與智能模式耗電對比

由表6可知，與熒光燈照明方案相比，地下車(chē)庫采用紅外感應LED燈照明方案具有更好的節電效果。

據能源監測系統數據統計，相比于改造前場(chǎng)景1的用電量，改造后一年可節約電量31.63萬(wàn)kWh，節約電費16.45萬(wàn)元，節能率為91.01%。

相比于改造前場(chǎng)景2的用電量，改造后一年可節約電量11.21萬(wàn)kWh，節約電費5.83萬(wàn)元，節能率為78.19%。

5.2.2降低運行成本

綜合燈具更換成本、燈具維護管理費用和年用電費用[11-13]，電費按照0.52元/kWh計算；初裝成本中熒光燈按15元/只，安裝費均為10元/套計算，熒光燈40元/套，LED紅外感應燈按105元/套計算。燈具使用壽命中，熒光燈管平均使用壽命為15000h，LED紅外感應燈管平均使用壽命為40000h；項目運行經(jīng)濟性測算的計算使用周期為2年和5年。

項目運行經(jīng)濟性測算結果如表7所示。

表7項目運行經(jīng)濟性測算結果

由表7可知，LED紅外感應燈的初裝成本較大，但節電率較高，燈具后期更換成本較低。對于該項目，2年多即可收回成本，5年累計可節約成本56.42萬(wàn)元。采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)（Mesh自組網(wǎng)）的車(chē)庫LED紅外感應智能照明控制系統，在滿(mǎn)足車(chē)庫照度使用要求的基礎上，能夠顯著(zhù)降低運行成本。

5.3社會(huì )效益

改造項目響應我國住建部《“十四五”建筑節能與綠色建筑發(fā)展規劃》中關(guān)于對建筑節能綠色改造、加快LED照明普及的要求，響應天津市住建委《天津市城鄉建設領(lǐng)域碳達峰實(shí)施方案》中推動(dòng)公共區域照明及智能照明控制改造的要求，為加快推廣應用節能環(huán)保的LED產(chǎn)品、促進(jìn)節能減排作出貢獻并起到示范效應。

5.4安全

傳統熒光燈含有鉛汞等有毒元素，在2008年已列入我國《國家危險廢物名錄》中，屬于毒性危險廢物，LED燈具綠色環(huán)保，對環(huán)境危害較小。

6.安科瑞智能照明控制系統

6.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

6.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

6.3系統結構

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

7.智能照明系統硬件選型

8.結語(yǔ)

以天津某高校地下車(chē)庫智能照明改造項目為例，詳細闡述改造方案的選定和工程實(shí)踐的經(jīng)驗；基于實(shí)際的建筑樣本和詳細電耗數據，對不同使用場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)測。結果顯示，改造后在光照亮度、舒適度和節能效果等方面均取得良好的效果，具有一定的優(yōu)勢和實(shí)用價(jià)值，為車(chē)庫的運行和管理提供更加智能化、安全化和舒適化的支持，節能效果明顯。

基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的LED紅外感應智能照明系統在高校地下車(chē)庫的成功應用，驗證了智慧照明系統是未來(lái)的發(fā)展趨勢，能夠為同類(lèi)型地下車(chē)庫的智能照明改造項目及節能管理提供參考。

參考文獻

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