浅谈智能照明控制系统在上海某车库中的应用

关键词：照明节能；智能照明控制；调光电子镇流器；照度控制
 
0.前言
 
随着中国经济的快速发展，能源紧张这一问题日益突出，能源安全逐渐上升到一个国家的战略高度。
国家在“十一五”规划中特别制定了一个重要目标就是———单位 GDP 能源消耗比“十五”期末减少 20%。 更好的节能减排的措施是节电。由于照明用电占据整个发电量的 25%～30%，城市公共照明在我国照明耗电中占 30%的比例，约 439 亿 kW·h，以平均电价 0.7 元 /kW·h 计算，1 年开支 307 亿元。随着城乡建设的发展，照明用电量正已每年 15 %的速度递增，照明节能任务十分艰巨。就以上海香梅花园5期的地下车库为例，该车库拥有 200 多个停车位，设计安装双管日光灯 300 多套、单管日光灯 230 多套，共计 830 多支的日光灯。如果全部采用传统的 36 W T8 荧光灯和电感式镇流器，按每套日光灯消耗的功率为 48 W 计算，可以估算出每年仅车库照明一项需要交纳的电费为：48(W)×24(h)×365(d)×830(套)×0.876 (元 / 度)/1000= 305723(元) 
上海香梅花园 5 期(见图 1)一个地下车库每年需支付电费超过 30 万元，如果加上前几期的地下车库，那每年仅地下车库照明所需支付的电费就将超过100 万元，照明电费已经成为小区物业管理中一个非常沉重的负担。因此，照明节能不仅具有良好的社会意义，还具有很高的经济价值。     
 
1 智能照明控制系统的设计 
根据香梅花园 5 期车库的特点，我们与设计院共同设计出一个智能照明控制系统应用于车库的照明管理。我们的设计思想是： 
(1)全部采用标准的 28 W T5 三基色日光灯替代传统的 36 W T8 日光灯。 
(2)所有日光灯均配备可调光电子镇流器。根据灯具类型，配置“一拖一”或“一拖二”可调光电子镇流器。 
(3)主干道采用被动红外移动探测器对过往车辆进行探测，当有车辆经过时，智能照明控制系统自动把主干道上的日光灯功率调节到满功率的 70%(即每支日光灯消耗功率为 19.6 W)。由于主干道全部采用双管日光灯，因此，在这种情况下，地面照度将超过100 lx，确保能够为用户提供一个明亮的通行环境。 
(4)当主干道处于空闲状态时，智能照明控制系统自动将日光灯调节到满功率的 50%(即每支日光灯功率为 14 W)，确保地面照度能够满足国家规定的标准(地面照度不低于 75 lx)。 
(5)在停车位安装照度传感器，智能照明控制系统自动将此区域的照度调节到 75 lx，满足国家标准要求。根据测量，这时日光灯(单管)平均消耗功率为 18 W，加上可调光电子镇流器消耗功率，每套灯具功率为 22.5W。 
(6)智能照明控制系统中的照度控制模块通过 RS485通讯接口，与车库管理中心的电脑连接，管理人员可以通过电脑掌握当前的照明状态。一旦发生特殊情况，管理人员还可以通过电脑直接控制每个区域的日光灯照明亮度。 
 
2 节能效率测算 
按照上述设计，假设主干道每天有车辆来往的时间为 8 h，可以测算出采用智能照明控制系统后的节能效率。
(1)主干道每天有车辆来往时，照明设备需消耗电能为：每支日光灯功耗为 19.6 W，每个“一拖二”可调电子光镇流器功耗为 8 W，一套双管日光灯每小时功耗为：19.6 W×2+ 8 W= 47.2 W 
300 套双管日光灯，1 d 消耗的电能为： 47.2 W ×8(h) ×300(套) / 1000=113.28 (kW·h/d) 
(2)主干道每天空闲时，照明设备需消耗电能为： 每支日光灯功耗为 14 W，每个“一拖二”可调光电子镇流器功耗为 8W，一套双管日光灯每小时功耗为：14 W×2+8 W= 36 W 。300 套双管日光灯，1 d 消耗的电能为： 36 W×16(h)×300(套)/1000=172.8(kW·h/d) 
(3)停车区域照明设备每天需消耗电能为： 每支日光灯功耗为 18 W，每个“一拖一”可调光电子镇流器功耗为 4.5W，一套单管日光灯每小时功耗为：18 W+4.5 W= 22.5 W 
230 套单管日光灯，一天消耗的电能为： 22.5 W×24(h)×230(套)= 124.2 (kW·h/d) 
(4)采用智能照明控制系统后，整个车库每天耗电：113.28+172.8+124.2=410.28 (kW·h/d) 
(5)采用传统 36 W T8 日光灯和电感镇流器时，整个车库每天耗电： 48W×24(h)×830(套)/1000=956.16 (kW·h/d) 
(6)节能效率：(956.16-410.28) / 956.16×100%= 57.1% 
(7)每年可节约电费：305 723 ×57.1%= 174 567 (元 / 年) 
从上述分析可以看出，通过技术革新，采用新的智能照明控制系统后，上海香梅花园 5 期地下车库 每年支付的电费将从 30.5 万元下降到 13 万元，节约电费 17.5 万元。这不仅可以为企业节省大量电费支出，还由此带来的一系列社会效益。
 
3 智能照明控制系统特点 
(1)控制方式比较：传统控制采用人工控制方式， 必须一路一路地开或关。对于很多地下车库而言，不 管有人无人，都处于打开状态。有些企业节能措施做得好的，也就是到晚上 6：00 或 7：00 以后，人工关闭 部分照明灯具，其余部分即使没人，照样一直打开。严重浪费电能，而且这个问题是无法解决的。 智能照明控制系统，能够通过传感器探测，感知是否有人使用。当有人使用时，通过低压小信号控制，将相应区域调亮。无人使用时又调节到国家规定的低照度，大幅度提高电能使用效率。 
(2)照明方式比较：传统控制方式单一，只有开和关。传统的电感式镇流器由于工作频率低，产生频闪，据调查日光灯频闪也是造成我国青少年近视的一个重要原因。智能照明控制系统采用调光方式，避免开关操作硬启动对灯具寿命的影响。同时，电子镇流器工作频率高，解决频闪问题，照明舒适度大大高于传统的电感式镇流器。灯具寿命也将延长 2～4 倍，降低物业管理中的维护费用。 
(3)管理方式比较：传统控制对照明的管理是人为化的管理，无法实现科学化管理。智能照明控制系统可实现能源管理自动化，通过分布式网络，只需 1 台计算机就可实现对整幢大楼的管理。操作人员只需轻敲键盘，就可以对每个区域的照明进行控制，同时还可以通过电脑及时掌握整个系统的照明状态。并能轻而易举地实现定时控制、场景控制等多种智能方式，把照明节能效率发挥到更佳状态。 
(4)节能方式比较：未采用智能照明控制系统的车库，大部分采取拆卸日光灯的作法来实现照明节能。 采用这种的问题是，车库地面照度远远低于国家规定的标准，有的车库地面照度甚至低于 30 lx。照度不足容易导致驾驶员误判，引发事故发生，并容易激起物业管理人员与业主之间的矛盾。采用智能照明控制系统后，车库保持合适的照度。当车辆来往时，主干道会非常明亮，避免事故的发生，节能效率还高于拆卸灯具的方式。 
(5)设备性价比：很多人不愿意采用智能照明控制系统的重要原因是担心系统的价格过高。实际上这种担心是多余的，根据测算，当上海香梅花园 5 期车库建设完成后，每年可以节约电费为 17.4 万元，而采用智能照明控制系统所增加的费用不到 34 万元，也就意味着系统运行 2 年后，仅仅通过电费的节约，就可以收回全部建设投资。 
 
4.安科瑞智能照明控制系统
4.1系统简介
Acrel-BUS智能照明控制系统，是基于KNX总线技术设计的控制系统。KNX总线技术起源于欧洲，是在EIB，Batibus和EHS这三种住宅和楼宇的总线控制技术上发展起来的，其中EIB（European Installation Bus,欧洲安装总线）是该总线技术的主体。
Acrel-BUS智能照明控制系统采用标准的2*2*0.8EIB BUS总线（即KNX总线）作为总线线缆，将所有的智能照明控制模块连接到一起并组成一套完整的控制系统，既可实现照明灯具的远程集中控制，又可实现就近控制功能。该系统理论可连接控制模块数量达580000多个。
安科瑞智能照明产品种类齐全，方案完善。用户可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能控制，特别适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明系统。
4.2系统工作原理示意图 4.3产品选型
4.3.1开关驱动器
用于对设备进行开关控制的驱动器，具有延时、预设、逻辑控制、场景、阈值开关等功能，电气参数如下：  
4.3.2调光驱动器
2路0-10V调光器，可对每路进行回路开关控制并输出 0-10V 调光信号对具有 0-10V 调光接口的灯具进行调光,具有开关、场景、状态反馈等功能，电气参数如下： 4.3.3传感器
传感器是一种能感受外界信号、物理条件（如光、移动）的设备装置，并将感应的信息传递给其它设备装置（如调光器、开关驱动器），电气参数如下：  
4.3.4总线电源
KNX/EIB 系统标准供电电源，为总线提供电压640mA 输出电流，至多可以为 64 个设备供电，带总线复位、 过流指示和短路保护。标准导轨安装，电气参数如下： 4.3.5智能面板
用于接受按键触动信号，可通过区分短按与长按并结合不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下：  
4.3.6干接点输入模块
用于接受外部干接点信号输入，可通过不同参数配置实现开关、调光、场景、窗帘控制、调温、报警等功能，电气参数如下： 4.4系统功能
（1）光照度（需要配照度传感器）监测，对利用自然光照明区域，根据自然光照度变化，进行照明控制和调节，满足照明和节能要求；
（2）公共区域、走廊、通道、门厅、电梯厅等的照明，应设置红外或微波类人体感应器，并结合智能控制面板，实现各种场景照明控制，尽可能较少灯具点亮时间；
（3）楼梯间照明采用人体感应探测控制；
（4）设备房、设备房走道采用分组就地控制；
（5）室外路灯、景观等照明采用光照度控制结合时控的集中控制方式；
（6）监控系统界面友好，画面美观,实时显示各区照明工作状态；
（7）应具有完善的用户权限管理功能，避免越权操作；
 
4.5系统应用领域 4.6系统的控制优势
（1）系统可通过、触摸屏、电脑对现场的灯光、空调及窗帘等进行远程集中控制，使得控制更加方便智能，用户体验更好；
（2）系统中控制模块均工作在直流30V安全电压下，用户操作更加安全、舒适；
（3）系统在实施过程中，充分结合自然光及人员的活动规律来自动控制灯光，减少能源消耗，达到很好的节能效果；
（4）系统采用分布分布式KNX总线结构，搭建简单灵活，系统内各模块互不影响，可独立工作，可靠性更高；
（5）多种控制方式可供选择，如本地控制，自动感应控制，定时控制，场景控制和集中控制等，控制方式更灵活；
（6）系统的自动控制、远程集中控制等功能，在实现自动化的同时，大量减少了值班人员，提高了管理水平和工作效果；
（7）升级系统内控制模块或更改系统功能时，无需增加连接线，不需关闭整个系统，只需更改设备参数即可实现，维护方便，操作简单；
（8）系统可与消防系统联动，在出现消防报警时，强制打开应急回路，方便人员疏散，从而降低了人员伤亡的风险，提高了建筑的安全性。
4.7安科瑞组网方案
智能照明控制系统组网方式灵活，扩展方便，当系统模块数量较少、距离较近、范围较小时，各设备以树形枝状延伸，构成支路系统智能照明控制系统；当系统模块数量较多、距离较远、范围较大时，用支线耦合器组成多条支路，构成区域智能照明控制系统；当系统模块数量很多、距离很远、范围很大时，用支线耦合器、区域耦合器等构成楼群智能照明控制系统。  
5.结语
“科学技术是第 一生产力”。在国家不断倡导节能降耗的今天，这句话就显得尤为重要。只有勇于进取，敢于采用新技术、新成果，才能获得更佳的节能效率。实践将会证明，在采用了先进的科学技术后，不仅可以实现大比例节电，还能为企业节约了大量的资金，一举多得。 
 
参考文献
［1］王炜.ABB i-bus EIB 智能照明控制系统在智能建筑中的应用[J].电工技术杂志,2003(9):42-44. 
［2］史洪伟.智能照明控制系统在上海某车库中的应用
［3］安科瑞企业微电网设计与应用手册2019.11版
［4］安科瑞智能照明控制系统产品选型手册.2018.8版
 
 
作者简介：王蒙蒙，本科 安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能照明控制系统的研发与应用。