安科瑞 劉秋霞

摘要：天津某高校地下車庫采用傳統(tǒng)照明系統(tǒng)，存在耗能大、壽命短和照度不夠等問題。為了有效改善車庫燈光環(huán)境，節(jié)省車庫的運營和管理費用，借助無線傳感網(wǎng)絡技術，對燈光參數(shù)進行管理和智能化控制。通過介紹項目的改造概況，闡述智能照明系統(tǒng)在高校地下車庫節(jié)能改造中的應用原則、模式設計，總結節(jié)能改造的方法。基于校園能源監(jiān)測系統(tǒng)的用能數(shù)據(jù)，列出智能照明系統(tǒng)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(tǒng)的經(jīng)濟性。結果顯示，在照明智能化改造后，該校地下車庫每年可節(jié)約電量31.63萬kWh，2年多即可收回成本，節(jié)能率達91.01%。

關鍵詞：車庫燈；無線傳感網(wǎng)絡；智能照明系統(tǒng)；地下車庫

0.引言

在城市建筑中，大型地下機動車庫越來越普遍。由于人員和車輛的流動具有不確定性，多數(shù)地下停車場的燈具不分晝夜、節(jié)假日全部開啟，會造成電能浪費。若采用智能照明系統(tǒng)，可以根據(jù)需要合理調整照明燈的使用時間和亮度，實現(xiàn)能源的精細化管理，提高照明的穩(wěn)定性，為車輛和行人提供更加安全、舒適的環(huán)境，同時節(jié)約能源。因此，地下車庫照明用電的節(jié)能潛力較大，是城市建筑節(jié)能工作不可忽視的一部分。

在實施地下車庫智能照明控制系統(tǒng)建設，特別是既有車庫進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(jié)能效果、設備布置的靈活性以及維護的便捷性。

文中通過優(yōu)化照明設備、應用基于無線傳感網(wǎng)絡技術的智能照明控制技術，對某高校地下機動車庫開展智慧照明建筑節(jié)能改造工程。結合高校實際用能特點，制定因地制宜的照明方案，依托數(shù)字化能源監(jiān)管平臺對車庫的用電量進行實時監(jiān)測，為同類型地下車庫的智能照明系統(tǒng)設計和改造提供參考。

1.地下車庫照明國家標準

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

2.項目概況

2.1項目概況

以高校地下機動車庫智慧照明節(jié)能改造項目為例，該校共有4個地下機動車庫，建筑面積為22120m2，共有331個車位，改造前裝有1241支36W的傳統(tǒng)熒光燈，地下機動車庫燈管數(shù)量如表1所示。

表1地下機動車庫燈管數(shù)量

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

2.2耗電量過大原因分析

學校照明燈具為傳統(tǒng)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。

人車的活動具有不確定性，因缺乏智能控制方式，僅靠人工無法及時、準確地識別人車活動的具體方位、按需開燈。

地下車庫的監(jiān)控攝像頭需進行補光，因此人流量較少的區(qū)域也不能關燈，而在設計照明電路時通常不會考慮單獨控制監(jiān)控攝像頭的補光燈，因此該條線路的燈具須全部開啟。

2.3自然環(huán)境導致維修頻次高

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

3.基于無線傳感網(wǎng)絡技術的智能照明系統(tǒng)

智能照明系統(tǒng)主要由云端服務器、網(wǎng)關、LED紅外感應燈等組成，智能照明系統(tǒng)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(tǒng)的照明燈具，展現(xiàn)出綠色環(huán)保、節(jié)能、光效高及使用壽命長等特點；可獨立控制每支燈具的電流值，使燈的亮度根據(jù)需要在0~100%范圍內變化，燈的耗電量也隨之變化，實現(xiàn)了二次節(jié)能；單支燈實現(xiàn)了獨立控制，每盞燈具均有獨立的地址，使控制對象由傳統(tǒng)的照明回路精細到每盞燈，靈活性強；通過分組聯(lián)動實現(xiàn)舒適、自然、流暢的交互體驗；每盞燈都嵌有一個智能照明控制器GS-Linker，集成了2.4G自組網(wǎng)通信協(xié)議和智能調光功能，可多條橋接形成無邊界大規(guī)模自組網(wǎng)；根據(jù)車道長度、燈具數(shù)量等情況，根據(jù)經(jīng)驗人工將燈具分組。

圖1智能照明系統(tǒng)原理

若某燈具感應附近人車移動，自動將信號傳輸給同組燈具，實現(xiàn)同組燈具聯(lián)動亮起并延時休眠；鄰組的燈具感應區(qū)域在邊界有重疊，可實現(xiàn)鄰近組別的燈具聯(lián)動，提前調亮，為人車提供舒適的體驗；無須重新布線，項目只要更換燈不需要改造線路，工程上操作簡單。

網(wǎng)關是實現(xiàn)云端服務器與LED紅外感應燈通信的設備，可以上傳燈具能耗、亮燈時長、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)動區(qū)域調整、延時時間調整等。

云端服務器可以實現(xiàn)遠程控制、數(shù)據(jù)上行、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和使用需求分析等。云端服務器可以存儲每只燈具的用電情況，也可通過服務器遠程控制燈的參數(shù)和狀態(tài)實現(xiàn)遠程開關燈、可配置場景模式一鍵切換等操作。

4.照明系統(tǒng)整體設計思路

4.1燈光參數(shù)的設計思路

工程目標是使投資、節(jié)能、舒適之間達到平衡。根據(jù)現(xiàn)場的情況，結合我國國家照明設計標準，采取樣本點位，通過改變燈具亮度(0~100%)，調整車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(shù)據(jù)如表2所示。

表2調光與照度的測試數(shù)據(jù)

4.2燈具分區(qū)分組控制方案

為了確保地下車庫內行人和車輛的安全和照明舒適性并綜合考慮消防安全、監(jiān)控需求，根據(jù)實際需要調整燈光亮度和布局，實現(xiàn)節(jié)能減排。

根據(jù)現(xiàn)場情況，將主干道鄰近區(qū)域的部分燈具分為一組，建議以1~10支為同一組。燈具感應到人車經(jīng)過該區(qū)域時，相應組別的燈具自動亮起，每盞燈具功率為18W，能夠為該區(qū)域提供充足的照明；當人車離開該區(qū)域時，該組燈具延時自動調整為微亮模式，每盞燈具功率為3W。

根據(jù)燈具的紅外傳感器捕捉人或者車的移動情況，以保證有人或者車移動時，燈具保持開啟，人車停止移動后燈具延時熄滅。

為了保證安全，在死角位置設置常亮燈，并根據(jù)需要設置燈光功率，一般為9W。

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

車庫出入口安裝帶光照感應功能的紅外感應燈，在日間光線充足時，燈具不開啟；在光線達不到照度要求時，燈具感應入口有物體移動，打開燈光并延時熄滅。

4.3不同照明應用場景設計

根據(jù)不同情況設計場景開關一鍵切換功能。智能照明控制模式：所有區(qū)域啟用上述的智能照明控制方案。全負荷照明模式：所有回路燈具滿負荷運行，可作為特殊需要的場景應用。假期模式：假期到校教職工減少，可開放部分區(qū)域，切換為部分開放區(qū)域啟用智能照明控制方案，其他非開放區(qū)域僅開啟死角照明和消防監(jiān)控照明，其余燈光關閉。

4.4投資成本

項目按照工程審計，燈管價格為105.54元/套（含安裝費10元），加上網(wǎng)關、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.實驗數(shù)據(jù)和節(jié)能效果分析

5.1現(xiàn)場數(shù)據(jù)實測

基于能源監(jiān)測系統(tǒng)統(tǒng)計用能數(shù)據(jù)，選取典型點位，對地下車庫改造前后的照明情況和用電量進行實測。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(jié)能率超過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(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，對4個地下車庫進行實例研究。通過設置不同場景，經(jīng)過測試與數(shù)據(jù)對比分析，驗證智能照明系統(tǒng)的節(jié)能效果和可行性。

場景1：改造前車庫24h熒光燈全開；場景2：改造前車庫24h熒光燈間隔開啟；場景3：改造后車庫采用智能照明控制模式。

場景×日節(jié)電量=場景×日用電量-場景1日用電量(1)

節(jié)電率=場景×日節(jié)電量/場景1日用電量×100%(2)

LED燈全開與智能模式耗電對比如表6所示。

表6LED燈全開與智能模式耗電對比

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

據(jù)能源監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，相比于改造前場景1的用電量，改造后一年可節(jié)約電量31.63萬kWh，節(jié)約電費16.45萬元，節(jié)能率為91.01%。

相比于改造前場景2的用電量，改造后一年可節(jié)約電量11.21萬kWh，節(jié)約電費5.83萬元，節(jié)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(jié)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(jié)約成本56.42萬元。采用無線傳感網(wǎng)絡技術（Mesh自組網(wǎng)）的車庫LED紅外感應智能照明控制系統(tǒng)，在滿足車庫照度使用要求的基礎上，能夠顯著降低運行成本。

5.3社會效益

改造項目響應我國住建部《“十四五"建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展規(guī)劃》中關于對建筑節(jié)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(xiāng)建設領域碳達峰實施方案》中推動公共區(qū)域照明及智能照明控制改造的要求，為加快推廣應用節(jié)能環(huán)保的LED產(chǎn)品、促進節(jié)能減排作出貢獻并起到示范效應。

5.4安全

傳統(tǒng)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(tǒng)

6.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅動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，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

6.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

6.3系統(tǒng)結構

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

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

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關，實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

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

11）系統(tǒng)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)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(tǒng)硬件選型

8.結語

以天津某高校地下車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踐的經(jīng)驗；基于實際的建筑樣本和詳細電耗數(shù)據(jù)，對不同使用場景進行實測。結果顯示，改造后在光照亮度、舒適度和節(jié)能效果等方面均取得良好的效果，具有一定的優(yōu)勢和實用價值，為車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(jié)能效果明顯。

基于無線傳感網(wǎng)絡技術的LED紅外感應智能照明系統(tǒng)在高校地下車庫的成功應用，驗證了智慧照明系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢，能夠為同類型地下車庫的智能照明改造項目及節(jié)能管理提供參考。

參考文獻

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