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    1. 安科瑞電氣股份有限公司

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      淺談智能照明控制系統在上海某車庫中的應用

      發布時間:2020-08-12   

      摘要:以上海香梅花園 5 期車庫為例, 介紹了智能照明控制系統在地下車庫應用設計 , 由此既能保證車庫照明符合國家制定的照度標準, 又能夠獲得更佳的節能效率。雖然目前該系統尚處于設計階段, 但根據測算, 該系統整體性價比和節能效率較高, 一旦投入運營, 每年將可節約電費超過 17 萬元, 項目投資可在 2 年內回收。如果這項技術獲得推廣應用, 將可為國家和企業帶來可觀的經濟效益和良好的社會效益。
       
      關鍵詞:照明節能;智能照明控制;調光電子鎮流器;照度控制
       
       
      0.前言
       
        隨著中國經濟的快速發展,能源緊張這一問題日益突出,能源安全逐漸上升到一個國家的戰略高度。
        國家在“十一五”規劃中特別制定了一個重要目標就是———單位 GDP 能源消耗比“十五”期末減少 20%。 更好的節能減排的措施是節電。由于照明用電占據整個發電量的 25%~30%,城市公共照明在我國照明耗電中占 30%的比例,約 439 億 kW·h,以平 均電價 0.7 元 /kW·h 計算,1 年開支 307 億元。隨著城鄉建設的發展,照明用電量正已每年 15 %的速度遞增,照明節能任務十分艱巨。就以上海香梅花園5期的地下車庫為例,該車庫擁有 200 多個停車位,設計安裝雙管日光燈 300 多套、單管日光燈 230 多套,共計 830 多支的日光燈。如果全部采用傳統的 36 W T8 熒光燈和電感式鎮流器,按每套日光燈消耗的功率為 48 W 計算,可以估算出每年僅車庫照明一項需要交納的電費為:48(W)×24(h)×365(d)×830(套)×0.876 (元 / 度)/1000= 305723(元) 
        上海香梅花園 5 期(見圖 1)一個地下車庫每年需支付電費超過 30 萬元,如果加上前幾期的地下車庫,那每年僅地下車庫照明所需支付的電費就將超過100 萬元,照明電費已經成為小區物業管理中一個非常沉重的負擔。因此,照明節能不僅具有良好的社會意義,還具有很高的經濟價值。 
       
      圖 1 上海香梅花園 5 期地下停車庫平面圖
       
       
      1 智能照明控制系統的設計 
        根據香梅花園 5 期車庫的特點,我們與設計院共同設計出一個智能照明控制系統應用于 
      車庫的照明管理。我們的設計思想是: 
        (1)全部采用標準的 28 W T5 三基色日光燈替代傳統的 36 W T8 日光燈。 
        (2)所有日光燈均配備可調光電子鎮流器。根據燈具類型,配置“一拖一”或“一拖二”可調光電子鎮流器。 
        (3)主干道采用被動紅外移動探測器對過往車輛進行探測,當有車輛經過時,智能照明控制系統自動把主干道上的日光燈功率調節到滿功率的 70%(即每支日光燈消耗功率為 19.6 W)。由于主干道全部采用雙管日光燈,因此,在這種情況下,地面照度將超過100 lx,確保能夠為用戶提供一個明亮的通行環境。 
        (4)當主干道處于空閑狀態時,智能照明控制系統自動將日光燈調節到滿功率的 50%(即每支日光燈功率為 14 W),確保地面照度能夠滿足國家規定的標準(地面照度不低于 75 lx)。 
        (5)在停車位安裝照度傳感器,智能照明控制系統自動將此區域的照度調節到 75 lx,滿足國家標準要求。根 
      據測量,這時日光燈(單管)平均消耗功率為 18 W,加上可調光電子鎮流器消耗功率,每套燈具功率為 22.5W。 
        (6)智能照明控制系統中的照度控制模塊通過 RS485通訊接口,與車庫管理中心的電腦連接,管理人員可以通過電腦掌握當前的照明狀態。一旦發生特殊情況,管理人員還可以通過電腦直接控制每個區域的日光燈照明亮度。 
       
      2 節能效率測算 
        按照上述設計,假設主干道每天有車輛來往的時間為 8 h,可以測算出采用智能照明控制系統后的節能效率。
        (1)主干道每天有車輛來往時,照明設備需消耗電能為:每支日光燈功耗為 19.6 W,每個“一拖二”可調電子光鎮流器功耗為 8 W,一套雙管日光燈每小時功耗為:19.6 W×2+ 8 W= 47.2 W 
      300 套雙管日光燈,1 d 消耗的電能為: 47.2 W ×8(h) ×300(套) / 1000=113.28 (kW·h/d) 
        (2)主干道每天空閑時,照明設備需消耗電能為: 每支日光燈功耗為 14 W,每個“一拖二”可調光電子鎮流器功耗為 8W,一套雙管日光燈每小時功耗為:14 W×2+8 W= 36 W 
      300 套雙管日光燈,1 d 消耗的電能為: 36 W×16(h)×300(套)/1000=172.8 (kW·h/d) 
        (3)停車區域照明設備每天需消耗電能為: 每支日光燈功耗為 18 W,每個“一拖一”可調光電子鎮流器功耗為 4.5W,一套單管日光燈每小時功耗為:18 W+4.5 W= 22.5 W 
      230 套單管日光燈,一天消耗的電能為: 22.5 W×24(h)×230(套)= 124.2 (kW·h/d) 
        (4)采用智能照明控制系統后,整個車庫每天耗電:113.28+172.8+124.2=410.28 (kW·h/d) 
        (5)采用傳統 36 W T8 日光燈和電感鎮流器時,整個車庫每天耗電: 48W×24(h)×830(套)/1000=956.16 (kW·h/d) 
        (6)節能效率:(956.16-410.28) / 956.16×100%= 57.1% 
        (7)每年可節約電費:305 723 ×57.1%= 174 567 (元 / 年) 
      從上述分析可以看出,通過技術革新,采用新的智能照明控制系統后,上海香梅花園 5 期地下車庫 
      每年支付的電費將從 30.5 萬元下降到 13 萬元,節約電費 17.5 萬元。這不僅可以為企業節省大量電費支 
      出,還由此帶來的一系列社會效益。
       
      3 智能照明控制系統特點 
        (1)控制方式比較:傳統控制采用人工控制方式, 必須一路一路地開或關。對于很多地下車庫而言,不 
      管有人無人,都處于打開狀態。有些企業節能措施做得好的,也就是到晚上 6:00 或 7:00 以后,人工關閉 部分照明燈具,其余部分即使沒人,照樣一直打開。嚴重浪費電能,而且這個問題是無法解決的。 智能照明控制系統,能夠通過傳感器探測,感知是否有人使用。當有人使用時,通過低壓小信號控制,將相應區域調亮。無人使用時又調節到國家規定的低照度,大幅度提高電能使用效率。 
        (2)照明方式比較:傳統控制方式單一,只有開和關。傳統的電感式鎮流器由于工作頻率低,產生頻閃,據調查日光燈頻閃也是造成我國青少年近視的一個重要原因。智能照明控制系統采用調光方式,避免開關操作硬啟動對燈具壽命的影響。同時,電子鎮流器工作頻率高,解決頻閃問題,照明舒適度大大高于傳統的電感式鎮流器。燈具壽命也將延長 2~4 倍,降低物業管理中的維護費用。 
        (3)管理方式比較:傳統控制對照明的管理是人為化的管理,無法實現科學化管理。智能照明控制系統可實現能源管理自動化,通過分布式網絡,只需 1 臺計算機就可實現對整幢大樓的管理。操作人員只需輕敲鍵盤,就可以對每個區域的照明進行控制,同時還可以通過電腦及時掌握整個系統的照明狀態。并能輕而易舉地實現定時控制、場景控制等多種智能方式,把照明節能效率發揮到更佳狀態。 
        (4)節能方式比較:未采用智能照明控制系統的車庫,大部分采取拆卸日光燈的作法來實現照明節能。 采用這種的問題是,車庫地面照度遠遠低于國家規定的標準,有的車庫地面照度甚至低于 30 lx。照度不足容易導致駕駛員誤判,引發事故發生,并容易激起物業管理人員與業主之間的矛盾。采用智能照明控制系統后,車庫保持 合適的照度。當車輛來往時,主干道會非常明亮,避免事故的發生,節能效率還高于拆卸燈具的方式。 
        (5)設備性價比:很多人不愿意采用智能照明控制系統的重要原因是擔心系統的價格過高。實際上這種擔心是多余的,根據測算,當上海香梅花園 5 期車庫建設完成后,每年可以節約電費為 17.4 萬元,而采用智能照明控制系統所增加的費用不到 34 萬元,也就意味著系統運行 2 年后,僅僅通過電費的節約,就可以收回全部建設投資。 
       
       
       
      4.安科瑞智能照明控制系統
        4.1系統簡介
        Acrel-BUS智能照明控制系統,是基于KNX總線技術設計的控制系統。KNX總線技術起源于歐洲,是在EIB,Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術上發展起來的,其中EIB(European Installation Bus,歐洲安裝總線)是該總線技術的主體。
        Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIB BUS總線(即KNX總線)作為總線線纜,將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統,既可實現照明燈具的遠程集中控制,又可實現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個。
        安科瑞智能照明產品種類齊全,方案完善。用戶可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能控制,特別適合于各類智能小區、醫院、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系統。
        4.2系統工作原理示意圖
       
      4.3產品選型
      4.3.1開關驅動器
      用于對設備進行開關控制的驅動器,具有延時、預設、邏輯控制、場景、閾值開關等功能,電氣參數如下:
       
      4.3.2調光驅動器
      2路0-10V調光器,可對每路進行回路開關控制并輸出 0-10V 調光信號對具有 0-10V 調光接口的燈具進行調光,具有開關、場景、狀態反饋等功能,電氣參數如下:
      4.3.3傳感器
      傳感器是一種能感受外界信號、物理條件(如光、移動)的設備裝置,并將感應的信息傳遞給其它設備裝置(如調光器、開關驅動器),電氣參數如下:
       
      4.3.4總線電源
      KNX/EIB 系統標準供電電源,為總線提供電壓640mA 輸出電流,至多可以為 64 個設備供電,帶總線復位、 過流指示和短路保護。標準導軌安裝,電氣參數如下:
      4.3.5智能面板
      用于接受按鍵觸動信號,可通過區分短按與長按并結合不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:
       
      4.3.6干接點輸入模塊
      用于接受外部干接點信號輸入,可通過不同參數配置實現開關、調光、場景、窗簾控制、調溫、報警等功能,電氣參數如下:
      4.4系統功能
        (1)光照度(需要配照度傳感器)監測,對利用自然光照明區域,根據自然光照度變化,進行照明控制和調節,滿足照明和節能要求;
        (2)公共區域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明,應設置紅外或微波類人體感應器,并結合智能控制面板,實現各種場景照明控制,盡可能較少燈具點亮時間;
        (3)樓梯間照明采用人體感應探測控制;
        (4)設備房、設備房走道采用分組就地控制;
        (5)室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結合時控的集中控制方式;
        (6)監控系統界面友好,畫面美觀,實時顯示各區照明工作狀態;
        (7)應具有完善的用戶權限管理功能,避免越權操作;
       
      4.5系統應用領域
      4.6系統的控制優勢
        (1)系統可通過、觸摸屏、電腦對現場的燈光、空調及窗簾等進行遠程集中控制,使得控制更加方便智能,用戶體驗更好;
        (2)系統中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下,用戶操作更加安全、舒適;
        (3)系統在實施過程中,充分結合自然光及人員的活動規律來自動控制燈光,減少能源消耗,達到很好的節能效果;
        (4)系統采用分布分布式KNX總線結構,搭建簡單靈活,系統內各模塊互不影響,可獨立工作,可靠性更高;
        (5)多種控制方式可供選擇,如本地控制,自動感應控制,定時控制,場景控制和集中控制等,控制方式更靈活;
        (6)系統的自動控制、遠程集中控制等功能,在實現自動化的同時,大量減少了值班人員,提高了管理水平和工作效果;
        (7)升級系統內控制模塊或更改系統功能時,無需增加連接線,不需關閉整個系統,只需更改設備參數即可實現,維護方便,操作簡單;
        (8)系統可與消防系統聯動,在出現消防報警時,強制打開應急回路,方便人員疏散,從而降低了人員傷亡的風險,提高了建筑的安全性。
      4.7安科瑞組網方案
        智能照明控制系統組網方式靈活,擴展方便,當系統模塊數量較少、距離較近、范圍較小時,各設備以樹形枝狀延伸,構成支路系統智能照明控制系統;當系統模塊數量較多、距離較遠、范圍較大時,用支線耦合器組成多條支路,構成區域智能照明控制系統;當系統模塊數量很多、距離很遠、范圍很大時,用支線耦合器、區域耦合器等構成樓群智能照明控制系統。
       
       
       
      5.結語
        “科學技術是第一生產力”。在國家不斷倡導節能降耗的今天,這句話就顯得尤為重要。只有勇于進取,敢于采用新技術、新成果,才能獲得更佳的節能效率。實踐將會證明,在采用了先進的科學技術后,不僅可以實現大比例節電,還能為企業節約了大量的資金,一舉多得。 
       
      參考文獻
      [1]王煒.ABB i-bus EIB 智能照明控制系統在智能建筑中的應用[J].電工技術雜志,2003(9):42-44. 
      [2]史洪偉.智能照明控制系統在上海某車庫中的應用
      [3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2019.11版
      [4]安科瑞智能照明控制系統產品選型手冊.2018.8版

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