淺析無線傳感網絡技術的智能照明係統在高校地下車庫的應用實踐

hth下载地址 陳聰

摘要：天津某高校地下車庫采用傳(chuan) 統照明係統，存在耗能大、壽命短和照度不夠等問題。為(wei) 了有效改善車庫燈光環境，節省車庫的運營和管理費用，借助無線傳(chuan) 感網絡技術，對燈光參數進行管理和智能化控製。通過介紹項目的改造概況，闡述智能照明係統在高校地下車庫節能改造中的應用原則、模式設計，總結節能改造的方法。基於(yu) 校園能源監測係統的用能數據，列出智能照明係統改造前後同期的用電量對比並計算回收期，以衡量智能照明係統的經濟性。結果顯示，在照明智能化改造後，該校地下車庫每年可節約電量31.63萬(wan) kWh，2年多即可收回成本，節能率達91.01%。

關(guan) 鍵詞：車庫燈；無線傳(chuan) 感網絡；智能照明係統；地下車庫

0.引言

在城市建築中，大型地下機動車庫越來越普遍。由於(yu) 人員和車輛的流動具有不確定性，多數地下停車場的燈具不分晝夜、節假日全部開啟，會(hui) 造成電能浪費。若采用智能照明係統，可以根據需要合理調整照明燈的使用時間和亮度，實現能源的精細化管理，提高照明的穩定性，為(wei) 車輛和行人提供更加安全、舒適的環境，同時節約能源。因此，地下車庫照明用電的節能潛力較大，是城市建築節能工作不可忽視的一部分。

在實施地下車庫智能照明控製係統建設，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、節能效果、設備布置的靈活性以及維護的便捷性。

文中通過優(you) 化照明設備、應用基於(yu) 無線傳(chuan) 感網絡技術的智能照明控製技術，對某高校地下機動車庫開展智慧照明建築節能改造工程。結合高校實際用能特點，製定因地製宜的照明方案，依托數字化能源監管平台對車庫的用電量進行實時監測，為(wei) 同類型地下車庫的智能照明係統設計和改造提供參考。

1.地下車庫照明國家標準

《建築照明設計標準》（GB50034—2013）明確規定，住宅建築地下車庫的照度標準為(wei) 30lx，通用房間和場所的公共車庫地麵照度則要求達到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能改造項目為(wei) 例，該校共有4個(ge) 地下機動車庫，建築麵積為(wei) 22120m2，共有331個(ge) 車位，改造前裝有1241支36W的傳(chuan) 統熒光燈，地下機動車庫燈管數量如表1所示。

表1地下機動車庫燈管數量

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

2.2耗電量過大原因分析

學校照明燈具為(wei) 傳(chuan) 統的熒光燈，與(yu) 目前發展成熟的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，因缺乏智能控製方式，僅(jin) 靠人工無法及時、準確地識別人車活動的具體(ti) 方位、按需開燈。

地下車庫的監控攝像頭需進行補光，因此人流量較少的區域也不能關(guan) 燈，而在設計照明電路時通常不會(hui) 考慮單獨控製監控攝像頭的補光燈，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損壞的缺點，每年需要花費人、財和物成本，保證照明係統的正常運行。

3.基於(yu) 無線傳(chuan) 感網絡技術的智能照明係統

智能照明係統主要由雲(yun) 端服務器、網關(guan) 、LED紅外感應燈等組成，智能照明係統原理如圖1所示。

LED紅外感應燈集成了通信模塊、人體(ti) 感應器和LED光源。LED燈相較於(yu) 傳(chuan) 統的照明燈具，展現出綠色環保、節能、光效高及使用壽命長等特點；可獨立控製每支燈具的電流值，使燈的亮度根據需要在0~100%範圍內(nei) 變化，燈的耗電量也隨之變化，實現了二次節能；單支燈實現了獨立控製，每盞燈具均有獨立的地址，使控製對象由傳(chuan) 統的照明回路精細到每盞燈，靈活性強；通過分組聯動實現舒適、自然、流暢的交互體(ti) 驗；每盞燈都嵌有一個(ge) 智能照明控製器GS-Linker，集成了2.4G自組網通信協議和智能調光功能，可多條橋接形成無邊界大規模自組網；根據車道長度、燈具數量等情況，根據經驗人工將燈具分組。

圖1智能照明係統原理

若某燈具感應附近人車移動，自動將信號傳(chuan) 輸給同組燈具，實現同組燈具聯動亮起並延時休眠；鄰組的燈具感應區域在邊界有重疊，可實現鄰近組別的燈具聯動，提前調亮，為(wei) 人車提供舒適的體(ti) 驗；無須重新布線，項目隻要更換燈不需要改造線路，工程上操作簡單。

網關(guan) 是實現雲(yun) 端服務器與(yu) LED紅外感應燈通信的設備，可以上傳(chuan) 燈具能耗、亮燈時長、當前燈具工作狀態（感應、休眠、全亮、全滅、恒照度）；也可給燈具下發命令，例如亮度調整(0~100%)、聯動區域調整、延時時間調整等。

雲(yun) 端服務器可以實現遠程控製、數據上行、數據統計和使用需求分析等。雲(yun) 端服務器可以存儲(chu) 每隻燈具的用電情況，也可通過服務器遠程控製燈的參數和狀態實現遠程開關(guan) 燈、可配置場景模式一鍵切換等操作。

4.照明係統整體(ti) 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%)，調整車庫地麵的照度並用照度計測量地麵照度值。調光與(yu) 照度的測試數據如表2所示。

表2調光與(yu) 照度的測試數據

4.2燈具分區分組控製方案

為(wei) 了確保地下車庫內(nei) 行人和車輛的安全和照明舒適性並綜合考慮消防安全、監控需求，根據實際需要調整燈光亮度和布局，實現節能減排。

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

根據燈具的紅外傳(chuan) 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，人車停止移動後燈具延時熄滅。

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

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

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(ti) 移動，打開燈光並延時熄滅。

4.3不同照明應用場景設計

根據不同情況設計場景開關(guan) 一鍵切換功能。智能照明控製模式：所有區域啟用上述的智能照明控製方案。全負荷照明模式：所有回路燈具滿負荷運行，可作為(wei) 特殊需要的場景應用。假期模式：假期到校教職工減少，可開放部分區域，切換為(wei) 部分開放區域啟用智能照明控製方案，其他非開放區域僅(jin) 開啟死角照明和消防監控照明，其餘(yu) 燈光關(guan) 閉。

4.4投資成本

項目按照工程審計，燈管價(jia) 格為(wei) 105.54元/套（含安裝費10元），加上網關(guan) 、軟件等費用，初裝成本平均為(wei) 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.實驗數據和節能效果分析

5.1現場數據實測

基於(yu) 能源監測係統統計用能數據，選取典型點位，對地下車庫改造前後的照明情況和用電量進行實測。改造前後用電量對比如表4所示，改造前後照度對比如表5所示。

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

表4改造前後用電量對比

表5改造前後照度對比/lx

5.2經濟效益分析

5.2.1降低電耗

基於(yu) 能源監控係統的數據，對4個(ge) 地下車庫進行實例研究。通過設置不同場景，經過測試與(yu) 數據對比分析，驗證智能照明係統的節能效果和可行性。

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：改造後車庫采用智能照明控製模式。

場景×日節電量=場景×日用電量-場景1日用電量(1)

節電率=場景×日節電量/場景1日用電量×100%(2)

LED燈全開與(yu) 智能模式耗電對比如表6所示。

表6LED燈全開與(yu) 智能模式耗電對比

由表6可知，與(yu) 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電效果。

據能源監測係統數據統計，相比於(yu) 改造前場景1的用電量，改造後一年可節約電量31.63萬(wan) kWh，節約電費16.45萬(wan) 元，節能率為(wei) 91.01%。

相比於(yu) 改造前場景2的用電量，改造後一年可節約電量11.21萬(wan) kWh，節約電費5.83萬(wan) 元，節能率為(wei) 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/隻，安裝費均為(wei) 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(wei) 15000h，LED紅外感應燈管平均使用壽命為(wei) 40000h；項目運行經濟性測算的計算使用周期為(wei) 2年和5年。

項目運行經濟性測算結果如表7所示。

表7項目運行經濟性測算結果

由表7可知，LED紅外感應燈的初裝成本較大，但節電率較高，燈具後期更換成本較低。對於(yu) 該項目，2年多即可收回成本，5年累計可節約成本56.42萬(wan) 元。采用無線傳(chuan) 感網絡技術（Mesh自組網）的車庫LED紅外感應智能照明控製係統，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(hui) 效益

改造項目響應我國住建部《“十四五”建築節能與(yu) 綠色建築發展規劃》中關(guan) 於(yu) 對建築節能綠色改造、加快LED照明普及的要求，響應天津市住建委《天津市城鄉(xiang) 建設領域碳達峰實施方案》中推動公共區域照明及智能照明控製改造的要求，為(wei) 加快推廣應用節能環保的LED產(chan) 品、促進節能減排作出貢獻並起到示範效應。

5.4安全

傳(chuan) 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，屬於(yu) 毒性危險廢物，LED燈具綠色環保，對環境危害較小。

6.hth下载地址智能照明控製係統

6.1概述

ALIBUS智能照明產(chan) 品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關(guan) 驅動器具備獨立工作的能力，適用於(yu) 一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拚接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與(yu) AcrelEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台進行數據交換。

6.2應用場所

適合於(yu) 各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體(ti) 育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控製需求。

6.3係統結構

1）實時檢測並顯示各個(ge) 模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關(guan) 狀態，監控界麵按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發生模塊離線、網關(guan) 設備掉線或者狀態反饋和下發控製命令不一致時會(hui) 發生故障報警，並將故障報警信息記錄並顯示在界麵中。

3）可以對單個(ge) 照明回路實現開關(guan) 控製；每個(ge) 模塊、樓層都有相應的模塊控製開關(guan) 和樓層控製開關(guan) ，也可以一個(ge) 模塊或者整個(ge) 樓層實現開關(guan) 控製。

4）開關(guan) 驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅(jin) 在交流電過零時進行；可有效減少電磁幹擾以及對電網的衝(chong) 擊，延長燈具與(yu) 控製裝置的壽命。

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

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

7）點擊場景控件，打開或者關(guan) 閉對應場景設置，軟件界麵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是打開還是關(guan) 閉。

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

9）係統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鍾控製照明開關(guan) ，實現日落開燈、日出關(guan) 燈的功能。

10）所有定時控製計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機係統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鍾維持定時控製計劃的正常執行，不影響日常的照明控製效果。

11）係統結構是分布式總線結構；係統內(nei) 各元件不依賴於(yu) 其他元件而能夠獨立工作；係統內(nei) 各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

7.智能照明係統硬件選型

8.結語

以天津某高校地下車庫智能照明改造項目為(wei) 例，詳細闡述改造方案的選定和工程實踐的經驗；基於(yu) 實際的建築樣本和詳細電耗數據，對不同使用場景進行實測。結果顯示，改造後在光照亮度、舒適度和節能效果等方麵均取得良好的效果，具有一定的優(you) 勢和實用價(jia) 值，為(wei) 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，節能效果明顯。

基於(yu) 無線傳(chuan) 感網絡技術的LED紅外感應智能照明係統在高校地下車庫的成功應用，驗證了智慧照明係統是未來的發展趨勢，能夠為(wei) 同類型地下車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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