以杭州地區(qū)為例的地下停車庫(kù)照明節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究

胡力勤

摘 要：為了降低地下車庫(kù)照明系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約能源。擬改變地下車庫(kù)照明系統(tǒng)的控制方式、設(shè)計(jì)方式、照明能源供給方式，分析了車庫(kù)照明系統(tǒng)工作的照度需求，采用按需照明的設(shè)計(jì)理念，開發(fā)基于LonWorks技術(shù)的分布式車庫(kù)照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將照明控制和停車位燈光引導(dǎo)相結(jié)合，解決了控制模式落后造成大量電能消耗和運(yùn)行費(fèi)用居高不下的問題。

關(guān)鍵詞：照明；節(jié)能；節(jié)點(diǎn)；LonWorks；控制

中圖分類號(hào)：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）11-00-03

0 引 言

進(jìn)入二十一世紀(jì)后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車購(gòu)買迅速提升，地下停車庫(kù)進(jìn)入建設(shè)高速增長(zhǎng)時(shí)期。為解決停車難的問題，2011年以來(lái)，杭州市主城區(qū)累計(jì)建成24.7萬(wàn)個(gè)停車泊位，其中公共泊位有3.1萬(wàn)個(gè)，有利用學(xué)校操場(chǎng)的，有利用公園、綠地地下空間的。地下停車場(chǎng)建設(shè)面積巨大，最大的特點(diǎn)是無(wú)天然采光，主要依賴人工照明，24小時(shí)全部開啟，浪費(fèi)大量能源，運(yùn)行成本居高不下。有些物業(yè)采取照明燈具開一半關(guān)一半，由于地下車庫(kù)照明出入口存在黑洞效應(yīng)，這樣做存在安全隱患。有些物業(yè)采用帶感應(yīng)的LED燈，在使用過程中，感應(yīng)傳感器靈敏度探測(cè)區(qū)域有限，或由于安裝問題，造成探測(cè)不是很準(zhǔn)確。車主駛?cè)胲噹?kù)后，找車位也很困難，道閘前有顯示空余車位，空車位具體在哪里要找，取車也很麻煩，由于對(duì)車庫(kù)具體位置不熟悉，無(wú)法很方便地找到車子?；谝陨线@些在建設(shè)和使用過程中出現(xiàn)的問題，作者研究了多項(xiàng)照明節(jié)能技術(shù)，以系統(tǒng)形式綜合用于照明，提高用電效果，為物業(yè)運(yùn)行管理降低照明系統(tǒng)運(yùn)行成本，取得較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 照明節(jié)能技術(shù)分析

照明節(jié)能就是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，從而最大限度地利用光能，通常有以下幾種方法。

（1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB50034—2013建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了各種場(chǎng)所的照度標(biāo)準(zhǔn)、視覺要求、照明功率密度等。要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質(zhì)量的前提下，選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈，可選用半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）燈具。

（2）改進(jìn)燈具控制方式，設(shè)置智能控制系統(tǒng)，根據(jù)地下停車庫(kù)照明使用特點(diǎn)可采取分區(qū)控制燈光，合理選擇照明控制方式，具備停車燈光引導(dǎo)，自動(dòng)調(diào)光，時(shí)間控制，停車查詢等功能，加強(qiáng)照明設(shè)備的運(yùn)行管理。

（3）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)直接用于照明，配置相應(yīng)的測(cè)量和計(jì)量?jī)x表，并定期測(cè)量電壓、照度和考核用電量。

1.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LonWorks技術(shù)將分布于不同地點(diǎn)的智能節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，讓它們能夠相互交換信息，同時(shí)由于硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)都是獨(dú)立的，可以方便地增加新節(jié)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的邏輯連接關(guān)系。LonWorks系列產(chǎn)品提供了便捷、基于圖形界面、功能強(qiáng)大的支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、調(diào)試、安裝的工具[1]。

根據(jù)通信介質(zhì)的不同，采用電力載波通信傳輸、3150電力線收發(fā)器，利用低壓電力線作為通信媒介，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的通信，優(yōu)點(diǎn)就是布線省了可用電力線傳輸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)。

1.2.1 構(gòu)架設(shè)計(jì)

該地下車庫(kù)智能照明系統(tǒng)包括了管理層和現(xiàn)場(chǎng)層兩層。圖1所示為該Lonworks智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

（1）現(xiàn)場(chǎng)層

現(xiàn)場(chǎng)層包括五種類型的節(jié)點(diǎn)，分別為停車位節(jié)點(diǎn)、LED燈節(jié)點(diǎn)、電參數(shù)節(jié)點(diǎn)、車流檢測(cè)節(jié)點(diǎn)和照度測(cè)光節(jié)點(diǎn)。

①LED燈節(jié)點(diǎn)。主要控制LED燈具，LED燈具可以分為主干道和停車位2種，根據(jù)主干道、停車位照度設(shè)置要求，以及車庫(kù)不同時(shí)間段需求，LED燈節(jié)點(diǎn)發(fā)出控制命令，開啟、關(guān)閉、調(diào)光主干道和停車位的LED燈具。

②停車位節(jié)點(diǎn)。主要根據(jù)超聲波傳感器對(duì)車位占有情況檢測(cè)，向其他智能節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)以網(wǎng)絡(luò)變量的形式傳輸，定期檢測(cè)查巡，并及時(shí)上傳最新信息給智能節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)。

③電參數(shù)節(jié)點(diǎn)。對(duì)地下車庫(kù)各層配電箱內(nèi)各回路的照明設(shè)備工作狀態(tài)、電路參數(shù)，包括電壓、電流、功率、電能等進(jìn)行采集，并以網(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其他智能節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)。

④車流檢測(cè)節(jié)點(diǎn)。采用微波傳感器對(duì)地下車庫(kù)內(nèi)主干道車輛行駛的情況進(jìn)行采集，同樣也以網(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其他智能節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)。

⑤照度測(cè)光節(jié)點(diǎn)。采用照度傳感器對(duì)地下車庫(kù)進(jìn)出口、主干道、停車位的照度進(jìn)行采集，也以網(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其他智能節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)。

圖1 Lonworks智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能節(jié)點(diǎn)可以通過路由器iLon600與管理層的上位機(jī)進(jìn)行通信。“集中管理，分散控制”真正實(shí)現(xiàn)了智能分布控制，提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性。若LonWorks網(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，只影響其自身與其相連的設(shè)備，而不會(huì)造成系統(tǒng)癱瘓。特別是上位機(jī)關(guān)閉時(shí)或出現(xiàn)故障時(shí)，照明控制系統(tǒng)仍可工作，具有極大的優(yōu)越性。

（2）管理層

管理層的中央站（服務(wù)器+客戶機(jī)）是智能照明的監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)中心。一般配置打印機(jī)和UPS電源。中央站采用雙擊冗余系統(tǒng)，LonWorks網(wǎng)絡(luò)管理、監(jiān)測(cè)、參數(shù)配置調(diào)試由管理層的中央站完成，路由器iLon600網(wǎng)關(guān)完成了LonTalk與TCP/ IP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)點(diǎn)上的LED燈的控制參數(shù)值與各功能模塊對(duì)應(yīng)參數(shù)值之間的交換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。在中央站上安裝了LonMaker用于LonWorks網(wǎng)絡(luò)管理和組網(wǎng)，利用LNS技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與檢測(cè)，并利用力控組態(tài)等工具設(shè)計(jì)一個(gè)上層監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2.2 軟件設(shè)計(jì)

基于LON總線的地下車庫(kù)照明控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)之間利用收發(fā)器聯(lián)通成為L(zhǎng)onWorks對(duì)等網(wǎng)，數(shù)據(jù)單元包括底層數(shù)據(jù)采集，主要是照度采集、停車位采集、車（人）流移動(dòng)采集、LED燈組電參數(shù)采集，數(shù)據(jù)單元通過底層各類型傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集照度、停車位、車（人）流移動(dòng)，然后將這些數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)變量形式，采用LonTalk協(xié)議傳輸給控制單元?？刂茊卧侵窵ED燈控制節(jié)點(diǎn)，主要包括停車位、主干道LED燈，編程設(shè)置各種照度模式，調(diào)節(jié)LED照度、開啟或關(guān)閉LED燈，完成地下車庫(kù)照度的控制，同時(shí)上傳LED燈組運(yùn)行各項(xiàng)電氣參數(shù)，如有燈組出現(xiàn)故障，電參數(shù)發(fā)生較大變化，則由上位機(jī)發(fā)出報(bào)警。

軟件包括三部分：智能節(jié)點(diǎn)的軟件、上位機(jī)的組態(tài)軟件、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理和通訊軟件。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化、分層次的方法設(shè)計(jì)。

（1）智能節(jié)點(diǎn)的軟件利用NeuronC語(yǔ)言編程。智能節(jié)點(diǎn)的軟件根據(jù)節(jié)點(diǎn)功能，利用Neuron C語(yǔ)言編程；針對(duì)照度傳感器、車流偵測(cè)傳感器、停車位傳感器、照明LED電氣參數(shù)傳感器與智能節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采集，編寫應(yīng)用層的各節(jié)點(diǎn)程序代碼，生成完整的代碼下載到智能節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器。

（2）智能節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)相互交換，通過雙絞線以LonTalk通訊協(xié)議傳輸，以網(wǎng)絡(luò)變量的形式進(jìn)行傳輸交換，通過I/O連接同時(shí)依據(jù)控制策略與命令，協(xié)調(diào)完成控制地下車庫(kù)各處的LED燈組的開啟、關(guān)閉、調(diào)光，檢查各LED燈組的工作狀態(tài)參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)有LED燈組電路參數(shù)發(fā)生了變化，還會(huì)發(fā)出報(bào)警。協(xié)調(diào)監(jiān)測(cè)應(yīng)急照明工作狀態(tài)，一旦有消防報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，馬上向上位機(jī)傳輸發(fā)出報(bào)警。

（3）LonWorks網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)管理軟件，利用LonMaker進(jìn)行LonWorks網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)，利用LNS技術(shù)進(jìn)行控制網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與檢測(cè)，并利用力控組態(tài)等工具設(shè)計(jì)一個(gè)上層監(jiān)控系統(tǒng)。

自動(dòng)控制模式的運(yùn)行是以照度采集值和設(shè)定值（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）之間的差值變化作為燈組節(jié)點(diǎn)的輸入，通過芯片程序模擬出PWM信號(hào)，調(diào)節(jié)主干道LED燈組的亮度或?qū)嶋H功率。當(dāng)有微波探測(cè)器采集到車駛?cè)胲噹?kù)時(shí)，停車位采集檢測(cè)并輸出停車位（空）照明電路控制信號(hào)，先啟動(dòng)空車位LED燈，方便開車人選擇空位停車；將采集照度信息以模擬輸入信號(hào)傳輸?shù)絅euron芯片的智能節(jié)點(diǎn)，與主干道照度設(shè)定值（國(guó)家照度標(biāo)準(zhǔn)值）比較判斷，以網(wǎng)絡(luò)變量形式傳輸主干道（節(jié)點(diǎn)）通過控制車流增量PID控制器調(diào)亮主干道照度。當(dāng)有微波探測(cè)器采集到有人移動(dòng)到某車位時(shí)，先輸出停車位照明電路控制信號(hào)，啟動(dòng)空車位LED燈組，方便人取車，同時(shí)采集主干道照度以模擬輸入信號(hào)傳輸?shù)絅euron芯片的智能節(jié)點(diǎn)，與主干道照度設(shè)定值（國(guó)家照度標(biāo)準(zhǔn)值）比較判斷，以網(wǎng)絡(luò)變量形式傳輸，主干道（節(jié)點(diǎn)）通過控制車流增量PID控制器調(diào)亮主干道照度。

2 光伏發(fā)電照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電照明系統(tǒng)主要有獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。并網(wǎng)系統(tǒng)由包括光伏電池板、動(dòng)力調(diào)節(jié)單元、照明負(fù)載組成。并網(wǎng)系統(tǒng)不需要電池，免去了很大的電池維護(hù)費(fèi)用，并且當(dāng)太陽(yáng)能不能滿足裝置需求時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)從電網(wǎng)吸取電能。當(dāng)太陽(yáng)能能量超過需求時(shí)，可以直接反饋到電網(wǎng)。由于地下車庫(kù)照明燈具采用LED，可以很好地利用光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，節(jié)約電能。

3 DIALux照明設(shè)計(jì)軟件

善用軟件的分析數(shù)據(jù)與模擬功能，可大幅提升照明設(shè)計(jì)者的工作效率與準(zhǔn)確度。方便、快捷地計(jì)算出所需設(shè)計(jì)方案的照明，使用了精確的光度數(shù)據(jù)庫(kù)和先進(jìn)、專業(yè)的算法輸出直觀、真實(shí)DIALux的效果圖十分接近今后的實(shí)施效果，可以說他的效果圖是“真實(shí)”的，通過DIALux的智慧型計(jì)算程序提供正確及可信度高的數(shù)據(jù)結(jié)果，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度。另外，DIALux可以對(duì)墻面、地面、頂棚、家具等物體附著材質(zhì)，除了軟件默認(rèn)的各種材質(zhì)、顏色之外，允許將外部的圖片作為材質(zhì)導(dǎo)入[2]。利用DIALux光學(xué)軟件進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，基于軟件模擬計(jì)算，LED照明應(yīng)用于車庫(kù)照明，能夠達(dá)到相應(yīng)的照明要求，在照度、閃爍頻率等各方面指標(biāo)上都能達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的三重效果[3]。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

首先根據(jù)系統(tǒng)原理圖完成現(xiàn)場(chǎng)層各智能節(jié)點(diǎn)與各典型傳感器、配電箱、繼電器、LED燈組、多功能電力監(jiān)控終端、線路的連接與端口編號(hào)，完成管理層各智能節(jié)點(diǎn)與ilon600路由器、電腦線路的連接與端口編號(hào)。核對(duì)電路是否有短路等錯(cuò)誤，電路檢查無(wú)誤后通電，用萬(wàn)用表檢查電源關(guān)鍵點(diǎn)電壓，用指示燈跟蹤檢查系統(tǒng)工作情況。待硬件系統(tǒng)穩(wěn)定工作半小時(shí)后，軟件進(jìn)一步調(diào)試。

完成軟硬件調(diào)試后，按照設(shè)計(jì)的控制功能，逐一設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，設(shè)置時(shí)間控制、場(chǎng)景控制，以及自動(dòng)控制測(cè)試，并記錄照度與PWM調(diào)光效果。通過改變PWM占空比來(lái)提高現(xiàn)場(chǎng)車庫(kù)的光通量，用照度計(jì)測(cè)量地面照度值。調(diào)光占空比與照度的測(cè)試數(shù)據(jù)見表1所列。

經(jīng)過分析測(cè)試數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)在誤差允許范圍內(nèi)驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的功能有效性。與此同時(shí)，也進(jìn)行了節(jié)能效果實(shí)驗(yàn)，分別在車庫(kù)24小時(shí)LED燈全開的情況下對(duì)比時(shí)間控制，場(chǎng)景控制。自動(dòng)調(diào)光控制實(shí)驗(yàn)，燈具持續(xù)點(diǎn)亮48小時(shí)，節(jié)電率達(dá)45%，具體如表2所列。表2中自動(dòng)模式下有8小時(shí)的高峰全開情況，也有場(chǎng)景控制模式下的單燈工作。

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，基于LonWorks技術(shù)車庫(kù)智能照明控制系統(tǒng)使用效果比較好，可以滿足車庫(kù)照度使用要求，大大降低物業(yè)地下車庫(kù)的運(yùn)行費(fèi)用。

5 結(jié) 語(yǔ)

利用LonWorks技術(shù)分布范圍廣、集中管理、分散控制的特點(diǎn)，針對(duì)地下車庫(kù)照明控制系統(tǒng)采用粗放式全開長(zhǎng)明燈現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了基于LonWorks技術(shù)的分布式、負(fù)反饋控制系統(tǒng)，燈光引導(dǎo)方便停車、找車等，車來(lái)燈亮，車走燈滅，按需照明，將并網(wǎng)光伏發(fā)電照明技術(shù)運(yùn)用到地下車庫(kù)照明系統(tǒng)，選用了LED作為照明燈具，很好得利用其綠色照明效應(yīng)，運(yùn)用DIALux照明設(shè)計(jì)軟件為車庫(kù)照明提供先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段，降低車庫(kù)照明運(yùn)行成本，提高管理技術(shù)水平。

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