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安科瑞 陳聰
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(luò)技術(shù),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(yīng)用原則、模式設(shè)計,總結(jié)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(jié)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(guān)鍵詞:車庫燈;無線傳感網(wǎng)絡(luò);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(diào)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(shè),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(shè)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(shè)備、應(yīng)用基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能照明控制技術(shù),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(jié)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(shè)計和改造提供參考。
1.地下車庫照明國家標準
《建筑照明設(shè)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
項目 | 位置 | 建筑面積/m2 | 車位數(shù) | 燈管數(shù) |
停車場1 | 文科學(xué)院 | 6962 | 131 | 414 |
停車場2 | 理科學(xué)院 | 8557 | 107 | 397 |
停車場3 | 綜合辦公樓(東) | 3398 | 51 | 219 |
停車場4 | 綜合辦公樓(西) | 3203 | 42 | 213 |
合計 | 22120 | 331 | 1243 |
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(xué)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(guān)燈,而在設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(luò)技術(shù)的智能照明系統(tǒng)
智能照明系統(tǒng)主要由云端服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)、LED紅外感應(yīng)燈等組成,智能照明系統(tǒng)原理如圖1所示。
LED紅外感應(yīng)燈集成了通信模塊、人體感應(yīng)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(nèi)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(diào)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(yīng)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(yīng)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(diào)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(guān)是實現(xiàn)云端服務(wù)器與LED紅外感應(yīng)燈通信的設(shè)備,可以上傳燈具能耗、亮燈時長、當(dāng)前燈具工作狀態(tài)(感應(yīng)、休眠、全亮、全滅、恒照度);也可給燈具下發(fā)命令,例如亮度調(diào)整(0~100%)、聯(lián)動區(qū)域調(diào)整、延時時間調(diào)整等。
云端服務(wù)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(wù)器可以存儲每只燈具的用電情況,也可通過服務(wù)器遠程控制燈的參數(shù)和狀態(tài)實現(xiàn)遠程開關(guān)燈、可配置場景模式一鍵切換等操作。
4.照明系統(tǒng)整體設(shè)計思路
4.1燈光參數(shù)的設(shè)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(jié)合我國國家照明設(shè)計標準,采取樣本點位,通過改變燈具亮度(0~100%),調(diào)整車庫地面的照度并用照度計測量地面照度值。調(diào)光與照度的測試數(shù)據(jù)如表2所示。
表2調(diào)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(nèi)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(diào)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(yīng)到人車經(jīng)過該區(qū)域時,相應(yīng)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(dāng)人車離開該區(qū)域時,該組燈具延時自動調(diào)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(shè)置常亮燈,并根據(jù)需要設(shè)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(dāng)位置設(shè)置常亮燈,并根據(jù)需要設(shè)置燈光功率。
車庫出入口安裝帶光照感應(yīng)功能的紅外感應(yīng)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(yīng)入口有物體移動,打開燈光并延時熄滅。
4.3不同照明應(yīng)用場景設(shè)計
根據(jù)不同情況設(shè)計場景開關(guān)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(yīng)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(guān)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(guān)、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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(jié)果如表7所示。
表7項目運行經(jīng)濟性測算結(jié)果
由表7可知,LED紅外感應(yīng)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(luò)技術(shù)(Mesh自組網(wǎng))的車庫LED紅外感應(yīng)智能照明控制系統(tǒng),在滿足車庫照度使用要求的基礎(chǔ)上,能夠顯著降低運行成本。
5.3社會效益
改造項目響應(yīng)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(guān)于對建筑節(jié)能綠色改造、加快LED照明普及的要求,響應(yīng)天津市住建委《天津市城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)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(yīng)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(yīng)。
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(shù),技術(shù)成熟可靠,安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)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(shè)計,可以任意拼接擴展,同時預(yù)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(yīng)用場所
適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)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(jié)構(gòu)
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(guān)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(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)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(guān)控制;每個模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān),也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。
4)開關(guān)驅(qū)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(yù)設(shè)掉電狀態(tài),當(dāng)照明電源掉電時,開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài);確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。
6)拖動調(diào)光控件,照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光,可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制,調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制,也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制,通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。
7)點擊場景控件,打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)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(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。
8)設(shè)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(shè)置,設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。
9)系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?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(guān),實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。
10)所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊;當(dāng)上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時,驅(qū)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(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu);系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作;系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。
12)預(yù)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
應(yīng)用場合(綜合樓、污水地下箱體) | 產(chǎn)品 | 型號 | 功能 | |
普通照明 | 配電箱 | | ASL220-S系列 | 1、ALIBUS 總線擴展模塊通信鏈路供電。 |
按鍵面板 | | ASL220-F1/2 | 1聯(lián)兩鍵 | |
探測器 | | ASL220-PM/T | PIR+照度傳感器 | |
雙切箱 | | ASL210-S | 1、ALIBUS 總線擴展模塊,通信鏈路供電。 | |
IP網(wǎng)關(guān) | | ASL200-485-IP | IP協(xié)議轉(zhuǎn)換器(ALIBUS<->TCP/IP) | |
IP 輔助電源 | | ASL200-P20 | 輔助電源 |
8.結(jié)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(jié)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(luò)技術(shù)的LED紅外感應(yīng)智能照明系統(tǒng)在高校地下車庫的成功應(yīng)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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