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浅谈智慧系统在商业照明的应用

商业照明是相对于家用照明的概念,场所一般是公共场所,比如写字楼,酒店,超市,商场,学校,停车库,博物馆等,采购主体一般是机构而非个人,一般以工程施工的方式进行安装。商业照明所要达到的目标往往取决于应用的场合,比如对照度,色温的要求,以及对节能的要求等。随着物联网技术的应用,智慧系统赋予了商业照明以动态的,可变幻的,有特定程序的方式与用户进行交互,并能达到节能的效果,在商业照明中发挥着越来越大的作用。

智慧商业照明的发展相对家用领域落地更早,发展更快。具有关机构统计和预计,2017年全球智慧照明市场规模46亿美金,其中智慧商业照明占比60%左右,未来几年会稳步增长,到2020年全球智慧照明市场规模将达到134亿美金,相对于智慧户外、家用和公共照明,智慧商业照明份额依然最高,占一半以上。

智慧系统的应用场景

在商业照明里,一些场合存在着智控的需求,这也是智慧系统能落地的前提。目前的智慧系统,在商业照明的应用主要是节能,场景控制以及集中监控等。

在节能场合,一般用到的控制方式是时间表控制,人感传感器控制以及照度控制。比如仓库照明,一个有上万平方米的仓库,货架依次排列,传统方式是灯一直亮着,送取货的人员或者叉车从过道进出,但其实并不是一天里每时每刻每个过道都有人,很多过道大部分时间都没有人,因此没有必要保持所有的灯常亮。这样的结果就是电费很昂贵,一个仓库运营的公司,全国的仓库加在一起,一年下来的电费是一笔非常巨大的开销。同样的场合有地下停车场,写字楼等,这些场合的一个共同特点是人不是一直在的,没必要灯一直开在那里。

智慧系统就提供了一个方案,感知人的存在,从而在需要的时间打开灯,比如仓库场合感知人或叉车的存在,打开相应过道上的灯,其他没有人活动的区域灯光关闭;又如地下车库感知人和车辆,打开相应区域的照明等。在办公楼领域除了探测人的存在,还可以加上时间表控制来节能,比如图1的村田东京办公楼无线系统的节能应用案例,就综合使用了人体探测,时间表控制来达到节能,跟之前没有安装控制系统比较,能源消耗降低了63%。 这样的智慧系统不但为企业提高了经济效益,也符合全球控制温室气体以及保护环境的目标。

图1 村田东京办公楼节能控制案例,能源消耗降低63%

在场景控制的场合,比如宴会厅就是一个很典型的应用。大型酒店的宴会厅又称作多功能厅,会举办各种各样的活动,比如行业论坛会议,产品发布,企业培训,生日宴会,婚礼宴会等,每个活动对灯光的效果要求都不一样,在同一活动中,不同的阶段也对灯光有着不同的要求。比如产品发布,在嘉宾入场阶段,产品宣讲阶段,中场休息阶段等灯光就有不一样的要求。会议室也有类似的场景,比如设置开会讨论模式,PPT演示模式,中场休息模式,离开模式等。

场景控制带来了灯光能动态适应当前的主题活动,取得很好的活动效果。在集中监控的场合,主要是一些大型的公共场所,比如写字楼,大型商场的公共区域等等,在主控平台上对灯光控制,节省人力和时间;同时对灯光工作的状态进行监测,比如看有没有哪个灯工作不正常,系统及时主动上报。相关管理工作人员可以收到信息,有问题马上派人维修。灯光的集中管理带来了省时,省力和高效。

智慧系统的技术和方案

目前的智慧系统是怎么实现以上功能的呢,主要是通过连接技术,感知技术,以及前后台软件实现的。另外大数据,云计算,以及人工智能等,正在越来越多地与智慧照明结合,目前在家用照明方面趋势比较明显,相信在以项目应用为基础的商用照明方面,未来也会找到更多契合点。

既然是智慧系统,连接是第一步,也是最基础的一步,把所有的灯具连接起来能进行通信,才能在此基础上施以智慧手段进行调光,调色,监测能耗以及查看灯具状态等。连接技术主要存在有线和无线,目前市场应用中大部分是有线连接。有线技术包括各类总线标准,比如RS485,DALI,BACNet,KNX等;无线连接主要包括ZigBee,BLE mesh, EnOcean, 私有射频协议等。有线通信相对无线优势是稳定,信号不易受到干扰;但安装麻烦,特别是在后装改造市场,需要施工布线,如果场所空间比较大,那么施工量也是一笔巨大开销。无线的优势是安装方便,在后装改造市场有着巨大优势,在欧美等发达国家就比较明显,在做施工时会考虑人工成本的问题,人工费用所占的项目总成本比较高,包括后期维护更换等,所以在这个层面来说,无线是一个价值比较大的地方。如图2,目前的无线技术有很多,简单的可以按照传输距离和传输速率进行区分。

图2 各种无线通讯技术传输距离及速率

目前智慧路灯领域的无线一般采用低功耗广域网的技术,比如NB-IOT等,那么适应商用照明的无线技术应该具有哪些特点呢?根据实际的应用情况,一般认为应该有以下特点,组网规模大,组网方式方便、功耗低、网络稳定可靠、抗干扰性强、传输距离远、低延迟、安全性高、标准化等。

由于是商用项目,业界选择一般比较慎重,主要是从稳定可靠,系统性能,成本以及施工方便度考虑。无线有其安装便利和成本优势,但还没有占目前的市场主流主要还是对其在大网络下的可靠性和稳定性的顾虑,一些国际大公司以及有独特技术的企业在此领域深耕做了不少努力。比如其中村田研发的无线商用智慧照明系统,采用的方式是对mesh网络进行优化,采用特定的机制防止同频干扰,在节点数量多的商用照明环境下,实现大规模灯具组网,并保持网络的可靠稳定。在全球市场越来越多的大型写字楼,博物馆等场合应用。

以连接为基础,智慧系统的控制手段包括感知技术,前后台软件等。目前应用的比较多的感知技术是被动红外(PIR)传感器,照度传感器,超声波传感器等。PIR传感器可以检测人的移动,实现人来灯亮,人走灯灭,应用在上面提的仓库以及车库等场合就比较合适,有些场景可以配合超声波传感器的应用,检测人的存在。照度传感器检测当前的光线强度,比如在白天建筑物靠窗的位置,自然光线比较强,可以通过照度传感器调节灯具的亮度,实现恒照度应用,从而节省能耗。后台软件可以在后台服务器里实现一些特定的逻辑,比如自动定时开关的逻辑,在办公室的不同时段,上班时间,午休时间,下班时间等控制不同区域灯光的开关和亮度。后台软件也可以根据记录的灯具能耗情况,统计总体的能耗;也可以根据其他的系统里监测的变量,统计相应的功能,创造数据的价值。前台软件一般实现人机交互,比如场景控制,单灯控制,状态显示等。

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