以杭州地區為例的地下停車庫照明節能技術應用研究

胡力勤

摘 要：為了降低地下車庫照明系統的運行費用，節約能源。擬改變地下車庫照明系統的控制方式、設計方式、照明能源供給方式，分析了車庫照明系統工作的照度需求，采用按需照明的設計理念，開發基于LonWorks技術的分布式車庫照明控制系統，該系統將照明控制和停車位燈光引導相結合，解決了控制模式落后造成大量電能消耗和運行費用居高不下的問題。

關鍵詞：照明；節能；節點；LonWorks；控制

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）11-00-03

0 引 言

進入二十一世紀后，隨著我國經濟的飛速發展，汽車購買迅速提升，地下停車庫進入建設高速增長時期。為解決停車難的問題，2011年以來，杭州市主城區累計建成24.7萬個停車泊位，其中公共泊位有3.1萬個，有利用學校操場的，有利用公園、綠地地下空間的。地下停車場建設面積巨大，最大的特點是無天然采光，主要依賴人工照明，24小時全部開啟，浪費大量能源，運行成本居高不下。有些物業采取照明燈具開一半關一半，由于地下車庫照明出入口存在黑洞效應，這樣做存在安全隱患。有些物業采用帶感應的LED燈，在使用過程中，感應傳感器靈敏度探測區域有限，或由于安裝問題，造成探測不是很準確。車主駛入車庫后，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，由于對車庫具體位置不熟悉，無法很方便地找到車子。基于以上這些在建設和使用過程中出現的問題，作者研究了多項照明節能技術，以系統形式綜合用于照明，提高用電效果，為物業運行管理降低照明系統運行成本，取得較好的社會效益和經濟效益。

1 照明節能系統設計

1.1 照明節能技術分析

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

（1）國家標準《GB50034—2013建筑照明設計標準》規定了各種場所的照度標準、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，可選用半導體發光二極管（LED）燈具。

（2）改進燈具控制方式，設置智能控制系統，根據地下停車庫照明使用特點可采取分區控制燈光，合理選擇照明控制方式，具備停車燈光引導，自動調光，時間控制，停車查詢等功能，加強照明設備的運行管理。

（3）分布式光伏發電系統直接用于照明，配置相應的測量和計量儀表，并定期測量電壓、照度和考核用電量。

1.2 控制系統設計

LonWorks技術將分布于不同地點的智能節點連接起來，讓它們能夠相互交換信息，同時由于硬件設計、軟件設計、網絡設計都是獨立的，可以方便地增加新節點和動態地改變網絡節點之間的邏輯連接關系。LonWorks系列產品提供了便捷、基于圖形界面、功能強大的支持網絡設備和網絡設計、創建、調試、安裝的工具[1]。

根據通信介質的不同，采用電力載波通信傳輸、3150電力線收發器，利用低壓電力線作為通信媒介，實現系統內部節點之間的通信，優點就是布線省了可用電力線傳輸，實現設備之間的互聯。

1.2.1 構架設計

該地下車庫智能照明系統包括了管理層和現場層兩層。圖1所示為該Lonworks智能照明系統結構圖。

（1）現場層

現場層包括五種類型的節點，分別為停車位節點、LED燈節點、電參數節點、車流檢測節點和照度測光節點。

①LED燈節點。主要控制LED燈具，LED燈具可以分為主干道和停車位2種，根據主干道、停車位照度設置要求，以及車庫不同時間段需求，LED燈節點發出控制命令，開啟、關閉、調光主干道和停車位的LED燈具。

②停車位節點。主要根據超聲波傳感器對車位占有情況檢測，向其他智能節點、上位機以網絡變量的形式傳輸，定期檢測查巡，并及時上傳最新信息給智能節點、上位機。

③電參數節點。對地下車庫各層配電箱內各回路的照明設備工作狀態、電路參數，包括電壓、電流、功率、電能等進行采集，并以網絡變量形式上傳給其他智能節點、上位機。

④車流檢測節點。采用微波傳感器對地下車庫內主干道車輛行駛的情況進行采集，同樣也以網絡變量形式上傳給其他智能節點、上位機。

⑤照度測光節點。采用照度傳感器對地下車庫進出口、主干道、停車位的照度進行采集，也以網絡變量形式上傳給其他智能節點、上位機。

圖1 Lonworks智能照明系統結構圖

智能節點可以通過路由器iLon600與管理層的上位機進行通信。“集中管理，分散控制”真正實現了智能分布控制，提高了系統的可靠性、靈活性。若LonWorks網絡中某一個智能節點出現故障，只影響其自身與其相連的設備，而不會造成系統癱瘓。特別是上位機關閉時或出現故障時，照明控制系統仍可工作，具有極大的優越性。

（2）管理層

管理層的中央站（服務器+客戶機）是智能照明的監控中心和數據中心。一般配置打印機和UPS電源。中央站采用雙擊冗余系統，LonWorks網絡管理、監測、參數配置調試由管理層的中央站完成，路由器iLon600網關完成了LonTalk與TCP/ IP協議之間的轉換，實現智能節點上的LED燈的控制參數值與各功能模塊對應參數值之間的交換，實現系統的遠程控制。在中央站上安裝了LonMaker用于LonWorks網絡管理和組網，利用LNS技術進行控制網絡維護與檢測，并利用力控組態等工具設計一個上層監控系統。

1.2.2 軟件設計

基于LON總線的地下車庫照明控制系統是一個復雜的控制系統，節點之間利用收發器聯通成為LonWorks對等網，數據單元包括底層數據采集，主要是照度采集、停車位采集、車（人）流移動采集、LED燈組電參數采集，數據單元通過底層各類型傳感器進行數據的采集照度、停車位、車（人）流移動，然后將這些數據以網絡變量形式，采用LonTalk協議傳輸給控制單元。控制單元是指LED燈控制節點，主要包括停車位、主干道LED燈，編程設置各種照度模式，調節LED照度、開啟或關閉LED燈，完成地下車庫照度的控制，同時上傳LED燈組運行各項電氣參數，如有燈組出現故障，電參數發生較大變化，則由上位機發出報警。

軟件包括三部分：智能節點的軟件、上位機的組態軟件、系統網絡管理和通訊軟件。系統軟件的設計采用模塊化、分層次的方法設計。

（1）智能節點的軟件利用NeuronC語言編程。智能節點的軟件根據節點功能，利用Neuron C語言編程；針對照度傳感器、車流偵測傳感器、停車位傳感器、照明LED電氣參數傳感器與智能節點完成數據采集，編寫應用層的各節點程序代碼，生成完整的代碼下載到智能節點的存儲器。

（2）智能節點之間的數據相互交換，通過雙絞線以LonTalk通訊協議傳輸，以網絡變量的形式進行傳輸交換，通過I/O連接同時依據控制策略與命令，協調完成控制地下車庫各處的LED燈組的開啟、關閉、調光，檢查各LED燈組的工作狀態參數，如果發現有LED燈組電路參數發生了變化，還會發出報警。協調監測應急照明工作狀態，一旦有消防報警系統聯動，馬上向上位機傳輸發出報警。

（3）LonWorks網絡運用網絡管理軟件，利用LonMaker進行LonWorks網絡的組網，利用LNS技術進行控制網絡維護與檢測，并利用力控組態等工具設計一個上層監控系統。

自動控制模式的運行是以照度采集值和設定值（國家標準）之間的差值變化作為燈組節點的輸入，通過芯片程序模擬出PWM信號，調節主干道LED燈組的亮度或實際功率。當有微波探測器采集到車駛入車庫時，停車位采集檢測并輸出停車位（空）照明電路控制信號，先啟動空車位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傳輸到Neuron芯片的智能節點，與主干道照度設定值（國家照度標準值）比較判斷，以網絡變量形式傳輸主干道（節點）通過控制車流增量PID控制器調亮主干道照度。當有微波探測器采集到有人移動到某車位時，先輸出停車位照明電路控制信號，啟動空車位LED燈組，方便人取車，同時采集主干道照度以模擬輸入信號傳輸到Neuron芯片的智能節點，與主干道照度設定值（國家照度標準值）比較判斷，以網絡變量形式傳輸，主干道（節點）通過控制車流增量PID控制器調亮主干道照度。

2 光伏發電照明系統設計

光伏發電照明系統主要有獨立系統、并網系統和混合系統。并網系統由包括光伏電池板、動力調節單元、照明負載組成。并網系統不需要電池，免去了很大的電池維護費用，并且當太陽能不能滿足裝置需求時，系統就會從電網吸取電能。當太陽能能量超過需求時，可以直接反饋到電網。由于地下車庫照明燈具采用LED，可以很好地利用光伏發電并網系統的特點，節約電能。

3 DIALux照明設計軟件

善用軟件的分析數據與模擬功能，可大幅提升照明設計者的工作效率與準確度。方便、快捷地計算出所需設計方案的照明，使用了精確的光度數據庫和先進、專業的算法輸出直觀、真實DIALux的效果圖十分接近今后的實施效果，可以說他的效果圖是“真實”的，通過DIALux的智慧型計算程序提供正確及可信度高的數據結果，保證設計的準確度。另外，DIALux可以對墻面、地面、頂棚、家具等物體附著材質，除了軟件默認的各種材質、顏色之外，允許將外部的圖片作為材質導入[2]。利用DIALux光學軟件進行建模設計，基于軟件模擬計算，LED照明應用于車庫照明，能夠達到相應的照明要求，在照度、閃爍頻率等各方面指標上都能達到相應的標準和設計要求，達到節能、環保、經濟的三重效果[3]。

4 實驗數據分析

首先根據系統原理圖完成現場層各智能節點與各典型傳感器、配電箱、繼電器、LED燈組、多功能電力監控終端、線路的連接與端口編號，完成管理層各智能節點與ilon600路由器、電腦線路的連接與端口編號。核對電路是否有短路等錯誤，電路檢查無誤后通電，用萬用表檢查電源關鍵點電壓，用指示燈跟蹤檢查系統工作情況。待硬件系統穩定工作半小時后，軟件進一步調試。

完成軟硬件調試后，按照設計的控制功能，逐一設置各項參數，設置時間控制、場景控制，以及自動控制測試，并記錄照度與PWM調光效果。通過改變PWM占空比來提高現場車庫的光通量，用照度計測量地面照度值。調光占空比與照度的測試數據見表1所列。

經過分析測試數據，本系統在誤差允許范圍內驗證了控制系統的功能有效性。與此同時，也進行了節能效果實驗，分別在車庫24小時LED燈全開的情況下對比時間控制，場景控制。自動調光控制實驗，燈具持續點亮48小時，節電率達45%，具體如表2所列。表2中自動模式下有8小時的高峰全開情況，也有場景控制模式下的單燈工作。

通過以上實驗數據分析，基于LonWorks技術車庫智能照明控制系統使用效果比較好，可以滿足車庫照度使用要求，大大降低物業地下車庫的運行費用。

5 結 語

利用LonWorks技術分布范圍廣、集中管理、分散控制的特點，針對地下車庫照明控制系統采用粗放式全開長明燈現象，設計了基于LonWorks技術的分布式、負反饋控制系統，燈光引導方便停車、找車等，車來燈亮，車走燈滅，按需照明，將并網光伏發電照明技術運用到地下車庫照明系統，選用了LED作為照明燈具，很好得利用其綠色照明效應，運用DIALux照明設計軟件為車庫照明提供先進的設計手段，降低車庫照明運行成本，提高管理技術水平。

參考文獻

[1] Echelon.NodeBuilder Users Guide[Z].USA：Echelon Corporation

[2]胡國釗，郝洛西.照明計算軟件Dialux與Agi32的比較分析[J].照明工程學報，2005 ， 16 （ 3 ）： 52-55.

[3]宋寧亮，王亞軍，羅秉東，等.基于DILAUX的地下車庫LED照明設計[J].照明工程學報，2014，25（1）：72-75.