铁 静， 李 蔚

(中信建筑设计研究总院有限公司，武汉 430014)

0 引言

随着中国经济社会的发展、人民生活水平的不断提高，私家车辆越来越多，停车位超过300个的大型地下停车场[1]在各类形式的建筑中屡见不鲜，故车辆停车场的照明用电也是建筑能耗中不可忽视的一部分。地下车库作为车辆停放的场所，人车的活动有着不确定性，这就决定了地下车库的照明有着“间歇性”照明的规律。

目前国内地下车库的照明主要存在以下问题[2]：(1)灯具在无人车活动时连续、无效的照明，耗费大量的电能。(2)部分物业公司为了节省用电，直接拆掉灯管，牺牲了用户的照明体验，也造成了安全隐患。(3)部分车库采用“荧光灯+时控”的照明方式，控制方式粗糙，节能效果不佳。(4)采用“声控”LED灯具时，因声音分贝值无法统一，灯具点亮参差不齐，照明效果不理想；更为严重的是，地下车库电机或水泵启动运行时的噪声，让灯具一直处于常亮状态，导致浪费。

综上所述，为实现车库照明节能的目标，本文在集成了几种常见的智能照明控制技术的基础之上，提出了一种基于物联网技术的新型智能照明控制技术，供大家研究参考。

1 几种智能照明控制系统的控制技术

1.1 DALI控制技术

目前，常用的智能照明是利用DALI(Digital Addressable Lighting Interface)控制技术，采用IEC929所规范的数字式可寻址照明接口和协议。该技术利用安装于配电箱内的开关驱动模块给需要控制的照明回路一个独立的地址，再通过信号线输入指令，利用软件和开关控制实现不同场景的控制[3]。实现上述智能照明控制系统需要布置网络线、信号线、电力线，系统复杂、造价成本高，可靠性较差的缺点十分明显[4]。

1.2 波宽控制调光技术

目前，波宽控制调光(Pulse Width Modulation，简称PWM)是一种较为成熟的调光技术。简单来说，就是通过对工作元件上的电压信号进行占空比控制，利用控制电路的接通和关闭的比率大小，实现对工作元件上电压信号的平均值的控制，在电阻基本不变的情况下，最终实现对流经工作元件的电流控制。在控制方式中，还可加入更为灵活的半功率点亮、全功率点亮、三分之一功率点亮、强制开启和复位等多功能、多场景的照明模式。

1.3 电力载波技术

电力载波技术(Power line Communication)是电力系统特有的通信方式，利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术[5]。最大特点是不需要重新架设信号线，只要有电力线，就能进行数据传递。

地下室的LED灯具常规接入配电箱内AC 220V的单相电压，避免了配电变压器对电力载波信号有阻隔以及三相电力线间有很大信号损耗。因此，在地下室内以每个防火分区(≤500m2)为单元，通过电力载波实现控制器与灯具的通讯具有可行性，且相较于DALI智能照明控制系统中布置的通讯线路，此种通讯方式大大简化了布线，节约了成本。

1.4 无线转发技术

该项技术是利用特殊的频段进行信号的传递，其特点是装置简单、信号传递速度快，可用于探测器和接收装置之间因安装距离较远、通讯信号强度不足等情况[6]。在地下车库智能照明控制系统中，主要是用于灯具之间通讯方式，可以通过在灯具中加入无线转发模块，利用无线通讯技术，实现更为快速的通讯方式，避免红外、声控这两种通讯方式响应时间过长，人走到灯下才能点亮的缺点，同时解决了当车快速行驶通过时灯具通讯滞后的问题。

2 基于物联网技术的智能照明控制系统

2.1 工作原理

基于物联网技术的智能照明控制系统(原理图参见图1)在DALI智能照明控制系统的基础之上，将原有需要利用开关驱动模块给照明回路一个地址的方式，改进为将通讯模块集成到LED灯具上的方式，直接给每盏灯具一个独立的地址。这样既减少了开关驱动模块这部分造价，也使控制对象由原来的照明回路精细到了每盏灯具。

图1 基于物联网技术的智能照明工作原理框图

再采用电力载波通讯技术及无线转发技术进行信号传输，先由灯具上的传感器采集人或车进入探测区域的模拟信号，再由载波控制芯片把模拟信号转换为高频信号，通过电力线的某个频段传输到智能照明控制器上；智能照明控制器再将接收到的高频信号进行转换，并对信息进行分析、处理，再统一下发命令到各个灯具上，由各个灯具执行相应的开灯或者关灯命令。

2.2 系统组成

系统主要由照明主机、智能照明控制器、无线转发模块、新型LED车库灯等组成。

新型LED车库灯采用物联网技术，是车库的照明部分，由集成通讯模块、人体感应器和LED光源组成。通过电力载波技术不需要额外增加通讯线缆即可实现通信功能，控制信号线和电源线共用。每盏灯具带有独立的地址码，便于控制器进行精细控制。灯具接入常规AC 220V的电压，每个照明控制回路设置单独的相线(L)和零线(N)与市电AC 220V连接即可。

智能照明控制器是整个照明系统的控制中心，它将新型LED车库灯反馈回来的检测信号进行识别、处理，通过波宽控制调光调光技术控制灯具执行全功率点亮、半功率点亮、二亮一、循环亮、微亮等照明控制模式，执行预设的调光功能。

无线转发模块是智能照明控制器连接物联网LED车库灯的桥梁，相当于互联网中路由器的功能；智能照明控制器与无线转发模块是通过电力线载波通讯。

3 基于物联网技术的智能照明控制系统性能分析

3.1 控制方式

为保证行人和车辆进出停车场的行车、停车安全，并节省照明用电，对地下车库照明实施智能化控制，具体控制方式如下。

(1)当车辆或行人进入车库时，一盏灯具上的传感器感应到信号后，主干道上相应区域的所有灯具迅速自动点亮，给行人和司机开阔、明亮的视觉照明效果，车位灯具不亮；当车辆或行人进入到某停车位时，该停车位的LED灯具自动点亮。

(2)人(车)离开车位后，灯具自动熄灭，车道灯具自动切换为点亮一半的灯具的节能照明模式。且可以在保证区域内基本的照明亮度(不低于一般照明照度标准值的10%)基础上，通过减小灯具功率，进一步节约电能。在点亮一半灯具时，还可以通过轮流切换点亮灯具的控制方式，减少每盏灯的发热量，从而延长灯具的使用寿命。

(3)还应分时段、分区域的控制点亮方式。例如，在夜间应考虑到值班、警卫照明的最低照度要求，通过该区域内的智能照明控制器调节车道灯具的亮度，将其控制在5～10lx，并形成单独的值班、警卫照明回路，进一步降低区域内的照度达到更好的节能效果。即利用最少的能源保证所要求的照度水平。

下面通过DIALUX照明设计与计算软件工具来建立地下室停车场的照明模型，以分析上述照明控制方式是否能达到JGJ 100-2015《车库建筑设计规范》表7.4.3(参见表1)照明标准值的要求。

停车场照明标准值 表1

建模范围：16.8 m(长)×17.2 m(宽)×2.6 m，车道两排灯(每排4盏灯)，车道两边各有6个车位(每3个车位一盏灯)；维护系数：0.67，地板反射系数：85%，天花板反射系数：90%，墙壁反射系数：50%，平面图如图2所示。

图2 停车场局部灯具布置图

当车辆或行人进入车库该区域时，相关主干道上的所有灯具自动点亮。模型车通道灯具全亮时等照度曲线图如图3所示，照度计算结果如表2所示，满足规范规定值。

模型车道灯具全亮时照度计算表 表2

图3 模型车道灯具全亮时等照度曲线图

当车辆或行人离开车库该区域时，相关主干道上的所有灯具自动调整为微亮模式，每盏灯具功率为3W。模型车道灯具微亮时等照度曲线图如图4所示，照度计算结果如表3所示，满足规范规定不低于停车场规定一般照明照度标准值的10%。

模型车道灯具微亮时照度计算表 表3

3.2 经济效益

以一个建筑面积约为11 558.61m2的机动车库，机动车位为747个，共有12个防火分区为例，共布置了1 000盏灯具(仅车道和车位)，其中车道灯600盏，车位灯400盏。将非智能型LED与新型LED进行经济效应的分析，详见表4。

基于物联网技术的智能照明控制系统的经济性分析 表4

图4 模型车道灯具微亮时等照度曲线图

采用新型LED智能照明控制系统后：年节约电量=传统照明系统年耗电量-基于物联网技术的智能照明控制系统LED车库灯年耗电量=131 400 元-22 155元=109 245元。节电率=基于物联网技术的智能照明控制系统年节电量/传统照明系统年耗电量=(109 245kWh/131 400 kWh)×100%=83.14%。投资回收期=基于物联网技术的智能照明控制系统系统造价-传统照明系统设备购置及更换维修费=(40.31万元-4.1万元)/10.92万元≈2.4年。

3.3 与DALI系统的比较

现将本文所述基于物联网技术的智能照明控制系统与常见的DALI系统[7]做一比较，详见表5。

3.4 技术展望

鉴于上述基于物联网技术的智能照明控制系统的优良技术特性，由于其系统的特性，还可将其与智能车位引导系统相结合。当读取到车辆入闸信息，一体化的LED灯具将通过灯光的变化指引车辆停到附近最适合的空位，以更充分地发挥智能照明控制系统的优势，进而简化地下室的停车系统节约成本。

两种智能照明系统的比较表 表5

4 结束语