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

0 引 言

進入二十一世紀后，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車購 買迅速提升，地下停車庫進入建設(shè)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(qū)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(xué)校操場的，有 利用公園、綠地地下空間的。地下停車場建設(shè)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(yè)采取照明燈具開 一半關(guān)一半，由于地下車庫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)傳感器靈敏度探測區(qū)域有限，或由于安裝問題，造成探 測不是很準確。車主駛?cè)胲噹旌?，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?；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)運行 管理降低照明系統(tǒng)運行成本，取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。 

1 照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計 

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）國家標準《GB50034—2013 建筑照明設(shè)計標準》規(guī) 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(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）改進燈具控制方式，設(shè)置智能控制系統(tǒng)，根據(jù)地下 停車庫照明使用特點可采取分區(qū)控制燈光，合理選擇照明控制 方式，具備停車燈光引導(dǎo)，自動調(diào)光，時間控制，停車查詢 等功能，加強照明設(shè)備的運行管理。 

（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 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(tǒng)設(shè)計 

LonWorks 技術(shù)將分布于不同地點的智能節(jié)點連接起來， 讓它們能夠相互交換信息，同時由于硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、網(wǎng) 絡(luò)設(shè)計都是獨立的，可以方便地增加新節(jié)點和動態(tài)地改變網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點之間的邏輯連接關(guān)系。LonWorks 系列產(chǎn)品提供了便捷、 基于圖形界面、功能強大的支持網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、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，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部節(jié) 點之間的通信，優(yōu)點就是布線省了可用電力線傳輸，實現(xiàn)設(shè)備 之間的互聯(lián)。 

1.2.1 構(gòu)架設(shè)計 

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

（1）現(xiàn)場層 

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

① LED 燈節(jié)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(jù)主干道、停車位照度設(shè)置要求， 以及車庫不同時間段需求，LED 燈節(jié)點發(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。主要根據(jù)超聲波傳感器對車位占有情況 檢測，向其他智能節(jié)點、上位機以網(wǎng)絡(luò)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(jié)點、上位機。

③電參數(shù)節(jié)點。對地下車庫各層配電箱內(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 行采集，并以網(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其他智能節(jié)點、上位機。 

④車流檢測節(jié)點。采用微波傳感器對地下車庫內(nèi)主干道 車輛行駛的情況進行采集，同樣也以網(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其 他智能節(jié)點、上位機。 

⑤照度測光節(jié)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(wǎng)絡(luò)變量形式上傳給其他 智能節(jié)點、上位機。

智能節(jié)點可以通過路由器 iLon600 與管理層的上位機進 行通信?！凹泄芾恚稚⒖刂啤闭嬲龑崿F(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)中某一個智 能節(jié)點出現(xiàn)故障，只影響其自身與其相連的設(shè)備，而不會造成 系統(tǒng)癱瘓。特別是上位機關(guān)閉時或出現(xiàn)故障時，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）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、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，實現(xiàn)智能節(jié)點上的 LED 燈的控 制參數(shù)值與各功能模塊對應(yīng)參數(shù)值之間的交換，實現(xiàn)系統(tǒng)的 遠程控制。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)進行控制網(wǎng)絡(luò)維護與檢測，并利 用力控組態(tài)等工具設(shè)計一個上層監(jiān)控系統(tǒng)。 

1.2.2 軟件設(shè)計 

基于 LON 總線的地下車庫照明控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的控 制系統(tǒng)，節(jié)點之間利用收發(fā)器聯(lián)通成為 LonWorks 對等網(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 各類型傳感器進行數(shù)據(jù)的采集照度、停車位、車（人）流移動，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?LED 燈控制節(jié)點，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，完成地下車庫照度的控制，同時上傳 LED 燈組運行各項電氣參數(shù)，如有燈組出現(xiàn)故障，電參數(shù)發(fā)生較 大變化，則由上位機發(fā)出報警。 

軟件包括三部分 ：智能節(jié)點的軟件、上位機的組態(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)計采用模塊化、分 層次的方法設(shè)計。

（1）智能節(jié)點的軟件利用 NeuronC 語言編程。智能節(jié)點 的軟件根據(jù)節(jié)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(shù) 傳感器與智能節(jié)點完成數(shù)據(jù)采集，編寫應(yīng)用層的各節(jié)點程序代 碼，生成完整的代碼下載到智能節(jié)點的存儲器。 

（2）智能節(jié)點之間的數(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)變量的形式進行傳輸交換，通 過 I/O 連接同時依據(jù)控制策略與命令，協(xié)調(diào)完成控制地下車庫 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 會發(fā)出報警。協(xié)調(diào)監(jiān)測應(yīng)急照明工作狀態(tài)，一旦有消防報警系 統(tǒng)聯(lián)動，馬上向上位機傳輸發(fā)出報警。 

（3）LonWorks 網(wǎng)絡(luò)運用網(wǎng)絡(luò)管理軟件，利用 LonMaker 進行 LonWorks 網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)，利用 LNS 技術(shù)進行控制網(wǎng)絡(luò)維 護與檢測，并利用力控組態(tài)等工具設(shè)計一個上層監(jiān)控系統(tǒng)。

自動控制模式的運行是以照度采集值和設(shè)定值（國家標 準）之間的差值變化作為燈組節(jié)點的輸入，通過芯片程序模擬 出 PWM 信號，調(diào)節(jié)主干道 LED 燈組的亮度或?qū)嶋H功率。當(dāng) 有微波探測器采集到車駛?cè)胲噹鞎r，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(jié)點，與主干道照度設(shè)定值（國家照度 標準值）比較判斷，以網(wǎng)絡(luò)變量形式傳輸主干道（節(jié)點）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?shù)?Neuron 芯片的智能節(jié)點，與主干道照度 設(shè)定值（國家照度標準值）比較判斷，以網(wǎng)絡(luò)變量形式傳輸， 主干道（節(jié)點）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 

光伏發(fā)電照明系統(tǒng)主要有獨立系統(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、動力調(diào)節(jié)單元、照明負載組成。 并網(wǎng)系統(tǒng)不需要電池，免去了很大的電池維護費用，并且當(dāng)太 陽能不能滿足裝置需求時，系統(tǒng)就會從電網(wǎng)吸取電能。當(dāng)太陽能能量超過需求時，可以直接反饋到電網(wǎng)。由于地下車庫照明 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，節(jié) 約電能。 

3 DIALux 照明設(shè)計軟件 

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 者的工作效率與準確度。方便、快捷地計算出所需設(shè)計方案的 照明，使用了精確的光度數(shù)據(jù)庫和先進、專業(yè)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(shù)據(jù)結(jié)果，保證設(shè)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(zhì)，除 了軟件默認的各種材質(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)軟件進行建模設(shè)計，基于軟件模 擬計算，LED 照明應(yīng)用于車庫照明，能夠達到相應(yīng)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(yīng)的標準和設(shè)計 要求，達到節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的三重效果 [3]。 

4 實驗數(shù)據(jù)分析 

首先根據(jù)系統(tǒng)原理圖完成現(xiàn)場層各智能節(jié)點與各典型傳 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，完成管理層各智能節(jié)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(guān)鍵點電壓， 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 時后，軟件進一步調(diào)試。

完成軟硬件調(diào)試后，按照設(shè)計的控制功能，逐一設(shè)置各 項參數(shù)，設(shè)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(diào)光效果。通過改變 PWM 占空比來提高 現(xiàn)場車庫的光通量，用照度計測量地面照度值。調(diào)光占空比與 照度的測試數(shù)據(jù)見表 1 所列。

經(jīng)過分析測試數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)在誤差允許范圍內(nèi)驗證了控 制系統(tǒng)的功能有效性。與此同時，也進行了節(jié)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(diào)光控制實驗，燈具持續(xù)點亮 48 小時，節(jié)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。

節(jié)電率 =145 920/328 320×100%=45% 

通過以上實驗數(shù)據(jù)分析，基于 LonWorks 技術(shù)車庫智能 照明控制系統(tǒng)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(yè)地下車庫的運行費用。 

5 結(jié) 語

利用 LonWorks 技術(shù)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(tǒng)采用粗放式全開長明燈 現(xiàn)象，設(shè)計了基于 LonWorks 技術(shù)的分布式、負反饋控制系 統(tǒng)，燈光引導(dǎo)方便停車、找車等，車來燈亮，車走燈滅，按需 照明，將并網(wǎng)光伏發(fā)電照明技術(shù)運用到地下車庫照明系統(tǒng)，選 用了 LED 作為照明燈具，很好得利用其綠色照明效應(yīng)，運用 DIALux 照明設(shè)計軟件為車庫照明提供先進的設(shè)計手段，降低 車庫照明運行成本，提高管理技術(shù)水平。