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    淺談智慧係統在商業照明的應用

    作者:admin 發布日期:2019/1/8 關注次數: 二維碼分享

    商業照明是相對於家用照明的概念,場所一般是公共場所,比如寫字樓,酒店,超市,商場,學校,停車庫,博物館等,采購主體一般是機構而非個人,一般以工程施工的方式進行安裝。商業照明所要達到的目標往往取決於應用的場合,比如對照度,色溫的要求,以及對節能的要求等。隨著物聯網技術的應用,智慧係統賦予了商業照明以動態的,可變幻的,有特定程序的方式與用戶進行交互,並能達到節能的效果,在商業照明中發揮著越來越大的作用。


    智慧商業照明的發展相對家用領域落地更早,發展更快。具有關機構統計和預計,2017年全球智慧照明市場規模46億美金,其中智慧商業照明占比60%左右,未來幾年會穩步增長,到2020年全球智慧照明市場規模將達到134億美金,相對於智慧戶外、家用和公共照明,智慧商業照明份額依然較高,占一半以上。


    智慧係統的應用場景


    在商業照明裏,一些場合存在著智控的需求,這也是智慧係統能落地的前提。目前的智慧係統,在商業照明的應用主要是節能,場景控製以及集中監控等。


    在節能場合,一般用到的控製方式是時間表控製,人感傳感器控製以及照度控製。比如倉庫照明,一個有上萬平方米的倉庫,貨架依次排列,傳統方式是燈一直亮著,送取貨的人員或者叉車從過道進出,但其實並不是一天裏每時每刻每個過道都有人,很多過道大部分時間都沒有人,因此沒有必要保持所有的燈常亮。這樣的結果就是電費很昂貴,一個倉庫運營的公司,全國的倉庫加在一起,一年下來的電費是一筆非常巨大的開銷。同樣的場合有地下停車場,寫字樓等,這些場合的一個共同特點是人不是一直在的,沒必要燈一直開在那裏。


    智慧係統就提供了一個方案,感知人的存在,從而在需要的時間打開燈,比如倉庫場合感知人或叉車的存在,打開相應過道上的燈,其他沒有人活動的區域燈光關閉;又如地下車庫感知人和車輛,打開相應區域的照明等。在辦公樓領域除了探測人的存在,還可以加上時間表控製來節能,比如圖1的村田東京辦公樓無線係統的節能應用案例,就綜合使用了人體探測,時間表控製來達到節能,跟之前沒有安裝控製係統比較,能源消耗降低了63%。 這樣的智慧係統不但為企業提高了經濟效益,也符合全球控製溫室氣體以及保護環境的目標。

    圖1 村田東京辦公樓節能控製案例,能源消耗降低63%


    在場景控製的場合,比如宴會廳就是一個很典型的應用。大型酒店的宴會廳又稱作多功能廳,會舉辦各種各樣的活動,比如行業論壇會議,產品發布,企業培訓,生日宴會,婚禮宴會等,每個活動對燈光的效果要求都不一樣,在同一活動中,不同的階段也對燈光有著不同的要求。比如產品發布,在嘉賓入場階段,產品宣講階段,中場休息階段等燈光就有不一樣的要求。會議室也有類似的場景,比如設置開會討論模式,PPT演示模式,中場休息模式,離開模式等。


    場景控製帶來了燈光能動態適應當前的主題活動,取得很好的活動效果。在集中監控的場合,主要是一些大型的公共場所,比如寫字樓,大型商場的公共區域等等,在主控平台上對燈光控製,節省人力和時間;同時對燈光工作的狀態進行監測,比如看有沒有哪個燈工作不正常,係統及時主動上報。相關管理工作人員可以收到信息,有問題馬上派人維修。燈光的集中管理帶來了省時,省力和高效。


    智慧係統的技術和方案


    目前的智慧係統是怎麽實現以上功能的呢,主要是通過連接技術,感知技術,以及前後台軟件實現的。另外大數據,雲計算,以及人工智能等,正在越來越多地與智慧照明結合,目前在家用照明方麵趨勢比較明顯,相信在以項目應用為基礎的商用照明方麵,未來也會找到更多契合點。


    既然是智慧係統,連接是第一步,也是較基礎的一步,把所有的燈具連接起來能進行通信,才能在此基礎上施以智慧手段進行調光,調色,監測能耗以及查看燈具狀態等。連接技術主要存在有線和無線,目前市場應用中大部分是有線連接。有線技術包括各類總線標準,比如RS485,DALI,BACNet,KNX等;無線連接主要包括ZigBee,BLE mesh, EnOcean, 私有射頻協議等。有線通信相對無線優勢是穩定,信號不易受到幹擾;但安裝麻煩,特別是在後裝改造市場,需要施工布線,如果場所空間比較大,那麽施工量也是一筆巨大開銷。無線的優勢是安裝方便,在後裝改造市場有著巨大優勢,在歐美等發達國家就比較明顯,在做施工時會考慮人工成本的問題,人工費用所占的項目總成本比較高,包括後期維護更換等,所以在這個層麵來說,無線是一個價值比較大的地方。如圖2,目前的無線技術有很多,簡單的可以按照傳輸距離和傳輸速率進行區分。



    圖2 各種無線通訊技術傳輸距離及速率


    目前智慧路燈領域的無線一般采用低功耗廣域網的技術,比如NB-IOT等,那麽適應商用照明的無線技術應該具有哪些特點呢?根據實際的應用情況,一般認為應該有以下特點,組網規模大,組網方式方便、功耗低、網絡穩定可靠、抗幹擾性強、傳輸距離遠、低延遲、安全性高、標準化等。


    由於是商用項目,業界選擇一般比較慎重,主要是從穩定可靠,係統性能,成本以及施工方便度考慮。無線有其安裝便利和成本優勢,但還沒有占目前的市場主流主要還是對其在大網絡下的可靠性和穩定性的顧慮,一些國際大公司以及有獨特技術的企業在此領域深耕做了不少努力。比如其中村田研發的無線商用智慧照明係統,采用的方式是對mesh網絡進行優化,采用特定的機製防止同頻幹擾,在節點數量多的商用照明環境下,實現大規模燈具組網,並保持網絡的可靠穩定。在全球市場越來越多的大型寫字樓,博物館等場合應用。


    以連接為基礎,智慧係統的控製手段包括感知技術,前後台軟件等。目前應用的比較多的感知技術是被動紅外(PIR)傳感器,照度傳感器,超聲波傳感器等。PIR傳感器可以檢測人的移動,實現人來燈亮,人走燈滅,應用在上麵提的倉庫以及車庫等場合就比較合適,有些場景可以配合超聲波傳感器的應用,檢測人的存在。照度傳感器檢測當前的光線強度,比如在白天建築物靠窗的位置,自然光線比較強,可以通過照度傳感器調節燈具的亮度,實現恒照度應用,從而節省能耗。後台軟件可以在後台服務器裏實現一些特定的邏輯,比如自動定時開關的邏輯,在辦公室的不同時段,上班時間,午休時間,下班時間等控製不同區域燈光的開關和亮度。後台軟件也可以根據記錄的燈具能耗情況,統計總體的能耗;也可以根據其他的係統裏監測的變量,統計相應的功能,創造數據的價值。前台軟件一般實現人機交互,比如場景控製,單燈控製,狀態顯示等。


    當然技術是不斷發展的,商用智慧係統正是由於不斷加入新的技術而變得越來越智慧, 性能越來越好。有些技術是很早就存在的,現在隨著各方麵條件的成熟在商用照明這個領域得到了新的應用,比如各類傳感器,村田就研發很多類型的傳感器,有用在汽車上的,有用在醫療健康領域的,還有用在環境監測方麵的等等,其中一些傳感器也可以應用到商用照明係統裏來,比如監測環境的溫濕度,煙霧探測等,為商用照明係統帶來更多的價值。有些技術是近年來的新技術,比如人工智能,在家用領域語音控製已有應用,也取得了很好的市場效果,相信也會在商用照明領域取得很好的結合。在連接方麵,一方麵已有的協議本身在不斷演進,比如ZigBee演進到目前的3.0版本,其中一項標準功能是Green Power,進一步降低設備的功耗;另一方麵近年來又有很多新的連接技術增加進來,比如標準化的藍牙mesh, NB-IOT,LoRa等,當然在實際應用層麵還要平衡成本,應用場景和商業模式。能量采集技術也是商業照明的一大技術亮點,目前的傳感器設備,控製麵板等都是需要用電池的,而且需要定期更換電池,對於大型商用場合,更換數量眾多的設備電池是很耗時耗力的事情,能量采集技術就提供一種方式,從環境中采集能量。圖3就是一個村田的能量采集通信係統應用在智慧社區的例子。主要是利用的光發電來給設備提供能量。其他的能量采集還包括機械能轉化為電能並儲存供電,將環境的溫差變化產生的熱能轉化為電能等,這些新的能量采集以及儲能材料可以用在商用智慧係統的產品裏,替代電池供電,節省人力物力。



    圖3 村田能量采集係統助力智慧社區


    智慧係統當前的問題及對策


    盡管商照領域相對家用來說,有比較能夠落地的智慧化的應用場景,但從整個商照市場來說,智慧係統的應用比例隻是很小一部分,目前來看,要更多的普及智慧商照,主要需要關注以下幾個方麵。


    一是成本問題,即評價用戶的購買成本是否匹配智慧照明創造的價值,一個例子是節能場合,這個場景就較容易評估,測算購買係統以及安裝維護的成本,與節省的能耗相比,是否值得做。又比如場景控製,如果購買的成本很高,用戶的購買動力就會顯著下降,鑒於目前的成本,智慧商照場景控製一般存在於中高端商照市場。在目前市場的實際方案中,一套智慧照明方案是以係統的形式出現的,或是作為樓宇自控的一個子係統的形式出現,即由樓宇控製廠商提供一套樓宇控製係統,照明控製部分涵蓋在內;或是專注於照明控製的廠商提供單獨的一套照明控製係統。其實商照可以再細分到具體的垂直應用,比如車庫節能,宴會廳或會議室場景控製等,針對不同的商照垂直應用,提供較經濟適合的方案,靈活選擇集成不同的設備和軟件方案,而不是用同一套大而全的係統覆蓋所有場景,這樣也會顯著降低成本。在這方麵較近市場也湧現了不少公司,有針對性的對某些垂直商照領域提供性價比較優的方案,顯著降低了成本。


    二是用戶體驗,功能和性能是否真實達到理想的效果,比如車庫裏檢測人或車的傳感器,其準確度是很重要的指標。又比如前麵提到的商照垂直應用,針對某個具體的應用場合結合應用特點和當前產品的主要問題,提供較優的方案,而不是用統一的係統平台適應所有的商照領域,這樣也會顯著提高用戶體驗。


    三是產業鏈的協同和更多價值的創造。目前提供智慧商照係統方案的主要還是控製廠商,也有一些大的照明公司發展自己的控製係統,不管是哪種方式,跨界融合是大趨勢。IT企業與照明企業的跨界聯合,為智慧照明帶來更多的新技術新方案,創造更多的價值應用。包括係統集成商和施工承包商也是重要的一環,將新方案落地需要不斷更新原來的弱電集成技能,這也是一個需要培育的過程。智慧係統在商業照明的應用未來會快速發展,隨著物聯網,人工智能等技術的發展,傳統照明企業會不斷跨界融合,未來也將會有更多的新公司參與這個產業,智慧係統會變得普遍,為企業和社會創造巨大的價值。

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