以杭州地区为例的地下停车库照明节能技术应用研究

0 引 言

进入二十一世纪后，随着我国经济的飞速发展，汽车购 买迅速提升，地下停车库进入建设高速增长时期。为解决停 车难的问题，2011 年以来，杭州市主城区累计建成 24.7 万个 停车泊位，其中公共泊位有 3.1 万个，有利用学校操场的，有 利用公园、绿地地下空间的。地下停车场建设面积巨大，最大 的特点是无天然采光，主要依赖人工照明，24 小时全部开启， 浪费大量能源，运行成本居高不下。有些物业采取照明灯具开 一半关一半，由于地下车库照明出入口存在黑洞效应，这样做 存在安全隐患。有些物业采用带感应的LED 灯，在使用过程中， 感应传感器灵敏度探测区域有限，或由于安装问题，造成探 测不是很准确。车主驶入车库后，找车位也很困难，道闸前有 显示空余车位，空车位具体在哪里要找，取车也很麻烦，由于 对车库具体位置不熟悉，无法很方便地找到车子。基于以上这 些在建设和使用过程中出现的问题，作者研究了多项照明节能 技术，以系统形式综合用于照明，提高用电效果，为物业运行 管理降低照明系统运行成本，取得较好的社会效益和经济效益。 

1 照明节能系统设计 

1.1 照明节能技术分析 

照明节能就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照 明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大 限度地利用光能，通常有以下几种方法。 

（1）国家标准《GB50034—2013 建筑照明设计标准》规 定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等。要有 效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下， 选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯，可 选用半导体发光二极管（LED）灯具。

（2）改进灯具控制方式，设置智能控制系统，根据地下 停车库照明使用特点可采取分区控制灯光，合理选择照明控制 方式，具备停车灯光引导，自动调光，时间控制，停车查询 等功能，加强照明设备的运行管理。 

（3）分布式光伏发电系统直接用于照明，配置相应的测 量和计量仪表，并定期测量电压、照度和考核用电量。 

1.2 控制系统设计 

LonWorks 技术将分布于不同地点的智能节点连接起来， 让它们能够相互交换信息，同时由于硬件设计、软件设计、网 络设计都是独立的，可以方便地增加新节点和动态地改变网 络节点之间的逻辑连接关系。LonWorks 系列产品提供了便捷、 基于图形界面、功能强大的支持网络设备和网络设计、创建、 调试、安装的工具 [1]。

根据通信介质的不同，采用电力载波通信传输、3150 电 力线收发器，利用低压电力线作为通信媒介，实现系统内部节 点之间的通信，优点就是布线省了可用电力线传输，实现设备 之间的互联。 

1.2.1 构架设计 

该地下车库智能照明系统包括了管理层和现场层两层。 图 1 所示为该 Lonworks 智能照明系统结构图。 

（1）现场层 

现场层包括五种类型的节点，分别为停车位节点、LED 灯节点、电参数节点、车流检测节点和照度测光节点。

① LED 灯节点。主要控制 LED 灯具，LED 灯具可以分 为主干道和停车位 2 种，根据主干道、停车位照度设置要求， 以及车库不同时间段需求，LED 灯节点发出控制命令，开启、 关闭、调光主干道和停车位的 LED 灯具。 

②停车位节点。主要根据超声波传感器对车位占有情况 检测，向其他智能节点、上位机以网络变量的形式传输，定期 检测查巡，并及时上传最新信息给智能节点、上位机。

③电参数节点。对地下车库各层配电箱内各回路的照明 设备工作状态、电路参数，包括电压、电流、功率、电能等进 行采集，并以网络变量形式上传给其他智能节点、上位机。 

④车流检测节点。采用微波传感器对地下车库内主干道 车辆行驶的情况进行采集，同样也以网络变量形式上传给其 他智能节点、上位机。 

⑤照度测光节点。采用照度传感器对地下车库进出口、主 干道、停车位的照度进行采集，也以网络变量形式上传给其他 智能节点、上位机。

智能节点可以通过路由器 iLon600 与管理层的上位机进 行通信。“集中管理，分散控制”真正实现了智能分布控制， 提高了系统的可靠性、灵活性。若 LonWorks 网络中某一个智 能节点出现故障，只影响其自身与其相连的设备，而不会造成 系统瘫痪。特别是上位机关闭时或出现故障时，照明控制系统 仍可工作，具有极大的优越性。 

（2）管理层 

管理层的中央站（服务器 + 客户机）是智能照明的监控 中心和数据中心。一般配置打印机和 UPS 电源。中央站采用 双击冗余系统，LonWorks 网络管理、监测、参数配置调试由 管理层的中央站完成，路由器 iLon600 网关完成了 LonTalk 与 TCP/ IP 协议之间的转换，实现智能节点上的 LED 灯的控 制参数值与各功能模块对应参数值之间的交换，实现系统的 远程控制。在中央站上安装了 LonMaker 用于 LonWorks 网络 管理和组网，利用 LNS 技术进行控制网络维护与检测，并利 用力控组态等工具设计一个上层监控系统。 

1.2.2 软件设计 

基于 LON 总线的地下车库照明控制系统是一个复杂的控 制系统，节点之间利用收发器联通成为 LonWorks 对等网，数 据单元包括底层数据采集，主要是照度采集、停车位采集、车 （人）流移动采集、LED 灯组电参数采集，数据单元通过底层 各类型传感器进行数据的采集照度、停车位、车（人）流移动，然后将这些数据以网络变量形式，采用 LonTalk 协议传输给 控制单元。控制单元是指 LED 灯控制节点，主要包括停车位、 主干道 LED 灯，编程设置各种照度模式，调节 LED 照度、开 启或关闭 LED 灯，完成地下车库照度的控制，同时上传 LED 灯组运行各项电气参数，如有灯组出现故障，电参数发生较 大变化，则由上位机发出报警。 

软件包括三部分 ：智能节点的软件、上位机的组态软件、 系统网络管理和通讯软件。系统软件的设计采用模块化、分 层次的方法设计。

（1）智能节点的软件利用 NeuronC 语言编程。智能节点 的软件根据节点功能，利用 Neuron C 语言编程 ；针对照度传 感器、车流侦测传感器、停车位传感器、照明 LED 电气参数 传感器与智能节点完成数据采集，编写应用层的各节点程序代 码，生成完整的代码下载到智能节点的存储器。 

（2）智能节点之间的数据相互交换，通过双绞线以 LonTalk 通讯协议传输，以网络变量的形式进行传输交换，通 过 I/O 连接同时依据控制策略与命令，协调完成控制地下车库 各处的 LED 灯组的开启、关闭、调光，检查各 LED 灯组的工 作状态参数，如果发现有 LED 灯组电路参数发生了变化，还 会发出报警。协调监测应急照明工作状态，一旦有消防报警系 统联动，马上向上位机传输发出报警。 

（3）LonWorks 网络运用网络管理软件，利用 LonMaker 进行 LonWorks 网络的组网，利用 LNS 技术进行控制网络维 护与检测，并利用力控组态等工具设计一个上层监控系统。

自动控制模式的运行是以照度采集值和设定值（国家标 准）之间的差值变化作为灯组节点的输入，通过芯片程序模拟 出 PWM 信号，调节主干道 LED 灯组的亮度或实际功率。当 有微波探测器采集到车驶入车库时，停车位采集检测并输出 停车位（空）照明电路控制信号，先启动空车位 LED 灯，方 便开车人选择空位停车 ；将采集照度信息以模拟输入信号传输 到 Neuron 芯片的智能节点，与主干道照度设定值（国家照度 标准值）比较判断，以网络变量形式传输主干道（节点）通过 控制车流增量 PID 控制器调亮主干道照度。当有微波探测器 采集到有人移动到某车位时，先输出停车位照明电路控制信号， 启动空车位 LED 灯组，方便人取车，同时采集主干道照度以 模拟输入信号传输到 Neuron 芯片的智能节点，与主干道照度 设定值（国家照度标准值）比较判断，以网络变量形式传输， 主干道（节点）通过控制车流增量 PID 控制器调亮主干道照度。 

2 光伏发电照明系统设计 

光伏发电照明系统主要有独立系统、并网系统和混合系 统。并网系统由包括光伏电池板、动力调节单元、照明负载组成。 并网系统不需要电池，免去了很大的电池维护费用，并且当太 阳能不能满足装置需求时，系统就会从电网吸取电能。当太阳能能量超过需求时，可以直接反馈到电网。由于地下车库照明 灯具采用 LED，可以很好地利用光伏发电并网系统的特点，节 约电能。 

3 DIALux 照明设计软件 

善用软件的分析数据与模拟功能，可大幅提升照明设计 者的工作效率与准确度。方便、快捷地计算出所需设计方案的 照明，使用了精确的光度数据库和先进、专业的算法输出直 观、真实 DIALux 的效果图十分接近今后的实施效果，可以 说他的效果图是“真实”的，通过 DIALux 的智慧型计算程 序提供正确及可信度高的数据结果，保证设计的准确度。另外， DIALux 可以对墙面、地面、顶棚、家具等物体附着材质，除 了软件默认的各种材质、颜色之外，允许将外部的图片作为材 质导入 [2]。利用 DIALux 光学软件进行建模设计，基于软件模 拟计算，LED 照明应用于车库照明，能够达到相应的照明要求， 在照度、闪烁频率等各方面指标上都能达到相应的标准和设计 要求，达到节能、环保、经济的三重效果 [3]。 

4 实验数据分析 

首先根据系统原理图完成现场层各智能节点与各典型传 感器、配电箱、继电器、LED 灯组、多功能电力监控终端、 线路的连接与端口编号，完成管理层各智能节点与 ilon600 路 由器、电脑线路的连接与端口编号。核对电路是否有短路等 错误，电路检查无误后通电，用万用表检查电源关键点电压， 用指示灯跟踪检查系统工作情况。待硬件系统稳定工作半小 时后，软件进一步调试。

完成软硬件调试后，按照设计的控制功能，逐一设置各 项参数，设置时间控制、场景控制，以及自动控制测试，并 记录照度与 PWM 调光效果。通过改变 PWM 占空比来提高 现场车库的光通量，用照度计测量地面照度值。调光占空比与 照度的测试数据见表 1 所列。

经过分析测试数据，本系统在误差允许范围内验证了控 制系统的功能有效性。与此同时，也进行了节能效果实验， 分别在车库 24 小时 LED 灯全开的情况下对比时间控制，场景 控制。自动调光控制实验，灯具持续点亮 48 小时，节电率达 45%，具体如表 2 所列。表 2 中自动模式下有 8 小时的高峰全 开情况，也有场景控制模式下的单灯工作。

节电率 =145 920/328 320×100%=45% 

通过以上实验数据分析，基于 LonWorks 技术车库智能 照明控制系统使用效果比较好，可以满足车库照度使用要求， 大大降低物业地下车库的运行费用。 

5 结 语

利用 LonWorks 技术分布范围广、集中管理、分散控制 的特点，针对地下车库照明控制系统采用粗放式全开长明灯 现象，设计了基于 LonWorks 技术的分布式、负反馈控制系 统，灯光引导方便停车、找车等，车来灯亮，车走灯灭，按需 照明，将并网光伏发电照明技术运用到地下车库照明系统，选 用了 LED 作为照明灯具，很好得利用其绿色照明效应，运用 DIALux 照明设计软件为车库照明提供先进的设计手段，降低 车库照明运行成本，提高管理技术水平。