商業(yè)建筑物的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明：為本年度的突破準(zhǔn)備就緒

作者/ Giovanni Frezza Molex 公司 集團(tuán)產(chǎn)品經(jīng)理

摘要：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明已經(jīng)逐漸滲透到商業(yè)建筑物中，LED 在商業(yè)建筑物領(lǐng)域的滲透已經(jīng)到了極大的規(guī)模，而新建的商業(yè)建筑物適合于使用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)。雖然傳統(tǒng)的互聯(lián)照明系統(tǒng)存在設(shè)計和調(diào)試?yán)щy，安裝、配置和調(diào)試流程也亟待簡化和標(biāo)準(zhǔn)化，但是在新的電源標(biāo)準(zhǔn)——以太網(wǎng)供電標(biāo)準(zhǔn)下， 全新的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)將會出現(xiàn)，其中包括Molex 的Transcend? PoE照明系統(tǒng)。

　　網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明已經(jīng)開始為照明行業(yè)以及照明行業(yè)所涉及的其他行業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型。這一概念已經(jīng)用于商業(yè)建筑物，隨著各種大型項目的啟動，相關(guān)應(yīng)用必將在2016年實現(xiàn)突破。價格不斷降低、而效率日益提升，這推動著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明在商業(yè)建筑物中的使用，使得智能樓宇的概念和許多其他應(yīng)用成為可能，推動著效率與生產(chǎn)力的發(fā)展。具有創(chuàng)新力的企業(yè)所有者和建筑物業(yè)主開始將網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明基礎(chǔ)設(shè)施視為一種可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和智能樓宇的應(yīng)用以及為建筑物和企業(yè)帶來巨大附加值的資產(chǎn)。

不斷增長的市場滲透

　　盡管仍處于應(yīng)用的早期階段，LED 在商業(yè)建筑物領(lǐng)域的滲透已經(jīng)到了極大的規(guī)模，這使LED與其他照明技術(shù)相比就極具成本優(yōu)勢，可以向更深層次的市場滲透。

　　當(dāng)今，LED 技術(shù)在商業(yè)建筑物中的使用已經(jīng)完成了市場份額不足 1% 的創(chuàng)新階段，根據(jù)美國能源部 2015 年的研究顯示，現(xiàn)已進(jìn)入早期的接受狀態(tài)。從現(xiàn)在起的五年內(nèi)，LED 技術(shù)在商業(yè)建筑物空間內(nèi)的滲透預(yù)計將接近 25%。這一增長模式與其他照明類別的發(fā)展保持一致，例如交通信號和出口標(biāo)志等，在這些類別中，LED 的滲透率已經(jīng)進(jìn)入晚期大眾階段，根據(jù)上述研究，即市場占有率已達(dá) 80% 至 90%。

新的控制方法

　　在商業(yè)建筑物內(nèi)采用LED照明裝置正在引起人們對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明的巨大興趣，因為控制的效率更高、性能更高，從而在商業(yè)建筑物內(nèi)的價格更易于接受。迄今為止，照明行業(yè)大多專注于使用 LED 來改造現(xiàn)有的照明裝置，取代原有的技術(shù)。例如熒光照明和緊湊型熒光燈。然而，受控的 LED 不僅會改進(jìn)效率，而且還具有更好的照明質(zhì)量、更平穩(wěn)的強(qiáng)度/調(diào)光控制以及動態(tài)可調(diào)的色溫，無論何時何地都可按需提供適宜的照明效果。這樣，可以提高工作人員的舒適度，為人員帶來交互性更高、目的性更強(qiáng)的照明與空間效果。此類裝置能夠?qū)⒄彰骺刂七w移到基于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，使照明成為一種服務(wù)、一種物聯(lián)網(wǎng)的樓宇資產(chǎn)，與建筑物的其他功能一起以協(xié)同的方式進(jìn)行控制。

　　需要注意的一點是智能照明和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明之間的區(qū)別。智能照明并不需要連接到中央網(wǎng)絡(luò)，而是使用能夠提供簡單本地控制的、獨立的 LED 和傳感器來改造原有的照明裝置即可方便地實施。另一方面，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明需要基于軟件的集中式控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)照明系統(tǒng)中所有組成部分，包括燈具、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和其他裝置。建筑物中始終都存在著照明基礎(chǔ)設(shè)施，并且極為細(xì)?；?。提高集成度則意味著不僅可以實現(xiàn)更好的控制，并且，作為照明網(wǎng)絡(luò)的一部分，分布式傳感器系統(tǒng)還可以收集更多的數(shù)據(jù)與信息。

　　這些數(shù)據(jù)有潛力為商業(yè)建筑物提出新的價值主張。當(dāng)然，第一種應(yīng)用必然是實時的能耗報告功能，而基于傳感器的占用報告、照明狀態(tài)和環(huán)境監(jiān)測之類的應(yīng)用，則可以通過一個全新的角度來查看商業(yè)建筑物的使用方式。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，我們將能夠了解到在給定的時間內(nèi)建筑物中有多少人、他們所在的位置、利用的空間有多少、這些空間的狀態(tài)，以及包含多層、多座建筑物的園區(qū)中各個不同區(qū)域相對來說的使用情況如何?？傊?，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明可以大幅度提高物聯(lián)網(wǎng)集成到商業(yè)建筑物的速度。

新的部署

　　新建的商業(yè)建筑物適合于使用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計可以作為建筑物基礎(chǔ)設(shè)施的一個組成部分，但是，也可以開展深度改造項目。在商業(yè)建筑物中已經(jīng)為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明從事了重要的試點安裝項目，而在 2016 年則將在建筑物內(nèi)進(jìn)行更大規(guī)模的系統(tǒng)安裝。

　　在伊利諾伊州的萊爾，作為一次重大改造項目的一部分，Molex 已經(jīng)在其主要企業(yè)園區(qū)的一處建筑物中開始安裝網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)。這座綜合性建筑現(xiàn)在稱為“愿景樓”，將用于展示以太網(wǎng)供電照明技術(shù)以及可以提供的各種可能性。預(yù)計愿景樓將于 2016 年上半年竣工，Molex 將在其中的空間內(nèi)安裝并展示Transcend?網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)。Transcend 是一種全系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明基礎(chǔ)設(shè)施，主要以以太網(wǎng)供電的配電和數(shù)據(jù)分布為基礎(chǔ)(如圖1)。

主要障礙

　　網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)的部署已經(jīng)取得了進(jìn)步，而現(xiàn)在必須克服幾個障礙，才能更進(jìn)一步地實現(xiàn)市場滲透。當(dāng)今，傳統(tǒng)的互聯(lián)照明系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試極為困難。安裝、配置和調(diào)試流程必須簡化和標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才會大幅度得到采用。

　　此外，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)對于照明建筑師、建筑物業(yè)主、設(shè)施經(jīng)理、安裝人員以及用戶必須簡單易懂，這樣他們才可以充分利用這類系統(tǒng)所帶來的價值。照明基礎(chǔ)設(shè)施及其安裝不能對建筑物的管理造成破壞。另外，用于控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)的軟件也必須做到簡單、易用。

　　迄今為止，大部分已安裝的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)都以專用的系統(tǒng)為基礎(chǔ)，而行業(yè)則需要開放的標(biāo)準(zhǔn)和互操作系統(tǒng)，進(jìn)而簡化與樓宇自動化網(wǎng)絡(luò)其他部分的集成過程。

新的電源標(biāo)準(zhǔn)

　　以太網(wǎng)供電 (PoE) 是一種最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，可以實現(xiàn)包括照明在內(nèi)的樓宇自動化網(wǎng)絡(luò)的 IP 融合，而無需使用專用的系統(tǒng)(如圖2)。LED 技術(shù)需要使用低壓直流電，與以往的照明光源不同，后者采用的是交流電，而后轉(zhuǎn)換為低壓電源。智能網(wǎng)絡(luò)控制的 LED 照明系統(tǒng)需要用于控制的低壓配電和數(shù)據(jù)通信。采用 IT 行業(yè)已經(jīng)部署了 15 年的相同基礎(chǔ)設(shè)施，即可在低壓布線上實現(xiàn)電源供電和數(shù)據(jù)通信。

　　PoE 可以在分類電纜布線上將供電輸送至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，部署廣泛，在商業(yè)建筑物內(nèi)可以為形形色色的終端設(shè)備供電，包括網(wǎng)絡(luò)電話、攝像頭、暖通空調(diào)以及現(xiàn)在的照明。PoE 對于供電來說具有極高的可用性，確保服務(wù)不會發(fā)生中斷，而且可以降低運營費用，方法則是將備用電源合并到一起，以更低的成本來提供網(wǎng)絡(luò)的彈性。在新的網(wǎng)絡(luò)上，這種供電方式不再需要在每個終端處提供電源插座，從而可以加快部署速度。

　　推動 LED 的高效率的因素在于每瓦特功率具有出色的照明輸出效果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原有的照明技術(shù)。盡管 LED 技術(shù)已經(jīng)足夠先進(jìn)，這一技術(shù)正在進(jìn)一步變得更加通用、高效、安全，并且在 IEEE 820.3xx 標(biāo)準(zhǔn)下能夠支持網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)中更高的可用功率。這一標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被證明是一種分類機(jī)制，用于進(jìn)行電源連接所需的各種終端設(shè)備。

　　比如說，最初的 PoE 標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.3af，以每個交換機(jī)電源端口 15.4 瓦為基礎(chǔ)，在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn) PoE+ (IEEE802.3at) 中已經(jīng)提升至 30 瓦。然而，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了一種稱為 UPOE 的事實標(biāo)準(zhǔn)，每個交換機(jī)端口可以輸送 60 瓦的功率。這一標(biāo)準(zhǔn)即將迎來下一次變化，那就是最新推出的HDBaseT供電 (POH) 標(biāo)準(zhǔn)，支持每端口超過 95 瓦的功率。IEEE 致力于在 802.3bt 規(guī)范下實現(xiàn) 60 瓦和 95 瓦以太網(wǎng)供電方案的標(biāo)準(zhǔn)化，這一工作應(yīng)于 2017 年完成。該技術(shù)向下兼容，可以與現(xiàn)有的 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)互操作。

　　60 瓦和 95 瓦的標(biāo)準(zhǔn)基于使用四對的電能轉(zhuǎn)換模式，而不是 30 瓦的 PoE+ 標(biāo)準(zhǔn)所使用的兩對格式。新標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)了效率，支持更廣范圍的設(shè)備，同時可以與 PoE+ 標(biāo)準(zhǔn)一樣，采用相同的低壓 D 級(超 5 類)電纜。

　　對于現(xiàn)有的PoE+標(biāo)準(zhǔn)，兩對的 30 瓦系統(tǒng)可在超 5 類布線所提供四條雙絞線的其中兩條上輸送電源。在該系統(tǒng)中，1、2 和 3、6 線對用于將電源從 PSE(供電設(shè)備)輸送至 PD(受電設(shè)備)，而備用的線對(4、5 和 7、8)則保持閑置。60 瓦的 UPOE 標(biāo)準(zhǔn)采用與 30 瓦的PoE+標(biāo)準(zhǔn)相同的布線，而兩對系統(tǒng)則使用一臺 PSE 控制器，通過電纜的信號為 PD 供電，四對系統(tǒng)使用兩臺 PSE 控制器來同時為信號對和備用線對供電。由于采用了全部四條雙絞線來輸送電源，UPOE 與 PoE+ 相比可以提供更高的功率、和更高的效率，從而降低信道損耗。

全新的照明模式

　　通過開發(fā)各種新產(chǎn)品以及效率更高的新標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明正在迅速成為商業(yè)建筑物設(shè)計的一個主要組成部分，而為這一新技術(shù)創(chuàng)造出促成技術(shù)的企業(yè)則將有助于在這一過渡期推動行業(yè)的發(fā)展。

　　然而，當(dāng)今的 IT 和照明在極大程度上是兩個相互分離的領(lǐng)域。我們需要在這兩個世界之間架設(shè)起一座橋梁，不僅僅是在技術(shù)方面，還需要深入地了解照明架構(gòu)、施工與安裝的最佳實踐，以及 IT 系統(tǒng)管理、控制和安全性的最佳實踐。

　　這一情況已經(jīng)初露端倪。多家照明裝置的制造商已經(jīng)加入了 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)委員會，而 IT 企業(yè)則在積極地參與照明標(biāo)準(zhǔn)委員會。Molex 的Transcend? PoE照明系統(tǒng)便是一個良好的范例，展示出了 IT 和照明/樓宇自動化這兩個領(lǐng)域是通過何種方式進(jìn)行融合的。業(yè)內(nèi)正在進(jìn)行著一次過渡，在此過程中，照明建筑師、電工、MEP(機(jī)械/電氣/管道承包商)、安裝人員以及低壓供電和數(shù)據(jù)專家們都對以太網(wǎng)供電互聯(lián)照明系統(tǒng)表示出了極大的熱情。據(jù)估計，與傳統(tǒng)的線路電壓 LED 照明控制系統(tǒng)相比，以太網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明系統(tǒng)(以及一般而言的低壓照明系統(tǒng))平均可以節(jié)省 10% 至 25% 的資本支出。

　　潛在的優(yōu)勢無比巨大。與傳統(tǒng)的照明控制相比，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明可以將照明效率提高70%。然而，如之前所述，效果更好、效率更高的照明還可以提高工作人員的生產(chǎn)效率，這樣可以對企業(yè)的績效產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。例如，據(jù)落基山研究所在 2012 年開展的一次研究顯示，一處普通商業(yè)建筑物的年能源成本約在每平方英尺 3 美元。該處建筑物的年抵押貸款成本或租金成本約在每平方英尺 300 美元。這就是說，如果建筑物中工作人員的生產(chǎn)效率可以提高 1%，那么每年每平方英尺可以節(jié)約 3 美元，這樣便有助于降低總的能源成本。

　　研究顯示，提高照明效果、增加自然采光，可以推動生產(chǎn)效率上的改進(jìn)，并且促進(jìn)人員的健康和幸福感?？▋?nèi)基梅隆大學(xué)的建筑性能和診斷中心開展了 12 項研究，發(fā)現(xiàn)照明設(shè)計上的改進(jìn)可以將個人的生產(chǎn)效率提高 1% 至 23%。這些研究顯示，通過提高閱讀理解能力、文字處理能力以及一系列其他任務(wù)的處理能力，并且減低員工的缺勤率，可以衡量出生產(chǎn)效率的增長。

　　此外，如同任何新技術(shù)一樣，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明潛在的新優(yōu)勢也會逐漸浮現(xiàn)。在商業(yè)建筑物通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議遷移到物聯(lián)網(wǎng)的過程中，將會為大數(shù)據(jù)分析打開一扇大門，而我們才剛剛開始懂得這一發(fā)展過程作為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)照明價值主張的一個組成部分的長期意義。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第10期第33頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。