基于某老廠房智能照明監(jiān)控系統(tǒng)改造方案分析

基于某老廠房智能照明監(jiān)控系統(tǒng)改造方案分析

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在國(guó)家政策支持及“雙碳目標(biāo)”實(shí)施的大背景下，選用節(jié)能環(huán)保的照明設(shè)備替代傳統(tǒng)光源，積極采用智能化照明控制方式，已經(jīng)成為工業(yè)照明節(jié)能的發(fā)展方向。本文以一棟老廠房照明改造項(xiàng)目為例，對(duì)智能照明系統(tǒng)的選用，改造后的成果，經(jīng)濟(jì)適用性等方面進(jìn)行分析。智能照明有望推動(dòng)LED工業(yè)照明行業(yè)的快速發(fā)展。這定將有助于國(guó)家早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：節(jié)能降碳；DALI控制系統(tǒng)；0-10V調(diào)光；智能控制；雙碳目標(biāo)

0引言

隨著國(guó)家各行各業(yè)的迅速發(fā)展，企業(yè)和工廠的規(guī)模越來(lái)越大型化、多元化。照明系統(tǒng)在一個(gè)項(xiàng)目中的占比不容小覷，照明能耗也是企業(yè)日常工作能耗中非常重要的一部分。有數(shù)據(jù)顯示，隨著工業(yè)照明產(chǎn)品的使用需求不斷增長(zhǎng)，工業(yè)照明耗電量已占全國(guó)電力總消耗量的百分之十三。在國(guó)家強(qiáng)調(diào)加大節(jié)能減排力度的宏觀背景下，如何有效降低工業(yè)照明的能耗，成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)節(jié)能減排的首要議題。在國(guó)家政策的扶持下，選用節(jié)能環(huán)保的照明設(shè)備，并積極采用智能化照明控制系統(tǒng)，已經(jīng)成為工業(yè)照明節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)。

1老廠房照明節(jié)能改造必要性

1.1國(guó)家政策引導(dǎo)

國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)同有關(guān)部門印發(fā)《關(guān)于發(fā)布<重點(diǎn)用能產(chǎn)品設(shè)備能效先進(jìn)水平、節(jié)能水平和準(zhǔn)入水平（2022年版）>的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》）。《通知》中明確指示，國(guó)有企業(yè)要帶頭強(qiáng)化采購(gòu)中的能效約束，積極采購(gòu)先進(jìn)水平能效照明產(chǎn)品；鼓勵(lì)企業(yè)優(yōu)先選用先進(jìn)能效照明產(chǎn)品，開(kāi)展節(jié)能降碳改造。支持綠色建筑、超低能耗、近零能耗建筑等提高先進(jìn)水平能效照明產(chǎn)品應(yīng)用比例。

《通知》進(jìn)一步規(guī)定，新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目不得采購(gòu)使用能效水平低于準(zhǔn)入水平的照明產(chǎn)品，優(yōu)先采購(gòu)使用能效達(dá)到先進(jìn)水平的照明產(chǎn)品。重點(diǎn)用能單位實(shí)施照明產(chǎn)品設(shè)備更新?lián)Q代和改造升級(jí)，依法依規(guī)淘汰老舊落后照明產(chǎn)品。

1.2廠房照明現(xiàn)狀

目前待改造的老廠房?jī)?nèi)照明燈具仍采用傳統(tǒng)金鹵燈，傳統(tǒng)燈具缺陷頻繁出現(xiàn)，不能有效穩(wěn)定運(yùn)行。使一大部分耗電量在無(wú)形中浪費(fèi)，不符合“節(jié)能減排、增產(chǎn)減污”的國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策，現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有照明狀況無(wú)法更好的滿足生產(chǎn)工作需求，一定程度的開(kāi)關(guān)控制設(shè)備損壞，同時(shí)存在安全隱患。大量的熒光燈具和金鹵燈燈具含有汞及重金屬，對(duì)人體易造成傷害，同時(shí)也會(huì)污染環(huán)境，處理廢品時(shí)需要額外的費(fèi)用投資。

1.3改造成果

（1）現(xiàn)有燈具老化及光衰情況嚴(yán)重，維護(hù)成本高，維護(hù)難度大，配件缺失，維護(hù)人員有限，照明質(zhì)量缺陷的問(wèn)題長(zhǎng)時(shí)間得不到解決。對(duì)全廠照明設(shè)備進(jìn)行一次性升級(jí)改造更新，專人維護(hù)，可根本解決廠房照明缺陷問(wèn)題，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

（2）改造后采用經(jīng)專業(yè)配光設(shè)計(jì)的工業(yè)LED燈具,通過(guò)智能化照明控制系統(tǒng)可二次節(jié)能50%-60%，有效降低非生產(chǎn)用電量。燈具壽命延長(zhǎng)，維護(hù)量減少，大大降低了生產(chǎn)成本，節(jié)能效益明顯。

（3）原金鹵燈啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊，嚴(yán)重沖擊已經(jīng)老化的線路，啟動(dòng)及再啟動(dòng)時(shí)間可達(dá)3-8分鐘，都存在很大安全隱患。LED功率小啟動(dòng)電流小，即開(kāi)即亮，有效提高照明安全及線路的使用壽命。

（4）現(xiàn)場(chǎng)使用的是非三防燈具，防護(hù)等級(jí)低，進(jìn)水進(jìn)灰塵，燈具接線外露，固定粗暴，外殼老化損壞嚴(yán)重等，改造后燈具統(tǒng)一為具有防護(hù)等級(jí)的一體式LED長(zhǎng)壽節(jié)能燈具，長(zhǎng)期有效解決以上問(wèn)題。

（5）有利于規(guī)范化管理，統(tǒng)一解決同一區(qū)域多種燈型問(wèn)題。多種燈型既不便于維護(hù)，也不便于后期因燈具更換安裝規(guī)范簡(jiǎn)單固定造成的不安全不美觀等問(wèn)題。

2解決方案

2.1燈具布置

廠房長(zhǎng)115m，寬24m，燈具安裝高度15m。原有老舊燈具400w金鹵燈54只，擬采用200w高天棚L(fēng)ED燈一對(duì)一替換原有燈具。設(shè)計(jì)照度300lx。

燈具布置見(jiàn)圖1

圖1燈具布置

等照度圖見(jiàn)圖2，平均照度值為302lx，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖2等照度圖

2.2 DALI控制系統(tǒng)

DALI是“Digital(數(shù)字)Addressable（可尋找地址）LightingInterface（照明接口）字母的縮寫。DALI調(diào)光系統(tǒng)*大的特點(diǎn)是每個(gè)燈具都有獨(dú)立的地址，通過(guò)DALI系統(tǒng)軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)燈具進(jìn)行控制；可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一強(qiáng)電回路燈具、不同強(qiáng)電回路中的燈具進(jìn)行尋址，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制、任意分組控制，調(diào)光具有非常大的靈活性。在不降低照明質(zhì)量的前提下，可根據(jù)生產(chǎn)辦公的時(shí)間、空間規(guī)律，針對(duì)性設(shè)計(jì)合理的照明控制方案，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

DAII系統(tǒng)主要由DALI燈具、外置調(diào)光驅(qū)動(dòng)器或DALI燈具（內(nèi)置調(diào)光驅(qū)動(dòng)器）、調(diào)光控制網(wǎng)關(guān)、線路耦合器、DALI智能主機(jī)、系統(tǒng)電源、軟件系統(tǒng)、照明傳感器、調(diào)光面板等。

圖3智能控制拓?fù)鋱D

圖4照明配電箱系統(tǒng)圖

2.3實(shí)現(xiàn)功能

（1）定時(shí)開(kāi)關(guān)燈功能：可按任意設(shè)置時(shí)間表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)/關(guān)燈。

（2）調(diào)光功能：可按任意設(shè)置時(shí)間表自動(dòng)調(diào)光，可根據(jù)不同區(qū)域分別設(shè)計(jì)傳感器（光控、雷達(dá)感應(yīng)）實(shí)現(xiàn)0～100%全功率自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）本地智能控制：在現(xiàn)場(chǎng)安裝智能觸摸屏，可實(shí)現(xiàn)一鍵開(kāi)啟和調(diào)光控制，實(shí)現(xiàn)就地智能控制功能，也可在本地恢復(fù)為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。本地智能控制的優(yōu)先級(jí)高于遠(yuǎn)程智能控制。

（4）遠(yuǎn)程控制功能：指定運(yùn)行部門PC能對(duì)所控?zé)艟哌h(yuǎn)程控制，以及可對(duì)燈具重設(shè)編組方案和運(yùn)行情景模式等。

（5）燈具自由編組：被控?zé)艟邞?yīng)可以根據(jù)需要自由編組控制，同一燈具可以同時(shí)編在不同組，比如遠(yuǎn)程管理組、傳感器管理組、智能檢修控制管理組等。

（6）單燈故障自動(dòng)報(bào)警：在某一燈具出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)并報(bào)警，屏幕顯示故障燈具信息，故障信息包括具體位置信息、編碼信息。

（7）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：加入智能表計(jì)后，具有（電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電能量）電量自動(dòng)分析功能和亮燈率統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)警統(tǒng)計(jì)分析、單回路電能量統(tǒng)計(jì)分析等功能。

3節(jié)能分析

以54套燈具為例，改造前后能耗對(duì)比見(jiàn)表1。

3.1年耗電情況

（1）改造前年耗電量=改造前日能耗*250天=190.08*250=47520kWh;

（2）改造后一次節(jié)能年耗電量=改造后日能耗*250天=86.4*250=21600kWh;

（3）一次節(jié)省年耗電量=改造前–改造后=47520–21600=25920kWh;

（4）智能化后二次節(jié)能年耗電量=智能化日能耗*250天=51.84*250=12960kWh;

（5）二次節(jié)省年耗電量=改造前–智能化改造后=47520-12960=34560kWh。

（6）一次節(jié)能率=一次節(jié)省年耗電量÷改造前年耗電量=54.5%二次節(jié)能率=二次節(jié)省年耗電量÷改造前年耗電量=72.7%

3.2年節(jié)約電費(fèi)估算（萬(wàn)元）（電價(jià)按1.0元/度）

（1）一次節(jié)能年節(jié)省電費(fèi)=一次節(jié)省年耗電量*1.0元=25920*1=2.59萬(wàn)元

（2）智能化后二次節(jié)能年節(jié)省電費(fèi)=二次節(jié)省年耗電量*1.0元=34560*1=3.46萬(wàn)元

3.3燈具質(zhì)保七年節(jié)約電費(fèi)（萬(wàn)元）

（1）一次節(jié)能年節(jié)省電費(fèi)*7年=18.13萬(wàn)元

（2）智能化后二次節(jié)能年節(jié)省電費(fèi)*7年=24.22萬(wàn)元54套燈具加上智能化控制系統(tǒng)的投資成本約為7萬(wàn)元，由上述數(shù)據(jù)可見(jiàn)，經(jīng)智能化節(jié)能改造后，節(jié)能降耗成果顯著。

3.4智能化系統(tǒng)的多元性

（1）照明環(huán)境的多樣性復(fù)雜性

隨著節(jié)能型光源的推廣，僅僅使用節(jié)能型光源、節(jié)能型照明設(shè)備已經(jīng)不能滿足國(guó)家對(duì)節(jié)能降耗提出的更高要求。工業(yè)環(huán)境針對(duì)工廠、倉(cāng)庫(kù)、物流等業(yè)態(tài)工作的時(shí)間特點(diǎn)，根據(jù)企業(yè)不同生產(chǎn)工藝流程的空間特點(diǎn)；辦公環(huán)境針對(duì)辦公、會(huì)議、休憩等情景，不同的時(shí)間段，不同的人員流動(dòng)情況等，綜合考慮，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇*合適的智能照明控制方式，達(dá)到*優(yōu)化的節(jié)能效果，并尋求投資與回報(bào)的平衡。

（2）控制系統(tǒng)的適用性

目前市場(chǎng)主流的照明控制系統(tǒng)有可控硅調(diào)光、0-10V調(diào)光、DALI調(diào)光等，各有優(yōu)缺點(diǎn)?？煽毓枵{(diào)光：成本相對(duì)較低，無(wú)須額外布線，施工成本較低，燈具容易兼容。0-10V調(diào)光：調(diào)光效果好，調(diào)光驅(qū)動(dòng)兼容性強(qiáng)，要增加一組信號(hào)線，對(duì)布線和施工接線要求較高。DALI調(diào)光：每個(gè)燈具驅(qū)動(dòng)具備地址碼，可實(shí)現(xiàn)同一回路內(nèi)單個(gè)燈具的控制，但是燈具成本較高，布線時(shí)需多布一條DALI信號(hào)線，且后期燈具驅(qū)動(dòng)若要更換需重新枚舉驅(qū)動(dòng)地址。在智能照明控制系統(tǒng)的選擇上，需根據(jù)業(yè)主的需求和項(xiàng)目在時(shí)間與空間上的整體環(huán)境，對(duì)工作空間內(nèi)的光源進(jìn)行分組、控制、管理。從施工成本、設(shè)備成本、日后維護(hù)成本等角度綜合考量，滿足每個(gè)項(xiàng)目的個(gè)性化需求。

表1改造前后能耗對(duì)比

4安科瑞智能照明控制系統(tǒng)解決方案

4.1概述

數(shù)據(jù)中心人流較少，面積大，機(jī)房多，合理使用照明控制系統(tǒng)，通過(guò)感應(yīng)控制做到人來(lái)燈亮，人走燈滅或保持地強(qiáng)度照明，盡量解決照明用電。

系統(tǒng)在配電箱內(nèi)的模塊主要有總線電源、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器、IP網(wǎng)關(guān)、耦合器、干接點(diǎn)輸入模塊等。這些模塊使用35mm標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝。

安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)的模塊主要有光照度傳感器、紅外傳感器和智能面板。有人經(jīng)過(guò)可以設(shè)定紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開(kāi)后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈，智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。

4.2智能照明系統(tǒng)硬件選型

5結(jié)語(yǔ)

本文以老廠房照明改造為契機(jī)，從技術(shù)實(shí)施、成本估算到優(yōu)缺點(diǎn)描述等方面簡(jiǎn)單闡述了智能照明系統(tǒng)對(duì)于工業(yè)廠房的適用性。

智能照明將成為工業(yè)照明的發(fā)展方向。未來(lái)照明設(shè)備還將承載越來(lái)越多的功能，諸如圖像實(shí)時(shí)采集傳輸、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、人員感知定位識(shí)別、可燃?xì)怏w濃度探測(cè)等。

在國(guó)家政策支持及“雙碳目標(biāo)”實(shí)施的大背景下，我國(guó)工業(yè)照明的節(jié)能降耗之路將成必然，這有望推動(dòng)LED工業(yè)照明行業(yè)的快速發(fā)展。根據(jù)《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》，到2025年，重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)能效全面提升，綠色低碳能源利用比例顯著提高，節(jié)能提效工藝技術(shù)裝備廣泛應(yīng)用。鋼鐵、化工、有色金屬、建筑等行業(yè)能效達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，加大高效照明產(chǎn)品及系統(tǒng)的推廣力度。這定將有助于推進(jìn)國(guó)家早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”重要戰(zhàn)略目標(biāo)。

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審核編輯 黃宇